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电极镍氢电池的设计过程

电极镍氢电池的设计过程介绍
1.金属氢电极

决定镍氢电池特性的主要材料是吸氢合金,能够吸收1000倍大于自身体积的氢。最广泛使用的LaNi5型合金已被锰,钴和铝(镍的一部分)所取代,这增加了合金的稳定性和活性。为了降低成本,一些制造商使用比镧,铈,镨和钕更有用途其它稀土元素的混合物(该混合物的比率为接近天然矿石的比例)来代替镧。

在充电 – 放电循环期间,由于氢的吸收和解吸,发生吸氢合金的晶格的15-25%的膨胀和压缩。由于内应力的增加,这种变化导致在合金中形成裂缝。裂缝的形成增加了与碱性电解质相互作用时可能会腐蚀的表面积。因此,阴极的放电容量逐渐降低。具有有限量电解质的电池将具有电解质重新分布的问题。由于耐腐蚀性的氧化物和氢氧化物的形成耐腐蚀的合金,以增加的金属氢化物电极引线的表面进行化学钝化,主要形成电流反应的电压。腐蚀产物的形成源于电解质溶液中氧和氢的消耗,这反过来减少了电池中电解质的量并增加了内阻。

两种基本方法用于减缓合金的分散和腐蚀的不良过程,这决定了镍氢电池的寿命(除了优化合金生产的组成和模式)。第一种方法是合金颗粒的微胶囊化,即,当表面涂有薄的多孔层(5-10%) – 按重量计镍或铜时。目前发现最广泛应用的第二种方法是用氢可渗透的保护膜处理碱性溶液的合金颗粒的表面。

镍氢电池

2.氧化镍电极

用于批量生产的氧化镍电极是通过设计变化制造的,例如薄片,边框薄片(金属陶瓷)和压力机(包括片剂)。近年来,使用了毛毡和泡沫聚合物电极。平板电极是一系列由薄的镀镍钢带(0.1毫米厚)制成的多孔盒(薄片)。烧结(金属 – 陶瓷)电极由孔隙(至少70%孔隙率)的金属陶瓷地板组成,孔中带有活性材料。底座由羰基镍细粉末制成,并与碳酸铵或尿素(60-65%镍,其余为填料)混合,并压制,轧制或喷涂到钢或镍网格上。然后,将粉末在该被分解并蒸发镍烧结的温度和碳酸铵或800-960℃的网格的还原性气氛中,尿素进行热处理。以这种方式获得的基底具有1-2.3mm的厚度,80-85%的孔隙率和5-20微米的孔半径。碱用硝酸镍或硫酸镍的浓溶液和加热至60-90℃的碱溶液交替浸渍,以诱导氧化镍和氢氧化物的沉淀。

目前,还使用电化学浸渍方法,其中电极在硝酸镍溶液中进行阴极处理。由于氢的形成,板的孔中的溶液被碱化,并且氧化镍和氢氧化物在板的孔中沉淀。箔电极被认为是几个烧结电极。通过薄电极(0.05mm)的喷雾涂覆羰基镍粉的醇乳液产生包含关于穿孔带和镍烧结和用试剂如化学或电化学浸渍的两侧的粘合剂。电极的厚度为0.4-0.6mm。通过向网或穿孔钢带施加35-60MPa的压力来生产压缩电极。活性材料由氢氧化镍,氢氧化钴,石墨和粘合剂组成。

金属氧化物电极具有由镍或碳纤维制成的非常多孔的基底。这些碱的孔隙率至少为95%。毛毡电极基于镀镍聚合物或碳石墨毡制成。根据应用,电极的厚度在0.8到10mm之间变化。根据密度,将活性物质以各种方式施加到毡上。可以使用镀镍,镀镍代替毡,并且可以在还原气氛中进行退火。含有氢氧化镍和粘合剂的糊料,通常施加到高度多孔的介质上。之后,将具有的基质干燥。毛毡和泡沫聚合物电极具有高容量和长寿命。

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