(整理)第3章镍电极材料
镍基电极材料在超级电容器中的制备与应用

镍基电极材料在超级电容器中的制备与应用
镍基电极材料的制备主要有化学合成法和物理方法两种。
化学合成法是利用化学反应生成纳米材料,常见的有溶胶凝胶法、水热法、氢气电化学阴极沉积法等。
物理方法则是通过物理过程制备材料,如自旋沉积、物理蒸发等。
这些方法在不同的情况下可以选择使用,制备出具有特定结构和性能的镍基电极材料。
镍基电极材料在超级电容器中的应用主要体现在电极制备和性能优化两个方面。
电极制备方面,有机溶剂和无机溶剂的选择、负载材料的添加量和方式等对电极性能的影响巨大。
优化这些参数可以提高电极的电导率和电容量,提高超级电容器的性能。
性能优化方面,通过改变材料结构和形貌,如纳米颗粒、纳米网状结构等,提高电极的比表面积和离子传输速率,从而提高电容器的能量密度和功率密度。
在实际应用中,镍基电极材料在超级电容器中具有广泛的应用前景。
在能量回收和储存方面,超级电容器可以将能量储存起来,在需要的时候释放供电,从而实现能源的高效利用。
在电动车和储能系统等领域,超级电容器可以提供大功率输出和长寿命的特点,满足高功率和快充电的需求。
超级电容器还可以应用于电子产品、电力系统和航天等领域,提高设备的性能和使用寿命。
镍基电极材料在超级电容器中的制备与应用有着重要的意义。
通过选择合适的制备方法和优化电极性能,可以提高超级电容器的性能,满足不同领域的需求。
随着研究的深入和技术的发展,相信镍基电极材料将在超级电容器领域发挥越来越重要的作用。
镍基电极材料在超级电容器中的制备与应用

镍基电极材料在超级电容器中的制备与应用镍基电极材料的制备方法多种多样,目前主要有物理气相沉积法、化学沉积法、电化学沉积法和溶胶-凝胶法等。
物理气相沉积法是利用高温条件下将镍基材料蒸发或沉积到基底上,形成电极材料。
该方法制备的电极材料具有高纯度、较好的晶体结构和较小的颗粒尺寸,但工艺复杂,设备昂贵,不易大规模生产。
化学沉积法是通过溶液中的化学反应,在基底上制备电极材料。
该方法具有制备成本低、工艺简单的优点,但是所得材料的纯度和晶体结构相对较差。
溶胶-凝胶法是将金属盐溶解在溶剂中形成溶胶,然后通过热解或溶剂挥发得到凝胶,最后经过热处理形成均匀的电极材料。
该方法具有简单易行、材料纯度高、晶体尺寸可控的优点,是一种较为理想的制备方法。
镍基电极材料在超级电容器中的应用主要表现在两方面。
一方面,镍基电极材料能够提供高比表面积和良好的电导率,有效增加超级电容器的储能密度和功率密度。
目前常用的镍基电极材料包括镍泡沫、镍纳米线、镍锈蚀法制备的钝化镍等。
镍基电极材料还可以通过调控微观结构和表面形貌来改善超级电容器的循环稳定性和使用寿命。
通过控制电极材料的孔隙结构和分布可以提高电解质的渗透性和电极的电子传导性能,从而提高超级电容器的总能量和特定能量。
通过表面改性可以提高电极材料的界面催化活性,促进电离子在电极表面的转化,进一步提高超级电容器的电化学性能。
镍基电极材料在超级电容器中具有重要的应用价值。
未来的研究工作可以从材料制备方法、微观结构调控和表面改性等方面展开,进一步提高超级电容器的性能和使用寿命,推动其在能源储存领域的应用。
镍金属电极-概述说明以及解释

镍金属电极-概述说明以及解释1.引言1.1 概述镍金属电极是一种常用的电极材料,具有许多优良特性。
镍金属电极的制备方法简单可行,应对了工业应用领域的需求。
同时,镍金属电极在各个行业中都有广泛的应用。
然而,镍金属电极也存在一些局限性,需要进一步改进和优化。
未来,随着科技的进步和发展,预计镍金属电极的应用将会进一步拓展,为各个领域带来更多的创新和便利。
在本文中,我们将从定义和特性、制备方法、应用领域以及优势和局限性等方面全面介绍镍金属电极,并展望其未来的发展趋势。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:文章结构部分旨在向读者介绍本篇长文的组织结构和内容安排。
