镍金属氢化物电池
金属氢化物镍电池
能源科学与工程学院电子科技大学12.4.1 概述242MH Ni2.4.2 MH-Ni电池的工作原理2.4.3 储氢合金电极2.4.4 MH Ni电池的性能2.4.4MH-Ni21. 概述❑金属氢化物镍电池（MH-Ni ）是在航天用高压氢镍电池的基础上发展起来的荷兰Phili L Ni 合金有可逆的吸放氢性能❑Philips 实验室发现LaNi 5合金有可逆的吸放氢性能，1937年开始作为二次电池的负极材料使用Philips MH Ni ❑1984年Philips 成功制造出LaNi 5合金为负极的MH-Ni 电池❑1988年美国Ovonic 公司以及1989年日本松下、东芝、三洋等公司开始大规模商业化生产31. 概述❑随着电子、通讯事业的迅速发展，MH-Ni 电池的市场迅速扩大，电动车用大容量电池的开发将是一个更为巨大的市场❑高容量、环境友好、寿命长的绿色MH-Ni 电池将是21世纪应用最广的高能电池之一42. MH-Ni 电池的工作原理MH-Ni 电池的工作原理正极活性物质：氢氧化镍负极活性物质负极活性物质：金属氢化物电解液：氢氧化钾溶液MH NiOOH M Ni(OH)电池反应：2MH+NiOOH M+Ni(OH)−−−→←−−−放电充电正极反应：--NiOOH+H O+e Ni(OH)+OH −−−→←−−−放电5负极反应：22()←充电--2MH+OH M+H O+e −−−→←−−−放电充电2. MH-Ni 电池的工作原理MH Ni MH-Ni 电池的工作原理❑充电时1NiOOH1.正极上的Ni(OH)2转变为NiOOH；2.在储氢合金电极上，水分子被还原为氢原子，氢原子吸附在电极表面形成MH 吸附态的ab ；3.吸附态的氢再进一步扩撒到储氢合金内形成固溶体α-MH ；--2ab M+H O+e MH +OH→4.当溶解于合金相中的氢原子越来越多，氢原子将与合金发生反应，形成金-MH ab MH -MHα→属氢化物βMH。
镍金属氢化物电池
镍金属氢化物电池是一种新型的高能量密度电池，它的能量密度是传统镍镉电池的两倍以上，而且具有更长的使用寿命和更高的安全性能。
本文将介绍镍金属氢化物电池的原理、结构、性能和应用。
一、镍金属氢化物电池的原理镍金属氢化物电池是一种以镍金属氢化物为正极、氢化钴或氢化镍为负极的化学电池。
它的反应方程式为：正极反应：Ni(OH)2 + H2O + e- Ni(OH)3负极反应：MH + H2O + e- M + OH-整体反应：Ni(OH)2 + MH Ni(OH)3 + M其中，M代表氢化钴或氢化镍。
在充电过程中，电池正负极的反应方向与放电相反。
充电时，电池正极的Ni(OH)3被还原为Ni(OH)2，同时电池负极的M被氢化成MH。
放电时，电池正极的Ni(OH)2被氧化成Ni(OH)3，同时电池负极的MH被氧化成M。
二、镍金属氢化物电池的结构镍金属氢化物电池的结构与镍镉电池类似，由正负极、隔膜和电解液组成。
正极材料是由Ni(OH)2和少量的Co(OH)2或Ni(OH)2和少量的NiOOH混合制成的，其中Co(OH)2或NiO OH的作用是提高电池的放电电压。
负极材料是由氢化钴或氢化镍制成的，它们的作用是提供电子。
隔膜是一种防止正负极直接接触的材料，常用的材料有纤维素、聚丙烯等。
电解液是一种含有氢氧化钾或氢氧化锂的水溶液，它的作用是提供离子。
三、镍金属氢化物电池的性能1. 高能量密度：镍金属氢化物电池的能量密度是传统镍镉电池的两倍以上，通常可以达到100Wh/kg以上，因此它可以提供更长的使用时间。
2. 高循环寿命：镍金属氢化物电池的循环寿命可以达到500次以上，而且在高温和低温环境下的性能也比较稳定。
3. 高安全性：镍金属氢化物电池不含有重金属，而且在充电和放电过程中不会产生氢气，因此它的安全性比较高。
4. 环保：镍金属氢化物电池不含有汞、铅等有害物质，因此它对环境的污染比较小。
