能源材料2-2課件

：溫度控制在110~140℃，維持一定的蒸汽壓；任何質(zhì)點(diǎn)的加熱溫度不得超過180℃。洗滌：蒸汽洗滌，溫度控制在70~80℃，不斷攪拌。再干燥：噴霧干燥，溫度保持在80~120℃，得淺綠色球形Ni(OH)2納米微晶，含水量不大于6%。球形Ni(OH)2的掃描電鏡分析（a)平板狀微晶（b)納米微晶3、影響高密度球形Ni(OH)2電化學(xué)性能的因素（1）化學(xué)組成的影響

添加劑對鎳電極性能的影響為：提高鎳電極活性物質(zhì)的利用率；提高鎳電極的放電電位；抑制鎳電極膨脹，提高鎳電極的使用壽命；改善鎳電極在寬溫度范圍內(nèi)的充放電性能和大電流充放電能力。

添加劑按載入方式不同可分為：化學(xué)共沉積法、電化學(xué)共沉積法、表面沉積法、機(jī)械混合法。1）鈷的影響Co2+可形成Ni1-xCox(OH)2固溶體；充電過程中Co2+可在NiOOH表面形成導(dǎo)電性能良好的CoOOH，可提高Ni2+/Ni3+反應(yīng)的可逆性；Co2+的加入可提高析氧電位與氧化電位之間的差值，抑制電極在充電時氧的析出，使電極充電效率提高，Ni(OH)2的利用率提高，降低電池內(nèi)壓。Co2+的加入量一般為2%~3%。2）鋅的影響添加鋅可形成Ni1-xZnx(OH)2固溶體。可提高鎳電極的析氧電位，抑制電極在充電過程中γ-NiOOH的生成，減少電極的體積膨脹；充電過程中，鋅離子的加入可使β-Ni(OH)2和β-NiOOH間的相互轉(zhuǎn)化更加容易，使得鎳電極的工作電壓平臺加長；可抑制電極膨脹，防止可能造成的電池微短路的發(fā)生。3）鈣、鎂的影響鈣鎂過高（>0.02%）會降低Ni(OH)2的活性，阻止Ni(OH)2中質(zhì)子的傳遞，加速容量和電壓平臺的衰減，影響電池循環(huán)壽命。4）鐵的影響增加電池的自放電，影響電池的正常使用。5）硫酸鹽、碳酸鹽的影響Ni(OH)2中含有少量（<0.5%）的硫酸鹽不會危害綜合電性能。硫酸鹽、碳酸鹽含量升高，Ni(OH)2的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，放電容量降低，電極極化增加。（2）粒徑及粒徑分布的影響化學(xué)沉淀晶體生長法制備的球形Ni(OH)2的粒徑一般在1um~50um之間，其中平均粒徑在5um~12um段的使用頻率最高。

粒徑小，比表面積大，活性就高。但粒徑過小，會降低松裝和振實(shí)密度。

（4）微晶晶粒尺寸及缺陷的影響反應(yīng)工藝、反應(yīng)物后處理方法、添加劑的種類及用量微晶晶粒大小、微晶晶粒排列狀態(tài)晶體內(nèi)部缺陷、孔隙、表面形貌的差異Ni(OH)2的電性能。

結(jié)晶度差、層錯率高、微晶晶粒小、微晶排列無序的Ni(OH)2，活化速度快，放電容量高，循環(huán)壽命長，其它電性能也較好。

4、鎳電極的制作主要有燒結(jié)式和泡沫鎳涂漿式兩大類。特點(diǎn):機(jī)械強(qiáng)度高，溫度適應(yīng)性較強(qiáng)，可以高倍率放電。氫氣氛羥甲基纖維素鈉與燒結(jié)式電極相比，孔隙率高，可有效填充高密度的球形Ni(OH)2，使鎳電極的容量比體積及電池的能量密度得到顯著提高，但其生產(chǎn)成本較高。二、儲氫合金負(fù)極材料概述組成：由易生成穩(wěn)定氫化物的元素A（La、Zr、Mg、V、Ti等）與其他元素B(Cr、Mn、Fe、Co、Ni等）組成的金屬間化合物。分類：AB5型稀土鎳系儲氫合金、AB2型Laves相合金、AB型Ti-Ni系合金、A2B型鎂基儲氫合金以及V基固溶體型合金等。

用于Ni/MH電池負(fù)極材料的儲氫合金應(yīng)滿足下述條件：（1）電化學(xué)儲氫容量高，在較寬的溫度范圍不發(fā)生太大的變化，合金氫化物的平衡氫壓適當(dāng)，對氫的陽極極化具有良好的催化作用；（2）在氫的陽極氧化電位范圍內(nèi)，儲氫合金具有較強(qiáng)的抗陽極氧化能力；（3）在堿性電解質(zhì)溶液中合金組分的化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定；（4）反復(fù)充放電過程中合金不易粉化，制成的電極能保持形狀穩(wěn)定；（5）合金應(yīng)有良好的電和熱的傳導(dǎo)性；（6）原材料成本低廉。1、AB5型稀土鎳系儲氫合金AB5型儲氫合金為CaCu5型六方結(jié)構(gòu)，典型代表為LaNi5合金。優(yōu)點(diǎn)：具有很高的電化學(xué)儲氫容量和良好的吸放氫動力學(xué)特性；缺點(diǎn)：吸氫后晶胞體積膨脹較大，隨放電循環(huán)的進(jìn)行，容量迅速衰減。目前研究重點(diǎn)：進(jìn)一步調(diào)整和優(yōu)化合金的化學(xué)組成、合金的表面改性處理、合金的組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面。3、鎂基儲氫合金以Mg2Ni為代表。優(yōu)點(diǎn)：儲氫量高、資源豐富、價格低廉等。缺點(diǎn)：晶態(tài)鎂基合金為中溫型儲氫合金，吸放氫動力學(xué)性能較差。解決辦法：通過使晶態(tài)Mg-Ni合金非晶化，利用非晶合金表面的高催化活性，可顯著改善Mg基合金吸放氫的熱力學(xué)和動力學(xué)性質(zhì)。目前存在的主要問題：Mg在堿液中易受氧化腐蝕，導(dǎo)致合金電極的容量衰退迅速，循環(huán)壽命與實(shí)用化的要求尚有較大距離。4、V基固溶體型合金V基固溶體合金吸氫后可生成VH和VH2兩種氫化物。優(yōu)點(diǎn)：具有儲氫量大的特點(diǎn)；缺點(diǎn)：V基合金本身不具備電極活性，因而對其電化學(xué)應(yīng)用很少研究。解決辦法：通過在V基固溶體的晶界上析出電催化活性良好的TiNi等第二相后，可使V基固溶體合金成為一類新型高容量儲氫電極材料。三、AB5型混合稀土系儲氫電極合金1、合金的化學(xué)成分與電極性能（1）合金A側(cè)混合稀土組成的優(yōu)化合金化學(xué)式的A側(cè)是混合稀土金屬，主要由La、Ce、Pr、Nd四種稀土元素組成。大體上可分為富鑭混合稀土（Ml）和富鈰混合稀土（Mm）兩種類型。1）單一稀土和二元混合稀土組成對合金電極性