通过清晰的结构安排,读者可以更好地理解文章的主题和目的,并对各个章节之间的逻辑关系有一个整体的认识。
本文采用以下章节结构:第一部分是引言,包括概述、文章结构和目的。
在这一部分,我们将简要介绍镍金属电极,并阐明本文的写作目的和结构安排。
第二部分是正文,分为三个子章节。
首先,我们将详细探讨镍金属电极的定义和特性,包括其物理特性、化学性质和结构特点等方面的内容。
接着,我们将介绍镍金属电极的制备方法,包括实验室和工业生产中常用的制备方法,并重点介绍其中一些重要的技术和工艺。
最后,我们将探讨镍金属电极的应用领域,包括电化学领域、能源存储和转化、化工工业中的应用以及其他相关领域。
第三部分是结论,包括镍金属电极的优势和局限性、未来发展趋势以及结论总结。
在这一部分,我们将总结镍金属电极的优点和有待改进之处,并展望其未来的发展方向和应用前景。
最后,我们将对全文进行总结,强调研究的重点和创新之处。
通过以上结构的安排,本文将全面介绍镍金属电极的定义、制备方法、应用领域以及其优势和局限性等方面的内容,为读者提供一个系统和全面的了解该领域的资料。
同时,本文还将对镍金属电极未来的发展趋势进行展望,为相关领域的研究者和应用者提供一定的参考和启示。
1.3 目的本文的目的主要有两个方面。
《镍基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究》

《镍基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究》篇一一、引言随着科技的发展,超级电容器因其快速充放电能力、长寿命和高功率密度等特点在储能领域引起了广泛的关注。
在众多的超级电容器电极材料中,镍基材料以其良好的导电性、高比电容和成本优势,成为研究的热点。
本文将重点探讨镍基超级电容器电极材料的制备工艺,并对其电化学性能进行研究。
二、镍基超级电容器电极材料的制备(一)材料选择与前处理首先,选择合适的镍源和添加剂是制备镍基超级电容器电极材料的关键。
本实验采用纯度较高的氧化镍作为主要原料,并加入适量的导电剂和粘结剂以提高材料的导电性和粘附力。
在制备过程中,对原料进行充分的研磨和混合,确保其均匀性。
(二)制备工艺采用一种简易的溶液法制备镍基超级电容器电极材料。
具体步骤如下:首先将氧化镍原料溶解于溶剂中,形成均一溶液。
然后通过控制温度、浓度和pH值等条件,加入添加剂以提高材料的结构稳定性。
接着通过化学反应,将溶液中的物质转化为固态的电极材料。
最后,将材料进行干燥、烧结等处理,得到最终的镍基超级电容器电极材料。
三、电化学性能研究(一)实验方法与设备采用循环伏安法(CV)和恒流充放电测试对镍基超级电容器电极材料的电化学性能进行测试。
实验设备包括电化学工作站、恒流充放电测试仪等。
通过这些实验方法,可以评估材料的比电容、充放电循环稳定性等关键性能指标。
(二)实验结果与分析1. 比电容:在一定的电压范围内,对镍基超级电容器电极材料进行CV测试和恒流充放电测试。
根据测试结果,计算出材料的比电容值。
本实验中,所制备的镍基电极材料表现出较高的比电容值,表明其具有良好的储能能力。
2. 充放电循环稳定性:对镍基超级电容器电极材料进行长时间的充放电循环测试,观察其性能变化。
实验结果表明,所制备的镍基电极材料具有良好的充放电循环稳定性,经过多次充放电循环后,其比电容值仍能保持较高水平。
3. 循环寿命:通过长时间循环测试,评估镍基超级电容器电极材料的循环寿命。
《镍基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究》

《镍基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究》篇一一、引言超级电容器作为一种新型的储能器件,因其高功率密度、长寿命和快速充放电能力而备受关注。
