镍氢电池知识ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物,镍氢电池知识,第二章 目 录,第一节、镍氢电池介绍,第二节、镍氢电池特点,第三节、储氢合金负极材料,第四节、正极材料,第五节、电池相关常识介绍,第六节、电池常见问题与分析,第七节、组合电池基本常识,第一节、镍氢电池介绍,1,、什么是电池？,2,、电池的分类,3,、一次电池与二次电池的异同点,4,、镍氢电池的电化学原理,5,、镍氢电池的主要结构组成,6,、镍氢电池的发展,第一节、镍氢电池介绍,1,、电池的定义,电池通常来说是指一种化学电源，是一种直接把化学能转变成电能的装置。它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。,2,、电池的分类,A,按工作性质分类：,（,1,）原电池：又称一次电池。如：锌,-,锰干电池、锌,-,汞电池、锂电池。,（,2,）蓄电池：又称二次电池，如：铅酸电池、镉,-,镍电池、氢,-,镍电池、锂离子电池,（,3,）贮备电池：又称,“,激活电池,”,，使用前临时注入电解液或用其它方法使电池激活。如：镁,-,银电池、铅,-,高氯酸电池,（,4,）燃料电池：该类电池又称,“,连续电池,”,，即将活性物质连续注入电池，使其连续放电的电池。如：氢,-,氧燃料电池、肼,-,空气燃料电池,B,按电解质性质分类,按电解质性质可分为酸性电池（铅酸电池）、碱性电池（氢镍电池）、中性电池、有机电解质电池（锂离子电池，如,Li-MnO,2,),、非水无机电解质电池,(Li-SOCl,2,锂,-,亚硫酰氯,),和固体电解质电池。,C,按活性物质的保存方式分类,按活性物质的保存方式可以分为：活性物质保存在电极上面，其中有一次电池和二次电池两种；活性物质保存在电池之外，使用时通入电,极，这类有非再生型燃料电池,和再生型电池。,3,、一次电池与二次电池的有哪些异同点？,一次电池只能放电一次，二次电池可反复充放电循环使用,二次电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化，因此设计时必须调节这些变化，而一次电池内部则简单得多，因为它不需要调节这些可逆性变化,一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池，但内阻（,0.2-0.5,）远比二次电池大，因此负载能力较低,另外，一次电池的自放电远小于二次电池。,4,、镍氢电池的电化学原理是什么？,镍氢电池采用与镍镉电池相同的,Ni,氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液（主要为,KOH,）作为电解液；,(,吸附有氢的合金,),(,释放出氢的合金,),(,正极,)(,负极,)(,正极,)(,负极,),NiOOH,+,MH,Ni(OH),2,+M,5,、电池的主要结构组成是什么？,电池的主要组成,部分为：,正极片、,负极片、,隔膜纸、,外壳、,电解液。,镍氢电池结构示意图,6,、镍氢电池的发展,20,世纪,60,年代末：储氢合金的发现。,储氢合金在吸放氢的过程中伴有电化学效应、,热效应等。,1974,年：开始储氢合金作为二次电池的负极材料的,研究。,1984,年：解决了合金冲放电过程中容量衰减迅速的,问题。,1987,年试生产。,1984,年实现了利用,储氢合金材料作为负极,材料制造出,首批镍氢,电池。,美国、日本,等国竞相研究开发储氢合金材料和,Ni,MH,电池。我国也建成了数家年产,数百吨储氢合金材料和千万只镍氢电池,的大型企业。由于镍氢电池,负极材料,中要使用大量,稀土,元素，而,我国,的,稀土,资源,十分丰富,，其储量位于世界前列，为我国发展镍氢电池打下了,良好的基础,。