四、镍金属氢化物电池的应用镍金属氢化物电池广泛应用于移动通信、电动工具、电动自行车、电动汽车等领域。
第四章 新能源材料- 金属氢化物镍电池材料ppt课件
4.2.2.2高密度球形Ni(OH)2正极材料优点
高密度球形Ni(OH)2能提高电极单位体积的填充 量和放电容量，且具有良好的充填流动性。较 小晶粒的氢氧化镍电化学活性、活性物质的利 用率和循环率都比较好，因为较小的晶粒对提 高质子的扩散速度比较有利，而且增加了与溶 液的接触面积。
20
❖ 4.2.2.3球形Ni(Oห้องสมุดไป่ตู้)2正极材料制备方法
7
8
Ni/MH电池正极材料初期采用Ni/Cd电池用的烧结式正极； 随后采用高孔率泡沫或纤维镍和球形Ni(OH)2制造的氧化镍 材料。
9
4.2 镍正极材料
❖广泛使用的 Cd/Ni、H2/Ni、Zn/Ni、Fe/Ni 电池，以及近年来为消除镉污染而迅速发展起来 的新型金属氢化物镍（MH-Ni）电池，都以镍电 极作为正极。因此，对高容量、高活性镍正极物 质的研制具有重要现实意义。
H+，H2O，NO3CO32-
β-Ni(OH)2
α-Ni(OH)2
不同晶型Ni(OH)2的结构示意图
α-Ni(OH)2和β-NiOOH的层间距约为0.46～0.48nm，层间 无H2O分子和其他离子的插入；α-Ni(OH)2和γ-NiOOH因 层间存在着水分子和碱金属离子，层间距可达0.7～
19 0.8nm。
31
4.储氢合金分类与特点
4.3.3 AB2型储氢合金（以TiMn2为例）
具有Laves相结构（ 当两组元合金元素的原子半径比 为1.2:1时形成的一种金属间化合物），不过成分并不 固定，可在很大范围内变化。 代表性合金： ZnMn2, TiMn2, TiCr2等。 优点：更高的氢气存储能力和循环寿命长。 缺点：活化困难、高速放电能力差、价格贵。
60技术说明镍氢动力电池
项目
性能指标内容
1
高倍率放电性能好
常温下，最大瞬间放电倍率可达20C5，最大连续放电倍率可达6C5.
2
大电流充电效果好
常温下，电流在0.5-5倍率以下可连续充电，20倍率以下可短时充电。
3
充放电效率高
充放电效率可在85-95%。
4
比功率高
≥550W/Kg
5
寿命长
≥1500次（SOC80%），≥800次（SOC100%）
6
自放电小
常温下（20±5℃），自放电：≤25%月
7
低温放电容量好
-20℃放电容量/20℃放电容量≥85%
8
高温放电容量好
55℃放电容量/20℃放电容量≥85%
9
承压高ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
壳体最大可耐2MPa内压而不爆裂
10
可任何位置放置
由于是密封电池，因而可在任何位置放置下工作。
11
安全可靠
短路、针刺、挤压、跌落、加热等安全项目测试均安全可靠。
4.主要用途
作为启动电源或动力电源，用于纯电动车（EV），混合电动车（HEV）、火车等运输工具
以及军事、工业、农业等需要高倍率放电或大功率用电设施上。
技术说明
60Ah金属氢化物镍电池（QNFG60）
1.外形尺寸、重量、标称容量
长（mm）
宽（mm）
高（mm）
（包括极柱）
额定容量（Ah）
额定电压（V）
重量（g）
76
48
220
60
1.2
1900
2.主要结构特点
项目
正极板
负极板
极柱
隔膜
泄气阀
金属氢化物镍蓄电池
金属氢化物镍蓄电池
镍蓄电池是目前世界上最常用的蓄电池之一，称为镍氢蓄电池，是一种可重复使用的无汞型蓄电池。
它最常用于电子产品，如手机电池、数码相机电池、无线耳机和蓝牙耳机电池、飞机模器电池、笔记本电池、扫描仪电池和无线鼠标等，同时也用于汽车、潜艇和飞机上的应用。
镍氢蓄电池，也称作金属氢化物镍蓄电池，是一种金属氢化物锂蓄电池的改进型，其内部结构复杂，其便携性及安全性高，具有可靠的性能，同时其充放电循环的放电性能比常规锂电池略有改善，因而大大提高了使用效率，如放电时间更长、放电量更大，可靠性也更高。
