金属氢化物镍电池

能源科学与工程学院

电子科技大学

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2.4.1 概述

242MH Ni

2.4.2 MH-Ni电池的工作原理

2.4.3 储氢合金电极

2.4.4 MH Ni电池的性能

2.4.4MH-Ni

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1. 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Phili L Ni 合金有可逆的吸放氢性能❑

Philips 实验室发现LaNi 5合金有可逆的吸放氢性能，1937年开始作为二次电池的负极材料使用

Philips MH Ni ❑1984年Philips 成功制造出LaNi 5合金为负极的MH-Ni 电池❑

1988年美国Ovonic 公司以及1989年日本松下、东芝、三洋等公司开始大规模商业化生产

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1. 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

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2. 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负极活性物质：金属氢化物电解液：氢氧化钾溶液

MH NiOOH M Ni(OH)电池反应：2MH+NiOOH M+Ni(OH)−−−→←−−−

放电

充电

正极反应：

--NiOOH+H O+e Ni(OH)+OH −−−→←−−−放电

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负极反应：

22()←充电

--2MH+OH M+H O+e −−−→←−−−放电充电

2. MH-Ni 电池的工作原理

MH Ni MH-Ni 电池的工作原理

❑充电时

1NiOOH

1.正极上的Ni(OH)2转变为NiOOH；

2.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

MH 吸附态的ab ；

3.吸附态的氢再进一步扩撒到储氢合金内形成固溶体α-MH ；

--

2ab M+H O+e MH +OH

→4.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-MH ab MH -MH

α→属氢化物βMH。

❑放电时

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正极上的-MH -MH

αβ→6

1.NiOOH 得到电子变为Ni(OH)2；

2.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-

224OH 2H O+O +4e

-→-4OH

-负极222H O+O +4e →总反应

（KOH 浓度和水的总量不会发生变化）

过放电（反极）时：

正极

--222H O+2e H +2OH →负极--

22H +2OH 2H O+2e

→总反应

（镍电极出现反极现象，且电极电位比

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氢电极电势更负）

2. 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大量的气体，电池的设计原为

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电池般也设计成负极容量过量

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

8❑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

2. 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，负极还有一部分额外的容量，称为预充容量

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2. MH-Ni 电池的工作原理

MH-Ni 电池的特点

1Cd-Ni 15~21.能量密度高，是Cd Ni 电池的1.52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镉镍电具有换性

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

电池自放电较大寿命比镉镍电池稍差

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* MH-Ni 电池自放电较大，寿命比镉镍电池稍差

3. 储氢合金电极

11氢气、液氢、金属氢化物的氢密度与含氢率

3. 储氢合金电极

储氢合金的性质

氢

一定温度下和压力下，储氢合金与气态氢发生可逆反应生成氢化物

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（

当氢气的吸收达到饱和后，固溶体进

2.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（β相）

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

零点开始，随着氢压增加，合金吸收氢气，形成固溶体（α相）。A 点对应于

氢在合金中的极限溶解度

AB段，α相与β相并存，呈平直状，称

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[H]H p α∝•PCT 曲线是衡量储氢材料新能的重要特征曲线通过为平台区，相应的平衡压力称为平台压

力

B点后相再增加重要特征曲线，通过

PCT 曲线可B点后，α相全部转换为β相，再增加