,6,、镍氢电池发展,电池的标称容量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量,6,、,镍氢电池的发展,第二节、镍氢电池特点,镍氢电池的特点,镍氢蓄电池是,NiCd,蓄电池的新发展,体积能量密度高,而且对环境无污染和无记忆效应,受到广大用户的欢迎。,它具备较高的容量,可大电流放电,允许再充电次数高达,500,1000,次,价格日趋合理（预计今后,3,5,年内,每年成本可下降,3,）,并且可利用现行的,NiCd,蓄电池的充电设施,因而,Ni-MH,蓄电池获得广泛应用。,镍氢电池的优势,较低的成本,良好的快充性能,循环寿命长,无记忆效应,无污染绿色电池,广泛的温度使用范围,安全性能好,镍氢电池电池的应用,Ni-MH,蓄电池目前的应用领域已远不是局限在移动通信和移动计算应用领域，而是涉及五光十色的应用领域，如专业的和消费类电动工具、视频设备、无绳化真空设备以及个人便携设备领域等。,这些应用领域覆盖各种各样的具体应用，大到远程通信设备的,ups,系统和电动车辆，小到电动自行车的电源、照明设备乃至美容工具等的电源，不一而足。,发展前景,镍氢电池是继镉镍电池之后的新一代高能二次电池，由于它具有高容量、大功率、无污染等特点而倍受人们的青睐，是当今二次电池重要的发展方向之一。,第三节、储氢合金负极,储氢合金：,顾名思义就是可以储存氢气的合金。氢是化学周期表内最小最活泼的元素，不同的金属元素与氢之间有着不同的亲和力,(Affinity),。,将与氢之间有强亲和力的,A,金属元素与另一与氢之间有弱亲和力的,B,金属元素依一定比例熔成,A,x,B,y,合金，若,A,x,B,y,合金内,A,原子与,B,原子排列得非常规则，且介于,A,原子与,B,原子间的空隙也排列得很规则，则这些空隙很容易让氢原子进出。当氢原子进入后形成,A,x,B,y,H,z,的三元合金，也就是,A,x,B,y,的氢化物，此,A,x,B,y,合金,(,主要包括,AB,、,A,2,B,、,AB,2,、,AB,3,、,AB,5,、,A,2,B,7,),即称为储氢合金。,储氢合金定义,储氢合金在进行吸氢,/,放氢之化学反应,(,可逆反应,),的过程中，也伴随着放热,/,吸热的热反应,(,也为可逆反应,),，同时也产生充电,/,放电的电化学反应,(,也为可逆反应,),。,储氢合金特性,:,储氢量大、,容易活化,(Activation),、,吸氢,/,放氢之化学反应速率快、,长使用寿命、,成本低廉等,储氢合金特性,目前常见的储氢合金主要为：,AB,5,型,(,如,LaNi,5,、,CaNi,5,),AB,2,型,(,如,MgZn,2,、,ZrNi,2,),AB,型,(,如,TiNi,、,TiFe),A,2,B,型,(,如,Mg,2,Ni,、,Ca,2,Fe),其中前三种合金的氢气储存密度小于,2wt%,，,A,2,B,型合金的氢气储存密度,(,例如,Mg,2,Ni),可以高达,6wt%,以上。,常见的储氢合金,储氢合金的前景,未来储氢合金发展方向，除了以现有合金材料为基础，利用添加微量元素、改变合金组成比例，或改变合金结构,(,例如纳米化,),等方式，以改进合金特性外，开发新的合金也是主要的趋势之一。随着储氢合金种类的增加和特性的不断改进，在镍氢电池以外的大型、小型燃料电池等领域，氢气储存应用范围日益扩大，将带来极大的经济效益，并有很好的发展前景。,第四节、正极材料,镍氢电池内的正极材料：,镍基集流体：泡沫镍或镍箔；活性材料：氢氧化亚镍,Ni(OH),2,；导电剂：镍粉；添加剂：钴，氧化亚钴，,Y,2,O,3,，,Yb,2,O,3,等；粘接剂：,CMC,，,PTFE,等。,镍氢电池正极的构成,影响镍氢电池正极材料电化学性能的主要参数及研究方向,关键参数：,1.,化学组成；,2.,颗粒及粒径分布；,3.,表面状态；,4.,微晶晶粒尺寸及缺陷。,研究动向：,新型添加剂；,镍电极高温性能的改善。