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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MHNi,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。 在适应卫星大型化和长寿
2、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，其压力可控制在5.9 105Pa
3、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1105Pa，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。我国今年来发展很快，相继建立的一些电池生产企
4、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： 2NiOOH2H2O2e2Ni(OH)22OH 负极反应： H22 OH2H2Oe 过充电： OH1/4O2H2Oe H2Oe 1/2H2OH 1/2H2O1/4O21/4H2,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： OH1/4O2H2Oe H2Oe 1/2H2OH 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
5、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: 2NiOOH2H2O2e2Ni(OH)22OH 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: H22 OH2 H2O2e Hs Ha Hs 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。,
