電極鎳氫電池的設計過程
1、金屬氫電極
決定鎳氫電池特性的(de)(de)主要材料是吸氫合(he)金,能夠吸收1000倍大于自身體積的(de)(de)氫。最廣泛(fan)使用的(de)(de)LaNi5型合(he)金已被錳(meng),鈷和(he)鋁(lv)(鎳的(de)(de)一部分(fen))所取代,這增加了合(he)金的(de)(de)穩定性(xing)和(he)活性(xing)。為(wei)了降低成本,一些制造商使用比鑭,鈰(shi),鐠和(he)釹(nv)更有用途其它稀土元素(su)的(de)(de)混合(he)物(wu)(該(gai)混合(he)物(wu)的(de)(de)比率為(wei)接近天然礦石的(de)(de)比例)來代替鑭。
在(zai)充電(dian)(dian)(dian) – 放電(dian)(dian)(dian)循環(huan)期(qi)間,由于(yu)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)收(shou)和(he)解吸(xi),發生吸(xi)氫(qing)(qing)(qing)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)格的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)15-25%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)膨(peng)脹和(he)壓縮。由于(yu)內(nei)應力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia),這種變化(hua)(hua)(hua)導致(zhi)在(zai)合(he)金(jin)中(zhong)形成裂縫。裂縫的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成增(zeng)加(jia)(jia)了(le)與堿(jian)性(xing)電(dian)(dian)(dian)解質相互作用時可能會腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)積。因此,陰極的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)放電(dian)(dian)(dian)容量逐漸(jian)降(jiang)低(di)。具(ju)有有限量電(dian)(dian)(dian)解質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池將具(ju)有電(dian)(dian)(dian)解質重新分(fen)布(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題。由于(yu)耐腐(fu)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)和(he)氫(qing)(qing)(qing)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成耐腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin),以增(zeng)加(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬氫(qing)(qing)(qing)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)電(dian)(dian)(dian)極引線的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)進行化(hua)(hua)(hua)學鈍化(hua)(hua)(hua),主要形成電(dian)(dian)(dian)流反(fan)應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓。腐(fu)蝕(shi)產物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成源于(yu)電(dian)(dian)(dian)解質溶液中(zhong)氧(yang)和(he)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)消耗,這反(fan)過來減(jian)少了(le)電(dian)(dian)(dian)池中(zhong)電(dian)(dian)(dian)解質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量并(bing)增(zeng)加(jia)(jia)了(le)內(nei)阻。
兩種(zhong)基(ji)本方(fang)法用于減緩合(he)金(jin)的分散和(he)腐(fu)蝕的不良過程,這決定了(le)鎳(nie)氫電池(chi)的壽命(ming)(除了(le)優化合(he)金(jin)生產的組成和(he)模式)。第一種(zhong)方(fang)法是合(he)金(jin)顆粒(li)的微膠囊化,即,當表面涂有薄的多(duo)孔層(ceng)(5-10%) – 按重量計鎳(nie)或銅(tong)時。目(mu)前發現最廣泛應用的第二種(zhong)方(fang)法是用氫可滲透的保護膜(mo)處理(li)堿性(xing)溶液的合(he)金(jin)顆粒(li)的表面。