商业上的镍氢蓄电池一般都分两类：固态和液态。
固态镍氢蓄电池由钒钴电极、氢化钒和氢化镍极组成，其中钒钴电极具有极高的电极质量容量和新型电极材料，能够稳定地实现有效的电池充放电。
液态镍氢蓄电池具有极高的电极质量容量，负极材料一般采用氢化钒或氢氧化钙等特种材料，其充放电使用效率更大，具有可靠的性能，可应用于低温用电。
镍氢蓄电池的优势有很多，首先是其充放电循环效率比锂电池略有提高，其充放电时间更长、放电量更大，可靠性更高，安全性也很高；其次是只有一两种金属元素成分，生产和维护费用都比较低；第三是室温下氢气工作 (RTW) 动力电池，其特性能明显提升，可以实现放电时间长、放电量大的高强度放电效果；最后，镍氢蓄电池也可以很好的抑制由于温湿度波动引起的状态变化。
因此，金属氢化物镍蓄电池具有良好的电池性能，安全可靠，寿命长，价格低，可以实现高强度放电效果。
它是目前最流行的无汞型蓄电池，广泛应用于各种电子设备上。
镍氢电池和锂离子电池的工作原理
镍氢电池和锂离子电池的工作原理
镍氢电池的工作原理是基于镍氢化物（NiMH）电化学反应的。
镍氢电池由一个正极和一个负极构成，正极通常由氢化镍键合物（如LaNi5）组成，负极是由一种金属氢化物材料（如钛或锆钍合金）制成。
正极和负极之间通过一个电解质（一般是氢氧化钾溶液）分隔。
当镍氢电池充电时，通过外部电源流入的电流将负极上的氢气转化为氢离子，同时将正极上的镍氢化物转化为镍氢化物离子。
这个过程促使电池储存电能。
当镍氢电池放电时，反应过程正好相反。
氢离子从电解质中流到负极上，被还原为氢气，同时正极上的镍氢化物离子被还原为镍氢化物。
这个过程释放出储存的电能。
而锂离子电池的工作原理是通过锂离子在正负极之间的嵌入和脱嵌来储存和释放电能。
锂离子电池由一个锂离子嵌入型的负极（通常是由石墨材料制成）和一个正极（由锂离子插层化合物制成，如锂钴酸锂、锂镍酸锂）构成。
这两个极之间通过一个电解质（通常是有机溶液）隔离。
当锂离子电池充电时，通过外部电源流入的电流会促使正极上的锂离子嵌入到负极的石墨层中，同时导致正极中的反离子（通常是氟离子）从负极中释放出来。
这个过程促使电池储存电能。
当锂离子电池放电时，反应过程正相反。
负极上的锂离子脱嵌并返回到正极，与正极中的反离子发生化学反应。
这个过程释放出被储存的电能。
镍氢电池原理
镍氢电池 - 简介镍氢电池是有氢离子和金属镍合成，电量储备比镍镉电池多30%，比镍镉电池更轻，使用寿命也更长，并且对环境无污染。
镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多，性能比锂电池要差。
镍氢电池 - 化学成分镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属互化物。
许多种类的金属互化物都已被运用在镍氢电池的制造上，它们主要分为两大类。
最常见的是AB5一类，A是稀土元素的混合物（或者）再加上钛（Ti）；B则是镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn），（或者）还有铝（Al）。
而一些高容量电池的“含多种成分”的电极则主要由AB2构成，这里的A则是钛（Ti）或者钒（V），B则是锆（Zr）或镍（Ni），再加上一些铬（Cr）、钴（Co）、铁（Fe）和（或）锰（Mn）。
所有这些化合物扮演的都是相同的角色：可逆地形成金属氢化物。
电池充电时，氢氧化钾（KOH）电解液中的氢离子（H+）会被释放出来，由这些化合物将它吸收，避免形成氢气（H2），以保持电池内部的压力和体积。
当电池放电时，这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。
镍氢电池 - 重量以每一个单元电池的电压来看，镍氢与镍镉都是1.2V，而锂电池确为3.6V，锂电池的电压是其他两者的3倍。
