能源材料第七讲镍氢电池

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1、第七讲镍氢电池胡友根南昌大学材料学院氢是一种干净的燃料，水－氢循环永不枯竭。因此氢受到很大的关注。将氢作为蓄电池的负极活性物质是实现水－氢循环能量体系的重要方法。以氢作为活性物质的蓄电池中，碱性水溶液的H2-Ni体系最具代表性。分为两种：一种以气体氢作为活性物质，内压高。以具有吸、脱氢能力的金属氢化物作为活性物质，表示为MH－Ni,氢－镍体系在理论和实际上具有较高的比能量。1.高压氢－镍电池高压氢－镍电池是本世纪70年代初由美国研制出来。优点：具有较高的比能量；寿命长；耐过充过放，可通过氢压来指示电池的状态。应用：美国已在卫星上有应用，日本及我国也有这个体系。在适应卫星

2、大型化和长寿命方面，该体系比Cd-NiOOH体系更有利。在航天上有应用前景。高压氢－镍电池在充电时不断析出氢气，并被贮存在作为电池壳体的耐压容器内；放电时，氢在铂－钯贵金属催化剂的作用下被氧化，形成水。缺点：航天用氢镍电池是高压氢镍电池，氢压可达39.4×105Pa。压力很高，以这样高压力的氢气，贮存在薄壁容器内使用，对于民用来说安全性是个问题；采用铂等催化剂贵金属催化剂，最初投资较高。自放电损失与氢气压力成正比，所以电池的密封需要解决。改进：在电池容器中事先放入一定量的吸氢材料（比如LaNi5),充电时放出的氢气可被吸氢材料吸收，从而控制了氢压的上升。低压氢镍电池，其压力

3、可控制在5.9×105Pa以下。电池放电时消耗氢气，在放电同时放出足够的热量，这部分热量可促使氢化物分解析出氢气。2.金属氢化物－镍电池利用金属间氢化物和氢气形成的氢化物为负极材料，在电池工作范围内，其稳定存在的氢分压为1×105Pa，可用来制造压力更低的金属氢化物镍电池。目前民用的主要品种。历史：六十年代后期，发现储氢合金；1984年，通过采用Co来取代LaNi5中的部分Ni，提高了LaNi5寿命。从而在世界上掀起了MH-Ni电池研制的热潮。二十世纪九十年代，MH-Ni电池进入产业化阶段。日本居于世界前列，1990年，日本三洋公司开始批量生产，美国、德国相继开始生产。我国今年

4、来发展很快，相继建立的一些电池生产企业。如天津和平海湾，深圳比亚迪等。镍氢电池主要用于笔记本，摄像机，便携移动装置上，另外在大功率动力型电池方面也有很好的应用前景。二、镍氢电池电极反应1.高压氢镍电池正极反应：2NiOOH＋2H2O＋2e→2Ni(OH)2＋2OH－负极反应：H2＋2OH→2H2O＋e过充电：OH→1/4O2＋H2O＋eH2O＋e→1/2H2＋OH－1/2H2O→1/4O2＋1/4H2过充电时发生电解反应，正极生成氧气，负极生成氢气。氧在负极和氢化合生成水。随着过充电的进行，KOH浓度和水的总量不变。过放电：OH－→1/4O2＋H2O＋eH2O＋e→1/2

5、H2＋OH－过放电时，正极上产生氢气，在负极上以同样的速率被消耗，电解液浓度没有变化。过充或过放电（产生反极），电池内的电解液浓度不会发生改变，这是镍氢电池的突出特点。2.金属氢化物氢镍电池正极反应:2NiOOH＋2H2O＋2e→2Ni(OH)2＋2OH－正极反应与高压氢镍电池相类似。负极反应氢是储存在储氢合金中，而不是存在于电池壳体内的气体。负极反应:H2＋2OH－→2H2O＋2eHs→HaHs固体里的氢，Ha气体氢总反应过充电，Ni(OH)2产生氧气，与储氢合金中的氢反应，产生水；过放电，NiOOH产生氢气，可以被负极过量的储氢合金吸收。储氢合金是由易

6、于生成稳定氢化物的元素，如（La,Zr,Mg,V,Ti)等与其他元素（非氢化物形成元素，如Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Al等）组成的金属间化合物。复习题1.氢镍电池的分类。2.高压氢镍电池原理及其缺点。3.金属氢化物电池原理及其优点。4.氢镍电池的电极反应（高压、金属氢化物）？5.氢化物分类？6.储氢合金主要由哪些元素组成？7.实际使用对储氢合金的要求？8.对镍氢电池用储氢合金有什么要求9.LaNi5合金的发展过程？10.镁基合金的优缺点及其改进？为什么镁基合金循环寿命低？11.为什么镍氢电池比能量比镍镉高？12.目前金属氢化物镍电池设计原则。