電極鎳氫電池的設(shè)計(jì)過程介紹

金屬氫電極

決定鎳氫電池特性的重要材料是吸氫合金，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，鈷和鋁（鎳的一部分）所取代，這新增了合金的穩(wěn)定性和活性。為了降低成本，一些制造商使用比鑭，鈰，鐠和釹更加有用途其它稀土元素的混合物（該混合物的比率為接近天然礦石的比例）來代替鑭。

在充電–放電循環(huán)期間，由于氫的吸收和解吸，發(fā)生吸氫合金的晶格的15-25％的膨脹和壓縮。由于內(nèi)應(yīng)力的新增，這種變化導(dǎo)致在合金中形成裂縫。裂縫的形成新增了與堿性電解質(zhì)相互用途時(shí)可能會(huì)腐蝕的表面積。因此，陰極的放電容量逐漸降低。具有有限量電解質(zhì)的電池將具有電解質(zhì)重新分布的問題。由于耐腐蝕性的氧化物和氫氧化物的形成耐腐蝕的合金，以新增的金屬氫化物電極引線的表面進(jìn)行化學(xué)鈍化，重要形成電流反應(yīng)的電壓。腐蝕產(chǎn)物的形成源于電解質(zhì)溶液中氧和氫的消耗，這反過來減少了電池中電解質(zhì)的量并新增了內(nèi)阻。

兩種基本方法用于減緩合金的分散和腐蝕的不良過程，這決定了鎳氫電池的壽命（除了優(yōu)化合金生產(chǎn)的組成和模式）。第一種方法是合金顆粒的微膠囊化，即，當(dāng)表面涂有薄的多孔層（5-10％）–按重量計(jì)鎳或銅時(shí)。目前發(fā)現(xiàn)最廣泛應(yīng)用的第二種方法是用氫可滲透的保護(hù)膜處理堿性溶液的合金顆粒的表面。

2.氧化鎳電極

用于批量生產(chǎn)的氧化鎳電極是通過設(shè)計(jì)變化制造的，例如薄片，邊框薄片（金屬陶瓷）和壓力機(jī)（包括片劑）。近年來，使用了毛氈和泡沫聚合物電極。平板電極是一系列由薄的鍍鎳鋼帶（0.1毫米厚）制成的多孔盒（薄片）。燒結(jié)（金屬–陶瓷）電極由孔隙（至少70％孔隙率）的金屬陶瓷地板組成，孔中帶有活性材料。底座由羰基鎳細(xì)粉末制成，并與碳酸銨或尿素（60-65％鎳，其余為填料）混合，并壓制，軋制或噴涂到鋼或鎳網(wǎng)格上。然后，將粉末在該被分解并蒸發(fā)鎳燒結(jié)的溫度和碳酸銨或800-960℃的網(wǎng)格的還原性氣氛中，尿素進(jìn)行熱處理。以這種方式獲得的基底具有1-2.3mm的厚度，80-85％的孔隙率和5-20微米的孔半徑。堿用硝酸鎳或硫酸鎳的濃溶液和加熱至60-90℃的堿溶液交替浸漬，以誘導(dǎo)氧化鎳和氫氧化物的沉淀。

目前，還使用電化學(xué)浸漬方法，其中電極在硝酸鎳溶液中進(jìn)行陰極處理。由于氫的形成，板的孔中的溶液被堿化，并且氧化鎳和氫氧化物在板的孔中沉淀。箔電極被認(rèn)為是幾個(gè)燒結(jié)電極。通過薄電極（0.05mm）的噴霧涂覆羰基鎳粉的醇乳液出現(xiàn)包含有關(guān)穿孔帶和鎳燒結(jié)和用試劑如化學(xué)或電化學(xué)浸漬的兩側(cè)的粘合劑。電極的厚度為0.4-0.6mm。通過向網(wǎng)或穿孔鋼帶施加35-60MPa的壓力來生產(chǎn)壓縮電極。活性材料由氫氧化鎳，氫氧化鈷，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為95％。毛氈電極基于鍍鎳聚合物或碳石墨氈制成。根據(jù)應(yīng)用，電極的厚度在0.8到10mm之間變化。根據(jù)密度，將活性物質(zhì)以各種方式施加到氈上。可以使用鍍鎳，鍍鎳代替氈，并且可以在還原氣氛中進(jìn)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(zhì)上。之后，將具有的基質(zhì)干燥。毛氈和泡沫聚合物電極具有高容量和長(zhǎng)壽命。