鋅鎳電池研究_圖文

1、 里望煎圣母E蛋a凹衄表127種試驗(yàn)電池的裝配情況Tab.1Assembling states of27kinds of experimental batteries號(hào)鋅酸鈣2號(hào)鋅酸鈣3號(hào)鋅酸鈣比份1比份2比份3比份1比份2比份3比份1比份2比份3 Bj膜B.1B.2B一3B_4B-5B擊B一7B.8B一9Tj膜T-1T-2T-3t4T-5T擊T-7T-8T-9sh膜S.1S一2S.3S_4S.5S一6S.7S.8s一9(2實(shí)效試驗(yàn)電池組的制備實(shí)效驗(yàn)證試驗(yàn)電池的正極選用鋅鎳電池專用鎳電極,并根據(jù)對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果,負(fù)極選用工藝3制備的鋅酸鈣和比份3的添加比例;隔膜選用Bi膜。實(shí)效驗(yàn)證試驗(yàn)電池設(shè)計(jì)成

2、6XN6和6XNl0兩種組合進(jìn)行壽命循環(huán)試驗(yàn)。1.3測(cè)試方法(1鋅酸鈣物性測(cè)試使用SHIMADZU SS550掃描電子顯微鏡、D/max.2500X 光衍射儀對(duì)不同工藝制備的鋅酸鈣進(jìn)行理化分析;使用自制的松裝密度測(cè)試設(shè)備測(cè)試松裝密度。(2循環(huán)伏安曲線采用三電極體系進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)電極分別采用三種不同制備工藝的鋅酸鈣以及三種不同添加量的鋅電極,其尺寸均為10minx10mmx O.50n'lYfl,質(zhì)量均為0.15g。試驗(yàn)電極四周及背面涂敷環(huán)氧樹(shù)脂。輔助電極采用鍍鉑鎳?yán)W(wǎng),參比電極采用Hg/ngO電極,電解液采用10mol/L的KOH水溶液,電壓掃描范圍是一1.7一1.0V,掃描速度為5m

3、V/s。在電化學(xué)工作站Potcntiosta/Golvano stat Moldel273A(Princeton Applied Research公司進(jìn)行多周次循環(huán)伏安測(cè)試。(3對(duì)比試驗(yàn)電池的測(cè)試壽命試驗(yàn)采用0.5c充電至終止電壓后,立即轉(zhuǎn)0.1C充電至終止電壓。間歇30min后,以O(shè).5C放電至1.35V,間歇30min,如此反復(fù)進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試。壽命試驗(yàn)的部分周期用來(lái)進(jìn)行高、低溫、荷電性能和高倍率放電性能考核,在壽命試驗(yàn)結(jié)束后,將電池充電后荷電態(tài)擱置7d,判斷其自放電率。高、低溫試驗(yàn)方法是將電池分別于55、-25環(huán)境中擱置10h后,再在該環(huán)境中以0.1c充電至終止電壓,停止充電后在該環(huán)境中

4、擱置l h,然后在該環(huán)境中以0.5c放電至1.35 V。對(duì)比試驗(yàn)使用BK.3192/10動(dòng)力電池自動(dòng)檢測(cè)化成設(shè)備(廣州藍(lán)奇電子實(shí)業(yè)有限公司制造進(jìn)行。(4實(shí)效試驗(yàn)電池組的測(cè)試采用0.5C充電至電池組達(dá)到終止電壓后,立即轉(zhuǎn)0.1c 充電至電池組達(dá)到終止電壓,間歇30rain后,以O(shè).5C放電至8.10V,停止放電,再間歇30mill,如此反復(fù)進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試。實(shí)效試驗(yàn)使用Digation自動(dòng)充放電設(shè)備MBTl00060-2ME進(jìn)行測(cè)試。2結(jié)果及討論2.1鋅酸鈣的測(cè)試在鋅電極中添加鋅酸鈣做活性物質(zhì)可以降低鋅的溶解, 2008.12VOI.32No.12減少鋅電極對(duì)鎳電極的毒化,減緩鋅電極工作后期容量

