方形镍氢电池制备与应用

华南师范大学实验报告

学生姓名学号

专业化学（师范）年级、班级10化5

课程名称物理化学实验实验项目方形镍氢电池制备与应用实验类型□验证□设计□综合实验时间 2013 年 3 月5~12日

实验指导老师实验评分

一、引言

1.实验背景

由于大量使用的镍镉电池（Ni－Cd）中的镉有毒，使废电池处理复杂，环境受到污染，因此它将逐渐被用储氢合金做成的镍氢充电电池（Ni－MH）所替代。从电池电量来讲，相同大小的镍氢充电电池电量比镍镉电池高约1.5～2倍，且无镉的污染，现已经广泛地用于移动通讯、笔记本计算机等各种小型便携式的电子设备。镍氢充电电池具有很大的市场潜力，因而世界各国都在加大对这方面的研究。

2.实验目的

（1）学习有关电池的基本概念和知识：正负极、隔膜、黏合剂、电解液、工作原理等，使得自己对日常生活中常见的电池有更加深入和清晰的认识；

（2）亲身实践电池的制作工作，如点焊镍网、调试黏合剂、切割和制作电池外壳、辊压极板等，从而增强个人的动手能力，也对电池制作的过程有了经验。

二、实验部分

1.镍氢电池的工作原理

镍氢电池的正极活性物质为Ni(OH)2，负极为贮氢合金，正负电极用隔膜分开，根据不同使用条件的要求，采用KOH 并加入LiOH 或NaOH的电解液。电池充电时，正极中Ni(OH)2被氧化为NiOOH，而负极则通过电解水生成金属氢化物，从而实现对电能的存储。放电时，正极中的NiOOH被还原为Ni(OH)2，负极中的氢被氧化为水，同时在这个反应过程中向外电路释放出电量。电极反应如下：(“⇀”表示充电；“↽”表示放电)

正极：Ni(OH)2 + OH-⇌ NiOOH + H2O + e-

负极：M + xH2O + xe- ⇌ MHx + xOH-

2.实验仪器与试剂

2.1实验仪器

点焊机（焊接泡沫镍与镍条）； 烘箱（烘干电极板）； 压片机（压缩极板）；

有机玻璃（电池壳材料）；

锯子（切割有机玻璃）； 砂纸（打磨有机玻璃片，使其边缘光滑，易于粘接，避免漏液）； 环氧树脂+固化剂（粘结剂）； 钻孔器（在电池壳上打孔） 计算机控制充放电仪器（测试电池盒性能，绘制伏安曲线图）； 2.2实验试剂

氢氧化镍（正极活性物质，放电比容量220mAh/g ）；

贮氢合金粉（负极活性物质, 放电比容量280mAh/g ）；

隔膜(PE 隔膜，作用：隔开正负极，避免短路，储存电解液，提供气体通道)； 60％（PTFE + CMC ）粘结剂；

Ni 粉（提高极板导电性）；

Co 粉（提高极板导电性和物质反应可逆性）；

KOH （用于配置电解液）

3. 实验步骤

3.1正负极板的裁剪

裁剪正负极泡沫镍，约3cm*2.5cm 共7片，其中正极3片，负极4片，分别用电焊机焊接上镍条

3.2正负极板的制备

（1）正极板的制备

（2）负极板的制备

3.3电池盒的制备

根据极板的大小，确定电池盒的规格用锯子在有机玻璃板上锯出电池盒的六个面，并用砂纸打磨平滑，将五个面用粘合剂（环氧树脂+固化剂）粘连起来，自然放置一天晾干，晾干后检验是否漏液，不漏即完成电池盒的制备。余下一片用剪刀钻3个孔。

3.4电解液的配制

3.5电池盒的组装

将7片极板按负-正-负-正-负-正-负的顺序排好，整理好放入电池盒中，加入电解液，并将正极和负极镍条穿过电池盖，用环氧树脂固定即可。组装完成后进行充放电测试。

三、结果与讨论

1.电池循环充放电曲线图

图1：电池循环充放电曲线图

2.电池放电容量随充放电循环次数关系曲线图

图2：电池放电容量随充放电循环次数关系曲线图

3.电池单次充放电曲线图

图3：电池单次充放电曲线图

4.数据分析

由图1可知：电池在循环充放电过程中，充放电曲线比较有规律，电压保持在一定水平，其大小波动不大，在4974min时依然保持电压值较恒定，说明电池性能比较稳定，充放电电压稳定。

由图2可知：20次循环充放电过程中,从第1次到第5次，充放电电流逐渐增大至590.3mAh，然后开始有所下降，最后大致落在574mAh~579mAh这个区间内。说明电池性

能比较稳定，放电电流稳定。

由图3可知：充满电的电池，其电压在放电起始阶段下降较快,随后放电相对较慢；在充电起始阶段,电池端电压迅速上升,随后上升的速度较慢，最终到达最大电压值。细心可以发现，电池在放电结束之后，其电压不为0，而是大于0。

总体上电池性能稳定。

5.实验的收获

（1）实验前应查阅足够的资料，做好准备，不怕麻烦

由于实验前，对电池中极板间的距离不了解，不知道极板之间需要相对紧密地合在一起，因此制作出来的电池外壳太宽了，多了好多没用的空间。如图4所示：

图4 电池外壳a

尽管可以在电池内加一块有机玻璃，减小电池宽度，并刚好可以放下7块极板，但这样影响了电池外壳的美观程度。

（2）学习了AutoCAD的基本操作，画出理想的电池

外壳图像，如图5所示。这个软件进行二维制作非常的方便。

图5 电池外壳b

（3）制作电池外壳，在切割有机玻璃后，要用砂纸仔细磨平有机玻璃的切面，这样就不必使用过多的粘合剂，而且产品会更美观。

四、结论

1.储氢材料

从狭义上讲，储氢材料是一种能与氢反应生成金属氢化物的物质；但是它与一般金属氢

吸收和释放氢的材料。

料。

2.记忆效应

全所致。会使电池暂时性的容量减小，导致使用时间缩短。

从上面的这段话可知，我们在生活中使用镍氢电池、手机电池、笔记本电脑电池的时候，不一定要每次都把电量完全耗尽之后再充电。

3.关于隔膜

MH—Ni电池都是由正、负极板和隔膜组成L，隔膜被置于电池的两电极之间，允许离子通过而不允许电子通过，它是电池的心脏材料，隔膜品质的优劣直接决定电池性能的好坏一般来说，MH一Ni电池对隔膜的要求如下：

良好的化学稳定性，如耐电解液的强碱等，不易老化，优良的抗氧化能力；

良好的润湿性和电解液保持能力；

较好的离子传输能力和较低的面电阻；

良好的吸收和保持电解液的能力；

具备适宜的孔径、孔率和透气性；

足够好的机械强度。