电化学-电池课件

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,2012.10.31,*,*,主要内容,低压氢镍电池,储氢合金电极,高压氢镍电池,锌银电池介绍,锂电池介绍及其组成,2012.10.31,1,主要内容 低压氢镍电池2012.10.311,重点：,两类氢镍电池的区别,贮氢合金电极的特点,锂电池的组成,2012.10.31,2,重点：两类氢镍电池的区别2012.10.312,一、高压氢镍电池,高压氢镍电池,高压氢,-,镍电池的正极采用烧结式镍电极，负,极以镍网为骨架，,Pt,、,Pd,等贵金属为催化剂，负极,活性物质是电池内预先充入的高压氢气。,优点：较高的比能量，循环寿命长，耐过充、,过放能力强，以及可以通过氢压来指示电池荷电状,态。,缺点：成本高，密封难，自放电大，安全性低。,2012.10.31,3,一、高压氢镍电池 高压氢镍电池2012.10.313,高压氢镍电池的工作原理,2012.10.31,4,高压氢镍电池的工作原理2012.10.314,高压氢镍电池的电性能,2012.10.31,5,高压氢镍电池的电性能2012.10.315,工作寿命,工作寿命长是其突出优点,失效的主要因素：,1.,镍电极膨胀,2.,密封壳体泄漏,3.,电解液再分配,2012.10.31,6,工作寿命工作寿命长是其突出优点2012.10.316,二、,MH/Ni,电池,低压氢镍电池,(,金属氢化物镍电池,),电池设计与镉镍电池基本相同，负极容量比,正极容量大，过充电时，正极产生的氧气在贮氢,合金负极上还原，电池可实现密封设计。氢镍电,池的负极采用混合稀土贮氢合金或钛,-,镍合金等，,正极采用碱性,Cd/NiOOH,电池中的镍电极技术，,KOH,溶液作为电解液。,2012.10.31,7,二、MH/Ni电池低压氢镍电池(金属氢化物镍电池)2012,工作原理,2012.10.31,8,工作原理2012.10.318,电性能：,2012.10.31,9,电性能：2012.10.319,循环寿命,失效的主要因素：,1.,正、负极活性物质反复膨胀、收缩造成软化脱落；,2.,电池内压（尤其是氢分压）逐渐升高，气体泄漏，,电解液减少，电池容量下降；,3.,储氢合金逐渐被氧化，从而丧失储氢能力。,自放电特性,MH/Ni,电池的自放电比,Cd/Ni,电池大。,2012.10.31,10,循环寿命失效的主要因素：2012.10.3110,三、储氢合金电极,储氢合金,在常温常压下能够与氢反应，成为金属氢化,物，通过加热或减压可以将储存的氢释放出,来，通过冷却或加压又可以再次吸收氢。,即在常温常压下能够可逆的吸放氢。,金属氢化物的氢密度比,H2,和液态氢还高,2012.10.31,11,三、储氢合金电极 储氢合金2012.10.3111,储氢合金中氢的位置,储氢合金吸收氢后，氢进入合金晶格中，合金,晶格可以看作容纳氢原子的容器,2012.10.31,12,储氢合金中氢的位置储氢合金吸收氢后，氢进入合金晶格中，,为什么储氢合金能够致密的吸收大量的氢？,由于金属或金属间化合物的晶格间有很多位置，,能吸收大量的氢。金属晶体间原子排列非常紧密，氢,原子进入到晶格间隙中，使氢也处于致密的填充状态。,储氢合金的理论容量：,C,t,=xF/3.6M,（,mAh/g,）,2012.10.31,13,为什么储氢合金能够致密的吸收大量的氢？