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第五节 氢镍电池 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： 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 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：负极使用贵金属催化剂，电池成本高；电池内部氢压高，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-镍电池 高压氢-镍电池的工作原理 高压氢-镍电池的结构 压力容器 镍电极 氢电极 隔膜 电解液 高压氢-镍电池的电性能 充放电性能 自放电特性 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： 镍电极膨胀 密封壳体泄漏 电解液再分配 三、储氢合金电极 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LaNi5、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 为什么储氢合金能够致密的吸收大量的氢？ 用作MH/Ni电池的储氢合金应当满足以下条件 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； 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； 在碱性电解质中合金组分的化学性质相对稳定； 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； 合金应具有良好的电和热的传导性； 原材料成本低廉，无污染. 储氢合金的分类 按组成分类 稀土类如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 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得到合金粉 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 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 化学处理法 酸、碱及氟化物处理法 微包覆处理 四、MH/Ni电池 工作原理 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 自放电特性 MH/Ni电池的自放电比Cd/Ni电池大 循环寿命 储氢合金逐渐被氧化，从而丧失储氢能力； 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； 正极活性物质反复膨胀、收缩造成软化脱落 * 正极 负极 电池 高压氢-镍电池的充放电曲线 高压氢-镍电池的自放电曲线 在合金吸氢的初始阶段形成固溶体（α相），合金结构保持不变 固溶体进一步与氢反应生成氢化物（β相） 进一步增加氢压，合金中的氢含量略有增加 LaNi5中氢原子的位置 总反应： 充 放 放 充 充 放 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