第二章金属氢化物镍电池材料

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电极反应的优势
电池的正、负极上所发生的反应均属于固相转变机制， 不额外生成和消耗电解液组分，因此电池的正、负极都具有 较高的稳定性，可以实现密封和免维护。
电池一般采用负极容量过剩的配置方式，电池在过充时， 正极上析出的氧气可在金属氢化物电极表面被还原成水；电 极在过放时，正极上析出的氢气又可被金属氢化物电极吸收， 从而使得电池具有良好的耐过充放能力。
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它的工作状态可以划分为种： 正常工作状态 过充电状态 过放电状态。
在不同工作状态下，电池内部发生的电化学反应 是不同的。
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• 当电池过放电时，电极反应为 ：
氢氧化镍电极 （正极）
吸氢电极 （负极）
2H 2O 2e H 22OH
H 2 2 O H 2 e 2 H 2 O
过放电时，电池的总反应的净结果为零，由于在 正极上产生的氢气会在负极上新化合，同样也保 持了电池体系的稳定。
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常用的二次电池的原理：放电时通过化学反应可 以产生电能，而施加反向电流时则可使体系回复到原 来状态，即将电能以化学能形式重新储存起来的新型 电池，它的充、放电反应是可逆的。
新型的二次电池特点：环境的污染较小，可循环 使用，性能优良。
这些优势是导致二次电池迅速发展的主要原因。
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n ／二次电池
大家好
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金属氢化物镍氢电池材料
n 新型二次电池概述 n 金属氢化物镍电池材料
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n 新型二次电池概述
电池是一种利用电化学的氧化还原反应，进行化学能 电能之间转换的储能装置。
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电池的应用
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一次电池或原电池：电池能放电，当电池电力用尽时无 法再充电的电池。
市场卖的碱性电池，锰锌电池，水银电池，都是一次
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α()结构
•α()结构被称为是湍层（或涡旋）结构，有两种不同的形态，可 分别表示为α()·和α()·。
•层间不仅含有大量的靠氢键键合的水，还含有其他阴离子，化 学通式为()()，其中、分别为价和价的阴离子（由于α()的层间距 较大，因而可以嵌入较多的半径较小的阴离子和碱金属离子。
放电时通过化学反应可以产生电能。通以反向电流 (充电)时则可使体系回复到原来状态，即将电能以化 学能形式重新储存起来。
化学能
电能
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典型的二次电池体系
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铅蓄电池充电后电压可达伏；放电后电压下降， 当电压降至伏时(这时溶液密度为 ) 不能再使用， 必须充电。
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信息技术的发展，特别是移动通信及笔记 本计算机等的迅速发展，迫切要求电池小型化、 轻型化、长的服务时间、长的工作寿命和免维护 技术。
性电池。一次电池又称原电池，它只能将化学能一次性 地转化为电能，不能将电能还原回化学能。
化学能
电能
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一次电池使用后，回收不及时或处理 不当，常随普通垃圾一起被丢弃或被填埋 ，造成资源浪费，同时电池中的重金属元 素的泄漏也污染了当地的水体和土壤。因 此，开发二次新型电池是必要的。
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二次电池或蓄电池：电池的充放电反应是可逆的。
动力型镍氢电池(组)
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（）镍氢电池结构
镍氢电池由氢氧化镍正极，储氢合金负极，隔 膜纸，电解液，钢壳，顶盖，密封圈等组成。
在圆柱形电池中，正负极用隔膜纸分开卷绕在 一起，然后密封在钢壳中的。在方形电池中，正负 极由隔膜纸分开后叠成层状密封在钢壳中。
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当正极析出的氧扩散到负极与氢发生反应时，不仅消耗 负极的一部分氢，影响到负极的电极电位，而且释放的热量 会导致电池内部温度显著升高，从而加速电极反应。
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） 正极材料
充电态活性物质， 有两种晶型结构： 和γ； 放电态活性物质是()， 有两种晶型结构，即α()和 ()，通常为苹果绿的粉末物质 。
产生： 世纪年代末，储氢合金的发现。储氢合金在
吸放氢的过程中伴有电化学效应、热效应等。 年开始储氢合金作为二次电池的负极材料的
研究。 年解决了合金冲放电过程中容量衰减迅速的
问题。 年试生产。
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镍氢扣式充电电池系列
镍氢方形电池可充电电池系列
镍氢圆柱形可充电池系列
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镍氢可充电池组系列
镍氢可充电池系列
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()的晶体结构
• ()为六方晶系层状结构，其电极的充放电反应即 为质子在层间的脱出或嵌入反应，各个晶型的活 性物质都可以看作的层状堆积，不同晶型，层间 距和层间粒子存在着差异。
两种不同氢氧化镍晶型的层状结构示意图
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()结构
•()六方晶系存在无序和有序两种形式，结晶完好 的()具有比较完整的晶体结构，是型层状化合物。 •有序()层面有具有六方密堆积的晶胞组成，层与 层之间靠范德华力结合，具有较短的层间距离。 •无序()具有()的基本结构，实际上它是缺陷的非 化学计量()形式。
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镍氢电池结构——正极
焊点：（约～个)
正极物质：球镍亚钴
正极基体：发泡镍（约厚)，或冲孔镀镍 钢带 （厚）
正极集流体：镍带（约厚）
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镍氢电池结构——负极
负极基体：铜网、钢网（约
厚)
负极物质：
钢带（约厚)
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镍氢电池结构——隔膜
l
材质：维尼纶或者 （聚丙烯）或者 尼龙
l来自百度文库厚度：一般为～
l
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过充电时，电极发生如下反应：
氢氧化镍电极 （正极）
4 O H 4 e 2 H 2 O O 2
吸氢电极 （负极）
4 H 2 O 4 e 4 O H 2 H 2
氢氧化镍电极全充电态时产生的氧气，也能经过
扩散在负极上重新化合为水。既保持了电池内压 的恒定，同时又使电液浓度不致发生巨大变化。
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镍氢电池结构——电解液
性质：
无色透明液体，具 有较强腐蚀性。
应用：
主要用于可充电镍 氢电池的电解液。
规格：
溶质组成 （重量比）
溶剂组成 ：水
浓度
质量指标：
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（）工作原理
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从图可以看出： 利用氢的吸收和释放的电化学可逆反应； 电解质由水溶液组成，其主要成分为氢氧化钾。 电解质不仅起离子迁移电荷作用，而且参与了 电极反应。
为了真正解决汽车尾气污染，发展零排放 电动车辆的呼声愈来愈高，极大地推动着高比热 能量、长寿命二次电池技术的发展。
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全世界天然能源正在不断消耗，终将枯竭， 寻求新能源的呼声愈来愈高。
航天领域和现代化武器对高性能二次电池的 需求非常迫切，诸如：卫星上需求高功率、轻质 量的储能电池；野战通信也要求高比热量、长寿 命的小型二次电池等。