近年来,镍基材料因其良好的导电性、高比电容和优异的循环稳定性,在超级电容器电极材料领域得到了广泛的应用。
本文旨在研究镍基超级电容器电极材料的制备工艺及其电化学性能,为进一步优化其性能提供理论依据。
二、镍基超级电容器电极材料的制备1. 材料选择与预处理选择纯度较高的镍盐(如硝酸镍)作为原料,通过溶解、混合等步骤制备前驱体溶液。
同时,对集流体(如碳布)进行清洗和预处理,以提高其表面附着力和导电性。
2. 制备方法采用简单有效的化学浴沉积法或电化学沉积法,将前驱体溶液中的镍离子在集流体上还原为金属镍。
通过控制沉积时间、温度和浓度等参数,调节镍基材料的形貌和结构。
3. 后处理将制备得到的镍基材料进行热处理或化学处理,以提高其结晶度和稳定性。
后处理过程可进一步优化材料的电化学性能。
三、电化学性能研究1. 测试方法采用循环伏安法(CV)、恒流充放电测试和交流阻抗谱等方法,对镍基超级电容器电极材料的电化学性能进行测试。
测试过程中,关注其比电容、充放电速率、循环稳定性和内阻等关键指标。
2. 结果分析通过对比不同制备工艺和后处理条件下的电化学性能数据,分析各因素对材料性能的影响。
同时,结合材料的形貌、结构和成分等表征结果,探讨其电化学性能的内在机制。
四、实验结果与讨论1. 实验结果(1)形貌与结构:通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察镍基材料的形貌和微观结构,发现不同制备工艺下材料的形貌和结构存在明显差异。
(2)电化学性能:通过CV、恒流充放电测试和交流阻抗谱等方法测得不同制备工艺下镍基材料的电化学性能数据,包括比电容、充放电速率、循环稳定性和内阻等指标。
2. 讨论(1)制备工艺对电化学性能的影响:讨论不同制备工艺(如沉积时间、温度和浓度等)对镍基材料电化学性能的影响,分析各因素对材料形貌、结构和电化学性能的作用机制。
镍基电极材料在超级电容器中的制备与应用

镍基电极材料在超级电容器中的制备与应用
超级电容器(Supercapacitor)是一种高能量密度和高功率密度的电化学储能设备,
它可以在短时间内快速储放能量,具有长寿命和高效率的特点,被广泛应用于智能电网、
交通工具、电子设备等领域。
而电极材料是超级电容器的关键组成部分,可以影响其储能
和放电性能。
目前,镍基电极材料因其良好的电化学性能和成本效益而受到广泛关注。
制备方法
镍基电极材料的制备方法主要包括化学还原法、水热法、电沉积法等。
化学还原法是
一种简单、易控制的常规方法,它通过还原镍离子溶液中的化学还原剂,如氢气、甲醛等,制备出纳米颗粒或薄膜型的镍基电极材料。
水热法则是将镍盐和葡萄糖等有机物在高温高
压下合成,制备出具有优良电化学性能的纳米颗粒或多孔材料。
电沉积法则是将金属离子
通过电化学沉积成为金属薄膜或纳米颗粒,该方法可以精确控制电极表面的形貌和微观结构。
应用领域
镍基电极材料具有优异的电化学性能,如高比电容、低内阻、良好的循环稳定性等优点,被广泛应用于超级电容器制备中。
例如,利用镍基材料与多孔碳材料构成复合电极,
可以显著提高超级电容器的比电容和能量密度;而通过利用电化学活性纳米材料制备出高
性能的镍基电极,则可以提高超级电容器的功率密度和循环寿命。
此外,镍基电极材料还
可以应用于电化学储能器件、太阳能电池等领域,发挥着重要的作用。
总之,随着人们对能源存储和利用的需求不断增加,超级电容器在未来将成为一种非
常有前途的储能设备,镍基电极材料作为其关键组成部分之一,将会得到进一步的优化和
应用。
镍基电极材料在超级电容器中的制备与应用

镍基电极材料在超级电容器中的制备与应用超级电容器(Super capacitor)是一种能量存储装置,介于传统电池和传统电容器之间,具有高能量密度和高功率密度的优势。