5、的下降,改善鋅電極的電化學(xué)性能,延長(zhǎng)鋅鎳電池循環(huán)壽命,這一結(jié)論已為眾多業(yè)內(nèi)人士所認(rèn)同。但是,通過(guò)x射線衍射、元素分析、差熱分析等,發(fā)現(xiàn)鋅酸鈣的化學(xué)組分有多種形式【2】:CaZn(OH。H20,3Zn(0H2Ca(OH25H20,Ca(OH22Zn(0H24H20,CaZn2(OH62H20或者Ca(Zn(OH022H20。由于鋅酸鈣制備工藝的不同,不僅可能具有不同的化學(xué)組分,而且其物性也都不盡相同。這些都會(huì)影響到其性能。此外,制造成本的高低,也會(huì)影響其實(shí)用性。這些也是我們?cè)谘兄七^(guò)程中必須考慮的問(wèn)題。為此,有必要對(duì)鋅酸鈣的制備工藝進(jìn)行合理的選擇。采用三種不同制備工藝制成的鋅酸鈣,掃描電鏡照片及X

6、RD圖譜分別示于圖l。由圖l可以看出,三種工藝制備的鋅酸鈣晶體均為平行四邊形薄片,但是,其尺寸不同,形貌也略有差異。對(duì)照粉末衍射卡,所制的樣品的主要成分應(yīng)為Ca-(OHh2Zn(0H2"2H20。對(duì)三種不同工藝制備的鋅酸鈣松裝密度的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。852圖1幾種不同工藝制備鋅酸鈣的SEM照片及XRD圖譜Fig.1SEM and XRD of calcium zincate prepared withseveral different processes表2不同工藝鋅酸鈣的松裝密度Tab.2Loose densitIes of different calcium zincate鋅酸鈣制

7、備1:藝松裝密度/(gcm31號(hào)鋅酸鈣0.5202號(hào)鋅酸鈣0.608過(guò)2,00目篩3號(hào)鋅酸鈣0.986上述結(jié)果表明,不同工藝制備的鋅酸鈣,盡管其分子結(jié)構(gòu) 相同,但是,其物理特性并不相同。2.2循環(huán)伏安曲線為了解不同工藝制備的鋅酸鈣和不同的添加比分對(duì)鋅電極性能的影響,我們對(duì)鋅電極進(jìn)行了循環(huán)伏安曲線測(cè)試。圖2分別示出了采用1號(hào)鋅酸鈣比份l電極和采用3號(hào)鋅酸鈣比份3電極的循環(huán)伏安曲線。3號(hào)鋅酸鈣電極圖2不同工藝鋅電極的循環(huán)伏安曲線Fig.2CV curves of zinc electrodes prepared with severaldifferent processes由圖可以看出,采用1號(hào)鋅

8、酸鈣制備的鋅電極,其前期的氧化、還原峰值電流數(shù)值略小于3號(hào)鋅酸鈣制備的鋅電極,但是其峰值電位差略低于3號(hào)鋅酸鈣制備的鋅電極。這說(shuō)明電池的壽命初期,兩者的容量較為接近,但是后者的內(nèi)阻相對(duì)較高。經(jīng)過(guò)100周期的循環(huán)后.采用l號(hào)鋅酸鈣制備的鋅電極的氧化峰值電流是O.04A、還原峰值電流是一O.08A;而3號(hào)鋅酸鈣制備的鋅電極的氧化峰值電流是O.14A、還原峰值電流0.19A。顯而易見(jiàn),3號(hào)鋅酸鈣的壽命特性較l號(hào)鋅酸鈣好得多。并且隨著壽命的延長(zhǎng),l號(hào)鋅酸鈣的峰值電位差升高,已接近3號(hào)鋅酸鈣制備的鋅電極。這說(shuō)明它們對(duì)電極性能的影響也不相同。電極經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)后,1號(hào)鋅酸鈣制備鋅電極的容量損失較大,而3

9、號(hào)鋅酸鈣制備的鋅電極容量損失較小,后者更適用于制作長(zhǎng)壽命鋅電極。2.3對(duì)比試驗(yàn)情況(1溫度影響試驗(yàn)85355和-25高、低溫試驗(yàn)放電曲線見(jiàn)圖3。(2高倍率放電和荷電擱置試驗(yàn)圖4和圖5分別表示了2.5C放電和荷電10d后容量保持情況。由圖可以看出,電池具有較好的溫度特性,在高、低溫環(huán)境下,能夠放出80%以上的容量;電池組以50A放電能放出85%的容量,功率特性良好;荷電10d后能放出85%的容量,具有良好的荷電擱置性能。圖3高、低溫與常溫放電曲線Fig.3Discharge curves at high,low and normal temperatures圖42.5C放電曲線Fig.4Disc

