電極鎳氫電池的設(shè)計過程介紹

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，鈷和鋁（鎳的一部分）所取代，這增加了合金的穩(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)力的增加，這種變化導(dǎo)致在合金中形成裂縫。裂縫的形成增加了與堿性電解質(zhì)相互作用時可能會腐蝕的表面積。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，以增加的金屬氫化物電極引線的表面進行化學(xué)鈍化，主要形成電流反應(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)的量并增加了內(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，當表面涂有薄的多孔層（5-10％）–按重量計鎳或銅時。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)計變化制造的，例如薄片，邊框薄片（金屬陶瓷）和壓力機（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。箔電極被認為是幾個燒結(jié)電極。通過薄電極（0.05mm）的噴霧涂覆羰基鎳粉的醇乳液產(chǎn)生包含關(guān)于穿孔帶和鎳燒結(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壽命。