镍基电极材料在超级电容器中具有重要的制备和应用价值。
本文将对镍基电极材料在超级电容器中的制备方法和应用进行介绍。
镍基电极材料在超级电容器中的制备方法主要有物理法、化学法和物理化学法三种。
物理法主要包括电镀和热蒸发方法。
电镀方法是将金属镍沉积在导电基底上,形成均匀的电极膜层。
热蒸发方法是通过热蒸发技术将金属镍蒸发到导电基底上,并形成连续的薄膜结构。
化学法主要包括溶胶-凝胶法和水热法。
溶胶-凝胶法是在溶胶中加入镍离子,通过凝胶化和热处理,制备出具有高孔隙度和大比表面积的镍基电极材料。
水热法是将合适的镍盐和有机醇溶液反应,在高温高压条件下形成纳米颗粒的镍基电极材料。
物理化学法是将物理法和化学法相结合的制备方法,主要包括氧化还原反应、高温热交换等。
镍基电极材料在超级电容器中的应用主要有电能储存和能量传输两个方面。
镍基电极材料作为超级电容器的电极,可以存储大量的电能。
镍基电极材料具有高比表面积和优良的导电性能,可以提供更多的电荷储存空间和快速的电子传输通道,从而提高超级电容器的能量密度和功率密度。
镍基电极材料还可以用于能量传输。
超级电容器具有低内阻和高电导率的特点,镍基电极材料可以在应用中提供更快的充放电速度和更高的电流传输效率,从而满足高功率应用的需求。
镍基电极材料是超级电容器中重要的制备材料之一。
制备方法包括物理法、化学法和物理化学法三种。
其在超级电容器中的应用主要包括电能储存和能量传输两个方面。
未来的研究将进一步优化镍基电极材料的制备方法,提高其能量密度和功率密度,以满足越来越多的高能量密度和高功率密度应用需求。
镍钴锰三元层状正极材料

镍钴锰三元层状正极材料镍钴锰三元层状正极材料是新一代锂离子电池中的重要材料之一、它具有较高的比容量、优秀的循环稳定性和较低的价格,因此被广泛研究和应用。
本文将从材料的结构特点、电化学性能和应用前景等方面对镍钴锰三元层状正极材料进行详细介绍。
镍钴锰三元层状正极材料的结构特点主要体现在其层状结构和复合金属离子的存在。
层状结构指的是材料中各层之间的金属氧化物层通过键连接而形成,这种结构可以提供较大的离子传导通道,提高材料的离子扩散速度。
而复合金属离子由镍、钴和锰三种金属离子组成,这种组合可以提供更多的容量和更丰富的电化学反应类型,从而提高电池的能量密度和循环稳定性。
镍钴锰三元层状正极材料在电化学性能方面表现出众。
首先是其较高的比容量,镍钴锰三元层状正极材料通常具有较高的锂离子嵌入/脱嵌电位,可以提供更多的嵌入/脱嵌位置来容纳锂离子,从而提高了比容量。
其次,镍钴锰三元层状正极材料具有良好的电化学稳定性,能够承受大量的充放电循环而不发生结构变化或容量衰减。
这主要归因于其结构中金属氧化物层之间的键连接,可以有效阻止层状结构的剥离和材料的团聚。
此外,镍钴锰三元层状正极材料还具有较高的导电率和较低的内阻,有利于电荷传输和降低电池的内阻,提高电池的性能。
在应用方面,镍钴锰三元层状正极材料在锂离子电池中有着广泛的应用前景。
首先是其在电动汽车和混合动力汽车中的应用。
镍钴锰三元层状正极材料具有较高的比容量和较低的成本,可以提高电动汽车的续航里程和降低电池成本,是实现电动汽车商业化的重要材料。
其次是其在移动电源和储能系统中的应用。
随着移动电子设备的普及和可再生能源的开发利用,储能技术迫切需要提高,而锂离子电池作为最具潜力的储能技术之一,镍钴锰三元层状正极材料的应用将会大大推动储能技术的发展。
此外,镍钴锰三元层状正极材料还可以在电池中与其他材料配对,形成高性能的多元复合材料,进一步提高电池性能。
总的来说,镍钴锰三元层状正极材料具有较高的比容量、优秀的循环稳定性和较低的价格,是新一代锂离子电池中的重要材料。
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精品文档第3章镍电极材料镍电极的研究和应用有着悠久的历史。