由于金属或金属间化合物,储氢合金的分类,稀土类：如,LaNi,5,、,MmNi,5,等；,钛系类：如,TiNi,、,TiNi,2,等；,按组成分类,镁类：如,Mg,2,Ni,、,Mg,2,Cu,等；,锆系类,:,如,ZrMn,2,.,按组分的配比分类,稀土类为,AB,5,型；锆系类为,AB,2,型；,镁系类为,A,2,B,型；,TiNi,为,AB,型,.,2012.10.31,14,储氢合金的分类稀土类：如LaNi5、MmNi5等；201,LaNi,5,与,AB,5,LaNi,5,是,AB,5,型化合物中发明最早，气态贮氢中性能,较佳的二元贮氢材料。,AB,5,型储氢合金的缺点：,循环衰退快，寿命短。,AB,5,型储氢合金的改性：,1,、加入掺杂元素：提高结构稳定性；,2,、进行表面处理。,1,、合金的微粉化及表面氧,化扩展到合金内部,2,、储氢合金电极的自放电,1,、化学处理法,酸、碱及氟化物处理法,2,、微包覆处理,2012.10.31,15,LaNi5与AB5LaNi5是AB5型化合物中发明最早，气态,用作,MH/Ni,电池的储氢合金应当满足的条件,1.,电化学储氢容量高，随温度变化小，对氢的阳极氧化,具有良好的催化作用；,2.,在氢的阳极氧化电位范围内，储氢合金具有较强的抗,氧化能力；,3.,在碱性电解质中合金组分的化学性质相对稳定；,4.,循环过程中合金不易粉化，电极能保持形状稳定；,5.,合金应具有良好的导电和导热性；,6.,原材料成本低廉，无污染。,2012.10.31,16,用作MH/Ni电池的储氢合金应当满足的条件1.电化学储氢,优缺点：,1,、耐过充过放能力强,过充电，镍电极上析出的氧气可在氢化物,电极上被还原成水。,过放电，在镍电极析出的氢气则可被氢化,物电极吸收。,2,、容量和比能量提高,1.5,2,倍；电池寿命相当。,3,、自放电较大，环境污染小，无记忆效应。,2012.10.31,17,优缺点：1、耐过充过放能力强2012.10.3117,锌,-,氧化银电池,成流反应,2012.10.31,18,锌-氧化银电池成流反应2012.10.3118,锌银电池的优缺点：,优点：,(1),具有很高的比能量,(2),很高的放电速率,(3),平稳的放电电压,(4),较小的自放电速率,缺点：,(1),成本很高,(2),寿命较短,(3),高低温性能较差,2012.10.31,19,锌银电池的优缺点：优点：(1)具有很高的比能量2012.10,锌银电池,分类,原电池、蓄电池、贮备电池。,原电池一般做成钮扣状；蓄,电池则有矩形、圆柱形和钮,扣形三种，最普通的是矩,形；贮备电池则视使用要求,设计成不同形状。,2012.10.31,20,锌银电池分类原电池、蓄电池、贮备电池。2012.10.312,锂电池,因锂具有最负的标准电极电位（,-3.045V,）和,相当低的电化当量，是高能电池理想的负极活性,物质。用金属锂作为负极活性物质的电池总称锂,电池。,正极活性物质有很多种，包括固体氟化物、,氯化物、硫化物、氧化物等。,电解液：必须为非水介质，包括：有机溶剂,或非水无机溶剂电解液，熔融盐，固体电解质等,。,2012.10.31,21,锂电池因锂具有最负的标准电极电位（-3.045V）和2012,锂电池的优点：,比能量高，放电电压高（,3.0V,）,工作电压平稳,使用温度范围宽,(-40,+50,),体积小、重量轻,湿储存寿命长,资源丰富，性价比高,2012.10.31,22,锂电池的优点：比能量高，放电电压高（3.0V）2012,锂电池的缺点：,安全性。某些锂非水溶液电池，如,Li/SO2,、,Li/SOCl2,等电池，在重负荷放电，特别是当外部短路时会发生,爆炸。,成本高。锂电池在制作过程中要避免与水接触。所用,有机溶剂和无机盐均需彻底除去水份，这就提高了成,本，另外，有些正极活性物质（如聚氟化碳）的成本,也较高。