第五章氫鎳電池(共24張PPT)

第五章氫鎳電池學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)主要內(nèi)容：概述高壓氫鎳電池儲(chǔ)氫合金電極金屬氫化物鎳電池的電性能第1頁，共24頁。本章重點(diǎn)：兩類氫鎳電池的區(qū)別貯氫合金電極：反應(yīng)機(jī)理、特點(diǎn)、存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)第2頁，共24頁。一、概述在燃料電池和全密封Cd/Ni電池的基礎(chǔ)上發(fā)展了(高壓）氫-鎳電池，稱為第二代空間電池高壓氫鎳電池高壓氫-鎳電池的正極采用燒結(jié)式鎳電極；負(fù)極以鎳網(wǎng)為骨架，Pt、Pd等貴金屬為催化劑，負(fù)極活性物質(zhì)是電池內(nèi)預(yù)先充入的高壓氫氣優(yōu)點(diǎn)：較高的比能量，循環(huán)壽命長(zhǎng)，耐過充、過放能力強(qiáng)，以及可以通過氫壓來指示電池荷電狀態(tài)等第3頁，共24頁。缺點(diǎn)：負(fù)極使用貴金屬催化劑，電池成本高；電池內(nèi)部氫壓高，增加了電池密封的難度；殼體需要用較重的耐壓容器，降低了電池的比能量；電池自放電大；可能因氫氣泄漏而出現(xiàn)安全問題高壓氫-鎳電池目前僅應(yīng)用于空間技術(shù)等特定的場(chǎng)合

第4頁，共24頁。低壓氫鎳電池(金屬氫化物-鎳電池)20世紀(jì)70年代起，降低儲(chǔ)氫材料吸氫壓力的努力有了突破性進(jìn)展，儲(chǔ)氫材料實(shí)用化以儲(chǔ)氫合金為負(fù)極、Ni(OH)2為正極優(yōu)點(diǎn):較高的比能量，耐過充、過放能力強(qiáng)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，無毒及不使用貴金屬等缺點(diǎn):電池自放電較大第5頁，共24頁。二、高壓氫-鎳電池高壓氫-鎳電池的工作原理正極負(fù)極電池第6頁，共24頁。殼體需要用較重的耐壓容器，降低了電池的比能量；合金應(yīng)具有良好的電和熱的傳導(dǎo)性；合金應(yīng)具有良好的電和熱的傳導(dǎo)性；合金的微粉化及表面氧化擴(kuò)展到合金內(nèi)部殼體需要用較重的耐壓容器，降低了電池的比能量；進(jìn)一步增加氫壓，合金中的氫含量略有增加在堿性電解質(zhì)中合金組分的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定；酸、堿及氟化物處理法可能因氫氣泄漏而出現(xiàn)安全問題稀土類為AB5型，鋯系類為AB2型，鎂系類為A2B型，TiNi為AB型在常溫下能夠可逆的吸放氫進(jìn)一步增加氫壓，合金中的氫含量略有增加原材料成本低廉，無污染.反復(fù)充放電過程中合金不易粉化，制得的電極能保持形狀穩(wěn)定；儲(chǔ)氫合金電極的性能衰減高壓氫-鎳電池的結(jié)構(gòu)壓力容器鎳電極氫電極隔膜電解液第7頁，共24頁。高壓氫-鎳電池的電性能充放電性能高壓氫-鎳電池的充放電曲線

第8頁，共24頁。自放電特性高壓氫-鎳電池的自放電曲線

第9頁，共24頁。工作壽命高壓氫-鎳電池的工作壽命長(zhǎng)是其突出的優(yōu)點(diǎn)失效的主要因素：鎳電極膨脹密封殼體泄漏電解液再分配

第10頁，共24頁。三、儲(chǔ)氫合金電極儲(chǔ)氫合金的發(fā)展歷史20世紀(jì)60年代后期荷蘭菲利浦公司和美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室分別發(fā)現(xiàn)LaNi5、TiFe、Mg2Ni等金屬間化合物的儲(chǔ)氫特性在常溫下能夠可逆的吸放氫金屬氫化物的氫密度比H2和液態(tài)氫還高第11頁，共24頁。儲(chǔ)氫合金的熱力學(xué)原理在合金吸氫的初始階段形成固溶體（α相），合金結(jié)構(gòu)保持不變