,第五节、电池相关常识介绍,一、电池常用术语,1,、,标称容量,2,、放电与放电率,3,、开路电压、负荷电压、标称电压,4,、终止电压、中点电压,5,、贮存寿命、循环寿命,6,、内阻,7,、自放电,1,、标称容量,又称额定容量，指在一定放电条件下，规定电池应该给出的最低限度的电量。,IEC,标准规定：镍氢电池在,205,环境下，以,0.1C,充电,16,小时后，以,0.2C,放电至,1.0V,时所放出的电量为电池的额定容量，以,C5,表示；,电池容量,C=It,，单位有,Ah,，,mAh(1Ah=1000mAh),。,2,、放电,与,放电率,放电指电池向外电路输送电流的过程,放电率指放电时的速率。最常用倍率（若干,C,）表示，其数值上等于额定容量的倍数。,如：容量,C=600mAh,电池，用,0.2C,放电，则放电电流为,I=0.2*600=120mA,。,我们通常所说的,0.2C,、,1C,容量，就是在放电率为,0.2C,、,1C,条件下，放出的容量。,3,、开路电压、负荷电压、标称电压,开路电压,:,外电路断开时，电池两个极端间的电位差。,负荷电压,:,电池输入电流时，电池两个极端间的电位差。,标称电压,:,电池的标称电压指的是在正常工作过程中表现出来的电压，镍氢电池标称电压为,1.2V,。,4,、终止电压、中点电压,终止电压,电池放电试验中，规定结束放电的负荷电压。一般放电截止电压：,0.2C,放至,1.0V,，,1C,放至,1.0V,。,中点电压,指放到,50%,容量时，电池的电压。主要用来衡量大电流放电系列电池的高倍率放电能力，是电池的一个重要指标。,5,、贮存寿命、循环寿命,贮存寿命,电池在规定条件下的贮存期限，贮存结束时，电池仍能保持规定的性能。,循环寿命,电池在失效前所能达到的充放电循环次数,.,6,、内阻,电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，一般分为交流内阻和直流内阻，由于充电电池内阻很小，测直流内阻时由于电极容量极化，产生极化内阻，故无法测出其真实值，而测其交流内阻可免除极化内阻的影响，得出真实的内值。,7,、自放电,电池在荷电或贮存状态下，由于各种原因而引起的容量损失的现象。,二、充电方式、充电效率、控制方法,1,、电池常见的充电方式,2,、镍氢电池的标准充电,3,、急速充电对电池性能影响,4,、脉冲充电及对其电池性能影响,5,、涓流充电,6,、充电效率,7,、充电的控制方法,1,、电池常见的充电方式,(1),恒流充电,整个充电过程个中充电电流为一定值，属镍氢电池的常用充电方式；,(2),恒压充电,充电过程中充电电源两端保持一恒定值，电路中的电流随电池电压升高而逐渐减小，有时镍氢电池也用此方法进行充电；,(3),恒流恒压充电,电池首先以恒流充电,CC,，当电池电压升高至一定值时，电压保持不变,CV,，电路中电流降至很小，最终趋于,0,。锂离子电池用此充电方式。,2,、电池的标准充电,IEC,国际标准规定的镍氢电池的标准充放电为：首先将电池以,0.2C,放电至,1.0V/,支，然后以,0.1C,充电,16,小时，搁置,1,小时后，以,0.2C,放至,1.0V/,支，即为对电池标准充放电。,优点是：充电电路简单,缺点是：充电时间长,3,、快速充电、急速充电对电池性能影响,一般镍氢电池行业将,0.2C/0.3C,充电，称为快速充电；将,0.5C1.5C,充电，称为急速充电,.,此充电方法必须设置合适的充电截止条件，否则，易形成过充。,因充电电流较大，过充后，产生的氧气来不及被消耗，就可能造成内压升高，电池变形，漏液等不良现象。同时，其电性能也会显著降低。,其优点是：充电时间短。,4,、脉冲充电及对其电池性能影响,脉冲充电一般采用充与放的方法，如充,5,秒钟，就放,1,秒钟。这样充电过程产生的氧气在放电脉冲下将大部分被还原成电解液。不仅限制了内部电解液的气化量，而且对那些