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镍氢电池正极和负极材料特性

镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属氢化物。用在镍氢电池的制造上,它们主要分为两大类。最常见的是AB5一类,A是稀土元素的混合物(或者)再加上钛(Ti);B则是镍(Ni)、钻(Co)、锰(Mn),(或者)还有铝(Al)。而一些高容量电池的“含多种成分”的电极则主要由AB2构成,这里的A则是钛(Ti)或者钒(V),B则是错(Zr)或镍(Ni),再加上一些铬(Cr)、钻(Co)、铁(Fe)和(或)锰(Mn)。所有这些化合物扮演的都是相同的角色:可逆地形成金属氢化物。电池充电时,氢氧化钾(KOH)电解液中的氢离子(H+)会被释放出来,由这些化合物将它吸收,避免形成氢气(H2),以保持电池内部的压力和体积。当电池放电时,这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。

镍氢电池

镍氢电池正极基体:发泡镍(约1.6–1.7mm厚),或冲孔镀镍钢带(0.06–0.08mm厚)

正极集流体:镍带(约0.1mm厚)

镍氢电池负极基体:铜网、钢网(约0.22~0.32mm厚)

负极物质:MH+HPMC+SBR钢带(约0.04~0.08mm厚)

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化物有明显的差异。即储氢材料必须具备高度的反应可逆性,而且,此可逆循环的次数必须足够多,循环次数超过5000次。

实际上,它必须是能够在适当的温度、压力下大量可逆的吸收和释放氢的材料。

目前,用于镍氢电池负极储氢材料的主要是金属(或合金)储氢材料,氢几乎可以同周期表中的各种元素反应,生成各种氢化物或氢化合物。但并不是所有金属氢化物都能做储氢材料,只有那些能在温和条件下大量可逆的吸收和释放氢的金属或合金氢化物才能做储氢材料用。储氢合金材料在镍氢电池中有着重要地位,因此研究储氢材料对提高镍氢电池性能有着举足轻重的作用。

对于理想的金属储氢材料应具备以下条件:

(1)合金贮氢容量高,不小于1wt%;

(2)吸放氢电催化活性好,

(3)在氢的阳极氧化电位范围内应具有较强的抗氧化能力;

(4)在强碱性电解质溶液中,化学性质相对稳定;

(5)反复充放电过程中,合金不易粉化;

(6)充放电效率高;

(7)循环使用寿命长;

(8)具有良好的电和热的传导性;

(9)原材料成本低廉。

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