第二章 金属氢化物镍电池

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1、化学与物理电源基础能源科学与工程学院电子科技大学1金属氢化物镍电池2.4.1概述242MH2.4.2MH-Ni电池的工作原理2.4.3储氢合金电极2.4.4MH2.4.4MH-Ni电池的性能21.概述金属氢化物镍电池（MH-Ni）是在航天用高压氢镍电池的基础上发展起来的荷兰Philips实验室发现LNiLaNi合金有可逆的吸放氢性能，19375年开始作为二次电池的负极材料使用1984年Philips成功制造出LaNi合金为负极的MH-Ni电池51988年美国Ovonic公司以及1989年日本松下、东芝、三洋等公司

2、开始大规模商业化生产31.概述随着电子、通讯事业的迅速发展，MH-Ni电池的市场迅速扩大，电动车用大容量电池的开发将是一个更为巨大的市场高容量、环境友好、寿命长的绿色MH-Ni电池将是21世纪应用最广的高能电池之一42.MH-Ni电池的工作原理MH-Ni电池的工作原理正极活性物质：氢氧化镍负极活性物质：金属氢化物电解液：氢氧化钾溶液放电电池反应：MHNiOOHMH+NiOOHMNi(OH)M+Ni(OH)2充电--放电正极反应：NiOOH+HO+eNi(()OH)+OH22充电--放

3、电负极反应：MH+OHM+HO+e52充电2.MH-Ni电池的工作原理MH-Ni电池的工作原理充电时1.正极上的Ni(OH)转变为NiOOH；22.在储氢合金电极上，水分子被还原为氢原子，氢原子吸附在电极表面形成吸附态的MH；ab--M+HO+eMH+OH2ab3.吸附态的氢再进一步扩撒到储氢合金内形成固溶体-MH；MH-MHab4.当溶解于合金相中的氢原子越来越多，氢原子将与合金发生反应，形成金属氢化物-MH。-MH-MH放电时1.正极上的NiOOH得到电子变为Ni(OH)；22.

4、金属氢化物（MH）内部的氢原子扩散到表面形成吸附态的氢原子，再发6生电化学氧化反应生成水2.MH-Ni电池的工作原理MH-Ni电池的密封过充电时：-正极4OH2HO+O+4e22-负极2HO+O+4e4OH22总反应0（KOH浓度和水的总量不会发生变化）过放电（反极）时：--正极2HO+2e22H+2OH--负极H+2OH222HO+2e总反应0（镍电极出现反极现象，且电极电位比氢电极电势更负）72.MH-Ni电池的工作原理MH-Ni电池的密封与Cd-Ni电池类似，MH-Ni电池在充放电过程中电池内部会产生

5、大量的气体，借鉴密封Cd-Ni电池的设计原理，为了：限制负极析氢保证氧的复合反应消除氧气压力MH-Ni电池一般也设计成负极容量过量在电池反应中，储氢合金担负储氢和在其表面进行化学反应的双重任务在过充电和过放电过程中，由储氢合金的催化作用，可以消除产生的氧气和氢气，使电池具有耐过充、过放电的能力随着充放电循环的进行，合金逐渐失去催化能力，电池内压会升高82.MH-Ni电池的工作原理MH-Ni电池的密封电池负极容量过量，电池容量由正极限制，负极超过正极的容量称为充电储备容量为防止负极过放电时合金发生氧化，负极还有

6、一部分额外的容量，称为预充容量92.MH-Ni电池的工作原理MH-Ni电池的特点1.能量密度高，是Cd-Ni电池的151.52~2倍2.电池电压1.2~1.3V，与镉镍电池相当，充放电曲线相近，与镉镍电池具有互换性3.可大电流快速充放电4.低温特性好5.可做成密封电池，耐过充、过放电能力强6.环境相容性好，无毒无环境污染7.无记忆效应*MH-Ni电池自放电较大，寿命比镉镍电池稍差103.储氢合金电极氢气、液氢、金属氢化物的氢密度与含氢率113.储氢合金电极储氢合金的性质一定温度下和压力下，储氢氢氢合金与气态氢发生可逆

7、反应生成氢氢化物yM+HMH+Q2y2这个反应的可逆性很好，可以分为以下三个步骤：1.在合金吸氢的初始阶段形成含氢固溶体（相），合金结构保持不变xM+HMH2x2当氢气的吸收达到饱和后，固溶体进一步与氢气发生反应，生成金属氢化物（相）y-xM+HMH+Qx2y212进一步增加氢压合金中的氢含量略有增加3.储氢合金电极储氢合金的性质储氢合金吸收和释放氢气的过程，可以用PCT(压力-组成-温度)曲线表示Gibbs相律，温度一定时，反应有一定的平衡压力零点开始，随着氢压增加，合金吸收

8、氢气，形成固溶体（相）。A点对应于氢在合金中的极限溶解度[H]pH2AB段，相与相并存，呈平直状，称为平台区，相应的平衡压力称为平台压力•PCT曲线是衡量储氢材料新能的重要特征曲线，通过PCT曲线可B点后，相全部转换为相，再增加以知道金属氢化物中的含氢量氢压，氢化物中的氢仅有少量增加3.储氢合金电极