固溶體進(jìn)一步與氫反應(yīng)生成氫化物（β相）進(jìn)一步增加氫壓，合金中的氫含量略有增加第12頁，共24頁。儲(chǔ)氫合金吸收和釋放氫的過程，最方便的表示方法是壓力-組成-等溫曲線，即p-c-T曲線儲(chǔ)氫合金的平臺(tái)壓力對(duì)其應(yīng)用是非常重要的

第13頁，共24頁。儲(chǔ)氫合金中氫的位置儲(chǔ)氫合金吸收氫后，氫進(jìn)入合金晶格中，合金晶格可以看作容納氫原子的容器第14頁，共24頁。為什么儲(chǔ)氫合金能夠致密的吸收大量的氫？

LaNi5中氫原子的位置

第15頁，共24頁。用作MH/Ni電池的儲(chǔ)氫合金應(yīng)當(dāng)滿足以下條件

電化學(xué)儲(chǔ)氫容量高，在較寬的溫度范圍內(nèi)不發(fā)生太大變化，合金氫化物的平衡壓力適當(dāng)（，298K），對(duì)氫的陽極氧化具有良好的催化作用；在氫的陽極氧化電位范圍內(nèi)，儲(chǔ)氫合金具有較強(qiáng)的抗氧化能力；在堿性電解質(zhì)中合金組分的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定；反復(fù)充放電過程中合金不易粉化，制得的電極能保持形狀穩(wěn)定；合金應(yīng)具有良好的電和熱的傳導(dǎo)性；原材料成本低廉，無污染.第16頁，共24頁。儲(chǔ)氫合金的分類按組成分類

稀土類如LaNi5、MmNi5等；鈦系類如TiNi、TiNi2等；鎂系類如Mg2Ni、Mg2Cu等；鋯系類如ZrMn2

按組分的配比分類

稀土類為AB5型，鋯系類為AB2型，鎂系類為A2B型，TiNi為AB型

第17頁，共24頁。儲(chǔ)氫合金的制備通常采用熔煉法制備儲(chǔ)氫合金并對(duì)其進(jìn)行熱處理采用機(jī)械粉碎法或氫碎法將得到的合金粉碎儲(chǔ)氫合金電極的制備粘接法泡沫電極法燒結(jié)法第18頁，共24頁。合金應(yīng)具有良好的電和熱的傳導(dǎo)性；負(fù)極以鎳網(wǎng)為骨架，Pt、Pd等貴金屬為催化劑，負(fù)極活性物質(zhì)是電池內(nèi)預(yù)先充入的高壓氫氣稀土類為AB5型，鋯系類為AB2型，鎂系類為A2B型，TiNi為AB型殼體需要用較重的耐壓容器，降低了電池的比能量；儲(chǔ)氫合金吸收氫后，氫進(jìn)入合金晶格中，合金晶格可以看作容納氫原子的容器儲(chǔ)氫合金的平臺(tái)壓力對(duì)其應(yīng)用是非常重要的稀土類如LaNi5、MmNi5等；儲(chǔ)氫合金吸收和釋放氫的過程，最方便的表示方法是壓力-組成-等溫曲線，即p-c-T曲線稀土類為AB5型，鋯系類為AB2型，鎂系類為A2B型，TiNi為AB型貯氫合金電極：反應(yīng)機(jī)理、特點(diǎn)、存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)可能因氫氣泄漏而出現(xiàn)安全問題通常采用熔煉法制備儲(chǔ)氫合金并對(duì)其進(jìn)行熱處理原材料成本低廉，無污染.儲(chǔ)氫合金電極的性能衰減合金的微粉化及表面氧化擴(kuò)展到合金內(nèi)部?jī)?chǔ)氫合金電極的自放電儲(chǔ)氫合金的表面處理技術(shù)化學(xué)處理法

酸、堿及氟化物處理法微包覆處理第19頁，共24頁。四、MH/Ni電池工作原理負(fù)極正極電池第20頁，共24頁。電性能MH/Ni電池具有能量密度較高，與Cd/Ni電池工作電壓相當(dāng)可互換，可快速充放電，低溫性能好，耐過充、過放能力強(qiáng)，無毒等優(yōu)點(diǎn)MH/Ni電池的結(jié)構(gòu)與Cd/Ni電池基本相同：正極為NiOOH電極，負(fù)極為儲(chǔ)氫合金電極，隔膜一般為無紡布，常用聚丙烯或聚酰胺纖維為原料第21頁，共24頁。MH/Ni電池的充放電曲線

第22頁，共24頁。不同溫度下MH/Ni電池的充電曲線和放電容量比

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