并且同型电池的重量锂电池与镍镉电池几乎相等，而镍镍氢电池却比较重。
可知，每一个电池本身重量不同，但锂电池因3.6V 高电压，在输出同等电压的情况下使的单个电池组合时数目可减少3分之1而使成型后的电池重量和体积减小。
镍氢电池 - 记忆效应镍氢电池与镍镉电池相同都有记忆效应。
因此，定期的放电管理也是必需的。
这种定期放电管理属于模糊状态下被处理，甚至也有些在不正确的知识下进行放电（每次放电或者使用几次后进行放电都因公司的不同而有所差异）这种烦琐的放电管理在使用镍氢电池时是无法避免的。
相对的锂电池而言因为完全没有记忆效应，在使用上非常方便简单。
它完全不必理会残余电压多少，直接可进行充电，充电时间自然可以缩短。
镍氢电池原理
一、镍氢电池原理镍氢电池正极活性物质为氢氧化镍(称氧化镍电极)，负极活性物质为金属氧化物，也称贮氢合金(电极称贮氢电极)，电解液为6N氢氧化钾，在电池充放电过程中的电池反应为：氧化电极上：NIOOH+H2o+e ==== Ni(OH)2+OH。
贮氢电极上：MH十oH-e ===== M+H2O电池总反应：MH + NiOOH ==== M+Ni(OH)，其中，M表示贮氢合金材料。
电池的开路电压为：1.2V～1.3V、因贮氢材料和制备工艺不同而有所不同。
过充电时，两极上的反应为：氧化镍电极上： 4OH-4e一2H2O十O2贮氢电极上； 2H2O+O2+4e一4OH电池过充电时的总反应：O电池在设计中一般采米用负极过量的办法，氧化镍电极全充电态时产生氧气，经过扩散在负极重新化合成水，这样，既保持了电池内压的恒定，同时义使电解液浓度不致发生巨人变化。
当电池过放电时，电极反应为：氧化镍电极上：2H2O+2e H2+2OH贮氢电极上；H2+2OH-2e 2H2O电池过放电时的总反应：O虽然过放电时，电池总反应的净结果为零，但要出现反极现象。
由于在正极上产生的氢气会在负极上新化合，同样也保持了体系的稳定。
另外，负极活性物质氢以氢原子态能以相当高的密度吸附干贮氢合金中，在这样的电极上，吸放氢反应能平稳地进行，放电性能较镉-镍电池而言得以提高。
二、组成与结构如上所述，镍氢电池正极活性物质为氢氧化镍(称氧化镍电极)，负极活性物质为金属氢化物，也称贮氢合金(电极称贮氢电极)，电解液为6N氢氧化钾。
由活性物质构成电极极片的工艺方式主要有饶结式、拉浆式、泡沫镍式、纤维镍式、嵌渗式等工艺方式，不同工艺制备的电极在容量、大电流放电性能上存在较大差异，一股依据使用条件的不同，采用不同的工艺构成电池。
通讯等民用电池人多采用拉浆式负极、泡沫镍式正极构成电池。
常见的圆柱型镍氢电池组成与结构如图1所示。
图1、圆柱密封镍氢电池结构示意图三、性能与技术要求镍金属氢化物电池是由贮氢合金负极，镍正极，氢氧化钾电解液以及隔板等组成的可充电电池，它与镍镉电池的本质区别只是在于负极材料的不问。
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镍金属氢化物电池
镍金属氢化物电池，是一种以镍金属氢化物作为正极、氢化钾钠作为负极的二次电池。
它与镉镍电池、镍氢电池、铅酸电池并称为四大家族之一。
镍金属氢化物电池具有较高的能量密度和循环寿命，可以用于电动汽车、太阳能发电站等领域。
同时，它的生产成本较低，也使得它成为备受关注的电池类型之一。
但是，镍金属氢化物电池也存在一些问题。
由于氢气的生成和消耗，电池内部的压力会不断变化，这对电池的寿命和安全性都会造成一定的影响。
此外，镍金属氢化物电池的放电速率较慢，不适合一些需要快速放电的场合。
总的来说，镍金属氢化物电池在能量密度、循环寿命、成本等方面都有着一定的优势，但也需要进一步的改进和优化，以满足不同领域不同应用的需求。
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