10、harge curves at2.5C圈5荷電10d前后容量變化情況Fig.5Comparison of initial capacity and10-day retentioncapacity(3壽命試驗(yàn)鋅酸鈣的添加可以延長(zhǎng)鋅電極的壽命,但是添加量過(guò)大,會(huì)增加電池的內(nèi)阻,降低電池的性能。同時(shí)不同工藝制備的鋅酸鈣其電化學(xué)性能也不相同。隔膜是構(gòu)成電池的基本材料之一,選擇合適的隔膜有利于降低電池的內(nèi)阻,減少電池的自放電,延長(zhǎng)電池的壽命,提高電池的性能。因此,隔膜的選擇對(duì)提高電池性能同樣是至關(guān)重2008,12V01.32 No.12要的。我們?cè)谄溆鄺l件相對(duì)一致的情況下,繪制出鋅酸鈣制備工藝對(duì)壽命的影

11、響曲線,見(jiàn)圖6;不同隔膜對(duì)壽命的影響曲線,見(jiàn)圖7;鋅酸鈣添加量對(duì)壽命影響曲線,見(jiàn)圖8。圖6鋅酸鈣制備工藝對(duì)壽命的影響曲線F.歸.6Effects of pmpadng process of calcium zincate ollcycle life圈7不同隔膜對(duì)壽命的影響曲線Fig.7Effects of separator on cycle life圖8不同添加量的鋅酸鈣對(duì)壽命的影響曲線Fig.8Effects of calcium zincate content oR cycle life由上述結(jié)果可以看出,3號(hào)鋅酸鈣、比份3的添加量、使用Bj膜對(duì)電池壽命的提高有較好的效果。2.4實(shí)效電池

12、試驗(yàn)結(jié)果(1主要設(shè)計(jì)指標(biāo)根據(jù)以上對(duì)比試驗(yàn)電池的試驗(yàn)結(jié)果,并針對(duì)鋅鎳電池的特殊性,選用了適用于鋅鎳電池的鎳電極的材料和工藝。并采用工藝3制備的鋅酸鈣、鋅酸鈣在鋅電極中的添加量比份3,同時(shí)選用了Bj膜。設(shè)計(jì)、制做了6XNl0電池組。并于2008年通過(guò)天津市科技成果鑒定。電池組主要設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表3。2008.12V01.32No.12854表3電池組設(shè)計(jì)指標(biāo)Tab.3Ta rget of battery design(2壽命試驗(yàn)情況壽命試驗(yàn)采用DODl00%、0.5C放電,圖9為6XNl0電池組壽命試驗(yàn)曲線,試驗(yàn)進(jìn)行了350周期,容量已接近額定容量的70%。圖9電池組壽命試驗(yàn)曲線Fig.9Cycle

13、life test curves of battery(3其他電池組經(jīng)過(guò)幾百周期的壽命測(cè)試后,外觀良好,無(wú)明顯變形。3結(jié)論由上述結(jié)果可以看出:(1負(fù)極添加鋅酸鈣可以延長(zhǎng)電池的壽命。不同工藝制備出的鋅酸鈣,雖然分子結(jié)構(gòu)相同,但是,其形貌不同,物理特性不同,對(duì)電池性能有著不同的影響。(2鋅酸鈣的不同添加量也會(huì)對(duì)電池的壽命產(chǎn)生較大的影響。(3不同的隔膜對(duì)電池壽命的影響尤為明顯。(4采用鋅鎳電池專用鎳電極做正極不僅可以提高電池的初期容量,而且可以有效的減緩電池容量的衰減速度,延長(zhǎng)電池的壽命。(5合理的設(shè)計(jì)可以完全避免電池組的變形,從而也能改善電極變形造成的容量衰減,提高電池的壽命。參考文獻(xiàn):1】MCBREEN J.Ni-Zn batteriesJ.J Power Sources.1994,51:37-44.【2】郭炳坤,徐微,李新海,等.鋅電極有機(jī)代汞緩蝕劑的研究【J】.電池, 2000,30(6:251-253. 鋅鎳電池研究作者:姜惠