2、氧化鎳電極
用(yong)于批量生產的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)鎳電極(ji)是(shi)通過設計變化(hua)制(zhi)造的(de)(de)(de)(de),例(li)如薄(bo)片(pian),邊框(kuang)薄(bo)片(pian)(金屬陶(tao)瓷(ci))和壓(ya)力機(包括(kuo)片(pian)劑(ji))。近(jin)年來,使用(yong)了毛(mao)氈和泡沫(mo)聚合物電極(ji)。平板電極(ji)是(shi)一(yi)系列由(you)薄(bo)的(de)(de)(de)(de)鍍(du)鎳鋼(gang)帶(0.1毫米厚)制(zhi)成的(de)(de)(de)(de)多孔(kong)(kong)盒(薄(bo)片(pian))。燒(shao)結(金屬 – 陶(tao)瓷(ci))電極(ji)由(you)孔(kong)(kong)隙(至少70%孔(kong)(kong)隙率)的(de)(de)(de)(de)金屬陶(tao)瓷(ci)地板組成,孔(kong)(kong)中(zhong)帶有活性材料。底(di)座由(you)羰基鎳細(xi)粉(fen)末制(zhi)成,并(bing)與碳酸(suan)銨或(huo)尿素(60-65%鎳,其余為填料)混合,并(bing)壓(ya)制(zhi),軋制(zhi)或(huo)噴(pen)涂到鋼(gang)或(huo)鎳網格(ge)上。然后,將粉(fen)末在該被(bei)分解并(bing)蒸發(fa)鎳燒(shao)結的(de)(de)(de)(de)溫度和碳酸(suan)銨或(huo)800-960℃的(de)(de)(de)(de)網格(ge)的(de)(de)(de)(de)還(huan)原性氣氛中(zhong),尿素進行熱(re)處理。以這種方式(shi)獲得的(de)(de)(de)(de)基底(di)具有1-2.3mm的(de)(de)(de)(de)厚度,80-85%的(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)隙率和5-20微米的(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)半徑。堿(jian)用(yong)硝酸(suan)鎳或(huo)硫酸(suan)鎳的(de)(de)(de)(de)濃溶(rong)液和加熱(re)至60-90℃的(de)(de)(de)(de)堿(jian)溶(rong)液交(jiao)替(ti)浸漬(zi),以誘導(dao)氧(yang)化(hua)鎳和氫氧(yang)化(hua)物的(de)(de)(de)(de)沉淀(dian)。
目前,還使(shi)用電(dian)化學浸(jin)漬方法(fa),其中電(dian)極(ji)在硝酸鎳溶(rong)液中進行陰極(ji)處理。由于氫(qing)(qing)的(de)形(xing)成,板的(de)孔中的(de)溶(rong)液被(bei)堿化,并且氧化鎳和氫(qing)(qing)氧化物在板的(de)孔中沉淀。箔(bo)電(dian)極(ji)被(bei)認(ren)為是(shi)幾個(ge)燒(shao)結(jie)(jie)電(dian)極(ji)。通過(guo)薄電(dian)極(ji)(0.05mm)的(de)噴(pen)霧涂覆羰基鎳粉的(de)醇(chun)乳(ru)液產生(sheng)包(bao)含關于穿孔帶和鎳燒(shao)結(jie)(jie)和用試劑如(ru)化學或電(dian)化學浸(jin)漬的(de)兩側的(de)粘合(he)劑。電(dian)極(ji)的(de)厚度為0.4-0.6mm。通過(guo)向(xiang)網或穿孔鋼帶施加35-60MPa的(de)壓力(li)來生(sheng)產壓縮電(dian)極(ji)。活(huo)性材料由氫(qing)(qing)氧化鎳,氫(qing)(qing)氧化鈷,石墨和粘合(he)劑組成。
金屬氧化(hua)(hua)物電極具(ju)有(you)由鎳(nie)(nie)(nie)或碳纖(xian)維制(zhi)(zhi)成的非常多(duo)孔(kong)的基底。這些堿(jian)的孔(kong)隙率至少(shao)為95%。毛(mao)氈(zhan)(zhan)電極基于鍍(du)鎳(nie)(nie)(nie)聚合(he)物或碳石墨(mo)氈(zhan)(zhan)制(zhi)(zhi)成。根據應用,電極的厚(hou)度(du)在(zai)(zai)0.8到(dao)10mm之間變化(hua)(hua)。根據密(mi)度(du),將活性物質以各(ge)種(zhong)方式(shi)施加(jia)到(dao)氈(zhan)(zhan)上。可(ke)以使用鍍(du)鎳(nie)(nie)(nie),鍍(du)鎳(nie)(nie)(nie)代替氈(zhan)(zhan),并且可(ke)以在(zai)(zai)還原氣氛(fen)中進行退火(huo)。含有(you)氫氧化(hua)(hua)鎳(nie)(nie)(nie)和粘合(he)劑的糊料,通常施加(jia)到(dao)高度(du)多(duo)孔(kong)的介質上。之后,將具(ju)有(you)的基質干燥。毛(mao)氈(zhan)(zhan)和泡沫聚合(he)物電極具(ju)有(you)高容量和長壽(shou)命。

 





