電極鎳氫電池的設計過程
1、金屬氫電極
決定鎳氫電池特性的主要材料是吸氫合金,能夠吸收1000倍大于自身體積的氫。最廣泛使用的LaNi5型合金已被錳,钴和鋁(鎳的一部分)所取代,這增加了合金的穩定性和活性。爲了降低成本,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(該混合物的比率爲接近天然礦石的比例)來代替镧。
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,这決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。


2、氧化鎳電極
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,還使用電化學浸漬方法,其中電極在硝酸鎳溶液中進行陰極處理。由于氫的形成,板的孔中的溶液被堿化,並且氧化鎳和氫氧化物在板的孔中沈澱。箔電極被認爲是幾個燒結電極。通過薄電極(0.05mm)的噴霧塗覆羰基鎳粉的醇乳液産生包含關于穿孔帶和鎳燒結和用試劑如化學或電化學浸漬的兩側的粘合劑。電極的厚度爲0.4-0.6mm。通過向網或穿孔鋼帶施加35-60MPa的壓力來生産壓縮電極。活性材料由氫氧化鎳,氫氧化钴,石墨和粘合劑組成。
金屬氧化物電極具有由鎳或碳纖維制成的非常多孔的基底。這些堿的孔隙率至少爲95%。毛氈電極基于鍍鎳聚合物或碳石墨氈制成。根據應用,電極的厚度在0.8到10mm之間變化。根據密度,將活性物質以各種方式施加到氈上。可以使用鍍鎳,鍍鎳代替氈,並且可以在還原氣氛中進行退火。含有氫氧化鎳和粘合劑的糊料,通常施加到高度多孔的介質上。之後,將具有的基質幹燥。毛氈和泡沫聚合物電極具有高容量和長壽命。
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