,比功率低。有些锂电池（如有机电解液的锂电池）由,于有机电解液的比电导较小，放电电流密度提不高，,故其比功率较低,2012.10.31,23,锂电池的缺点：安全性。某些锂非水溶液电池，如Li/S,锂电池的种类,固体正极：,Li/MnO,2,Li/CuS,Li/CuO,Li/I,2,Li/CFx,Li/Ag,2,V4O,11,液体正极：,Li/SO,2,Li/SOC,l2,2012.10.31,24,锂电池的种类固体正极：2012.10.3124,锂电池成膜反应,锂负极放电反应,LiLi,+,+e,半径较小的,Li,+,离子可在液态或固态电解质,中运动，通过电解液移到正极与其活性物质反,应形成一种锂的化合物。,2012.10.31,25,锂电池成膜反应锂负极放电反应2012.10.3125,锂电极电势很负，为什么电极的自放电并不大？,锂和溶剂反应后在电极表面生成了保护,膜（,LiCl,膜）。此保护膜不溶于有机或无机电,解质，从而保证锂电池的储存寿命。,锂电极的膜由双层膜组成，紧靠锂电极,的是薄而致密的紧密层，它不能传导电子却具,有固态离子晶体的性质；紧密层的外层又生长,一层厚而多孔的松散层。,2012.10.31,26,锂电极电势很负，为什么电极的自放电并不大？锂,对有机溶剂的要求,有机溶剂对锂电极应是隋性的，在电池放电,时也不与正负极发生电化学反应。,有机溶剂分子中，如果有活泼的氢原子，它们就,要与锂电极反应。所以，应当除去杂质并避免使用含,有活泼氢原子的有机酸、醇、醛、酮、胺、酰胺等有,机溶剂。,含有氮原子并有不饱和键的脂肪族化合物，在有,锂存在时会发生聚合反应。要选用二甲基甲酰胺、乙,睛等溶剂并用,LiClO4,作溶质，对锂是稳定的。,有机电解质溶液,（,有机溶剂,+,无机盐溶质）,2012.10.31,27,对有机溶剂的要求有机电解质溶液（有机溶剂+无机盐溶质）201,对有机溶剂要求,:,较高的介电常数,及较小的粘度,。,有机电解质溶液比电导的主要影响因素：介电常效和,粘度。,大的溶剂，离子间的相互作用力小，离子容易离解。,溶剂的粘度对离子的迁移速度有直接影响：粘度越,大，离子迁移的阻力越大，电导越小。,/,比值大，有,机电解质溶液的比电导一般较大。,沸点高，熔点低。,有机溶剂中所含杂质主要是水，要对有机溶剂进行,提纯。,2012.10.31,28,对有机溶剂要求:较高的介电常数及较小的粘度,对有机电解质中溶质的要求,溶质与电极活性物质不起化学反应，在较宽的电,位范围内比较稳定。,在有机溶剂中溶解度高，容易离解。,离子越大，晶格能越小，离子间相互作用力减弱，容,易电离，同时也容易迁移，因此要选正负离子半径总和最,大的盐类。,溶液浓度适宜。,浓度高，一方面单位体积中离子数目增多，使比电导,提高；另一方面使离子间、离子与溶剂之间的作用力加,强，降低了离子的迁移速度，从而使比电导下降,2012.10.31,29,对有机电解质中溶质的要求 溶质与电极活性物质不起化,无机电解质溶液（非水无机溶剂,+,无机盐溶质,）,常用的无机电解质溶液为：,LiAlCl4,的,SOCl2,溶液和,LiAlCl4,的,SO2Cl2,溶液。,其中无机溶剂不仅是良好的电离媒介，还是良好的,正极活性物质。,硫酰氯和亚硫酰氯处于液态的温度范围较宽，粘度较低，当选用阴离子体积较大的锂盐作电解质时，组成的无机电解液有合适的导电能力,2012.10.31,30,无机电解质溶液（非水无机溶剂+无机盐溶质）常用的无机电解质溶,THANK YOU,2012.10.31,31,THANK YOU2012.10.3131,