1、第五章氢镍电池第五章氢镍电池学时：学时：4学时主要内容：主要内容：概述高压氢镍电池储氢合金电极 金属氢化物镍电池的电性能本章重点：本章重点：两类氢镍电池的区别 贮氢合金电极：反应机理、特点、存在的问题及发展趋势一、概述一、概述 在燃料电池和全密封Cd/Ni电池的基础上发展了(高压）氢-镍电池，称为第二代空间电池 高压氢镍电池高压氢镍电池 高压氢-镍电池的正极采用烧结式镍电极；负极以镍网为骨架，Pt、Pd等贵金属为催化剂，负极活性物质是电池内预先充入的高压氢气 优点：较高的比能量，循环寿命长，耐过充、过放能力强，以及可以通过氢压来指示电池荷电状态等缺点缺点：负极使用贵金属催化剂，电池成本高；电池
2、内部氢压高，增加了电池密封的难度；壳体需要用较重的耐压容器，降低了电池的比能量；电池自放电大；可能因氢气泄漏而出现安全问题高压氢-镍电池目前仅应用于空间技术等特定的场合 低压氢镍电池(金属氢化物-镍电池)20世纪70年代起，降低储氢材料吸氢压力的努力有了突破性进展，储氢材料实用化 以储氢合金为负极、Ni(OH)2为正极 优点:较高的比能量，耐过充、过放能力强，循环寿命长，无毒及不使用贵金属等 缺点:电池自放电较大二、高压氢二、高压氢-镍电池镍电池 高压氢高压氢-镍电池的工作原理镍电池的工作原理2()Pt,H KOH(NaOH)NiOOH(+)-221/2H +OHH O+e 0.828V -2
3、2NiOOH+H O+e Ni(OH)OH 0.49V 22NiOOH+1/2H Ni(OH)1.318VE 正极 负极 电池 高压氢高压氢-镍电池的结构镍电池的结构 压力容器 镍电极 氢电极 隔膜 电解液 高压氢高压氢-镍电池的电性能镍电池的电性能 充放电性能高压氢-镍电池的充放电曲线 自放电特性自放电特性高压氢-镍电池的自放电曲线 工作寿命工作寿命 高压氢-镍电池的工作寿命长是其突出的优点 失效的主要因素：l镍电极膨胀 l密封壳体泄漏 l电解液再分配 三、储氢合金电极三、储氢合金电极储氢合金的发展历史储氢合金的发展历史20世纪60年代后期荷兰菲利浦公司和美国布鲁克海文国家实验室分别发现La
4、Ni5、TiFe、Mg2Ni等金属间化合物的储氢特性 在常温下能够可逆的吸放氢金属氢化物的氢密度比H2和液态氢还高 储氢合金的热力学原理储氢合金的热力学原理l在合金吸氢的初始阶段形成固溶体（相），合金结构保持不变 l固溶体进一步与氢反应生成氢化物（相）l进一步增加氢压，合金中的氢含量略有增加 2M+H MH +2yyxQ2M+/2H MH xx 储氢合金吸收和释放氢的过程，最方便的表示方法是压力-组成-等温曲线，即p-c-T曲线 储氢合金的平台压力对其应用是非常重要的 l储氢合金中氢的位置储氢合金中氢的位置 储氢合金吸收氢后，氢进入合金晶格中，合金晶格可以看作容纳氢原子的容器 为什么储氢合金能
5、够致密的吸收大量的氢？LaNi5中氢原子的位置 (/)3.6txFCmAh gM 用作用作MH/Ni电池的储氢合金应当满足以下电池的储氢合金应当满足以下条件条件 l 电化学储氢容量高，在较宽的温度范围内不发生太大变化，合金氢化物的平衡压力适当（0.01MPa-0.5MPa，298K），对氢的阳极氧化具有良好的催化作用；l 在氢的阳极氧化电位范围内，储氢合金具有较强的抗氧化能力；l 在碱性电解质中合金组分的化学性质相对稳定；l 反复充放电过程中合金不易粉化，制得的电极能保持形状稳定；l 合金应具有良好的电和热的传导性；1.原材料成本低廉，无污染.储氢合金的分类储氢合金的分类 按组成分类 稀土类如
6、LaNi5、MmNi5等；钛系类如TiNi、TiNi2等；镁系类如Mg2Ni、Mg2Cu等；锆系类如ZrMn2 按组分的配比分类 稀土类为AB5型，锆系类为AB2型，镁系类为A2B型，TiNi为AB型 储氢合金的制备储氢合金的制备通常采用熔炼法制备储氢合金并对其进行热处理 采用机械粉碎法或氢碎法将得到的合金粉碎 储氢合金电极的制备储氢合金电极的制备粘接法泡沫电极法烧结法 储氢合金电极的性能衰减储氢合金电极的性能衰减 合金的微粉化及表面氧化扩展到合金内部 储氢合金电极的自放电 储氢合金的表面处理技术储氢合金的表面处理技术 化学处理法 酸、碱及氟化物处理法 微包覆处理四、四、MH/NiMH/Ni电
7、池电池 工作原理工作原理-2M+H O+eMH+OH -22Ni(OH)OH NiOOH+H O+e 2NiOOH+MH Ni(OH)+M 负极 正极 电池-2abab M+H O+e MH +OHMH-MH-MH-MH 电性能电性能 MH/Ni电池具有能量密度较高，与Cd/Ni电池工作电压相当可互换，可快速充放电，低温性能好，耐过充、过放能力强，无毒等优点 MH/Ni电池的结构结构与Cd/Ni电池基本相同：正极为NiOOH电极，负极为储氢合金电极，隔膜一般为无纺布，常用聚丙烯或聚酰胺纤维为原料MH/Ni电池的充放电曲线 不同温度下MH/Ni电池的充电曲线和放电容量比 自放电特性自放电特性 MH/Ni电池的自放电比Cd/Ni电池大 循环寿命循环寿命l 储氢合金逐渐被氧化，从而丧失储氢能力；l 电池内压（尤其是氢分压）逐渐升高，气体泄漏，电解液减少，电池容量下降；1.正极活性物质反复膨胀、收缩造成软化脱落