早在1887年,Desmazures、Dun和Hasslacher就讨论了氧化镍作为正极活性物质在碱性电池中应用的可能性。
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。
特别是金属氢化物镍电池目前仍具有很高的商业价值,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。
对氧化镍正极核心组分Ni(OH)2的研究,包括氧化镍电极的发展历史、Ni(OH)2及NiOOH各种结构之间的电化学转化过程、Ni(OH)2的制备方法以及氧化镍电极添加剂等,大大促进了镍系列碱性蓄电池的发展。
3.1镍电极的发展Ⅱ传统氢氧化镍电极充放电循环在β-Ni(OH)2和β-NiOOH之间进行。
在βⅢβ循环中活性物体积变化较小,并且β-NiOOH的电导率比β-Ni(OH)2的高5个数量级。
充电时由于生成β-NiOOH而使电导率逐渐增加,所以,不存在导电问题,但放电时充电态物质可被逐渐增多的、导电性差的放电态物质隔离,因而影响了Ⅱ放电效率。
通过控制电极组成和使用多种添加剂如Co和Zn,可使βⅢβ循环顺利进行。
另外,可以采取相应的预防措施来保证电极活性物质的导电性,限制电极膨胀。
近年来,电极制造工艺不断得到改进,氢氧化镍电极经历了袋式电极、穿孔金属管、烧结镍板、塑料黏结式、泡沫镍及纤维式镍电极等阶段。
烧结镍板电极技术的发明和应用在镍电极发展史上具有重要的作用和意义,但这种结构的镍电极生产工艺复杂,成本较高。
以质量轻、孔隙率高的泡沫镍做基体的泡沫镍涂膏式镍电极比容量高,适宜做MH-Ni 电池的正极。
镍纤维、镀镍钢纤维、镀镍石墨纤维基体因其孔径微小(约50μm)而更受青睐。
此类基体孔隙率高达95%,具有高比容量和高活性,强度好,质量轻等优点。
最初采用阴极浸渍法向泡沫镍基板中填充活性物质,现在使用较多的是将Ni(OH)2以泥浆形式与基板混合,称为“悬浮浸渍技术”。
人们曾通过在活性材料中掺杂添加剂来提高电极容量。
添加剂可影响材料的容量和活性,但Ni(OH)2 的容量和活性主要由其结构和形态决定。
近年投入市场的高密球形Ni(OH)2兼有高容量和高密度两项优良性能,是理想的电极活性材料。
高密球形Ni(OH)2具有球粒状形态,有一定粒度大小及分布范围,具有高的3)。
传统的β-Ni(OH)2颗粒不规则,微孔体积30%,粒径范围较宽,振实密度为1.6振实密度(1.9~2.0g/cm3。
高密球形Ni(OH)2则能使电极单位体积的填充量提高20%,因而放电容量密度可达550mA·h/cm3,g/cm 而传统烧结式电极板的容量密度仅为400mA·h/cm 3。
Ⅱ电极膨胀是塑料黏结式和纤维板式镍电极面临的一个主要问题。
βⅢ相间反应在过充电时要经历γβ相和α相,不同相的密度差别较大,因而电极经历了膨胀收缩等过程,最终导致不可恢复性的膨胀,活性物粉化,孔体积增大,电极结构崩溃。
使用含质量分数为7%左右的Cd或Zn的β-Ni(OH)2可以大大避免这一现象的发生。
精品文档精品文档3.2氧化镍电极工作原理氧化镍电极与金属电极完全不同,它是一种P 型氧化物半导体电极,电池正极是β-NiOOH ,是六方形 晶系的层状结构,放电产物是Ni(OH)2。
电池放电时,在电极/溶液界面上,氧化-还原过程是通过半导体晶 格中的电子缺陷和质子缺陷的转移来实现的。
纯Ni(OH)2不导电,氧化后具有半导体性质,导电能力随氧化程度的增加而增强。
Ni(OH)2在制造和重 放电过程中,总有一些未被还原的Ni3+,以及按化学计量过剩的O 2-存在。
即Ni(OH) -2晶格中某一数量的OH被O2-代替,且同一数量的Ni 2+被Ni 3+代替。
这种半导体的导电性,决定于电子缺陷的运动性和晶格中电子+与Ni(OH) 缺陷的浓度。
电极浸入电解液时,Ni(OH)2∕溶液界面形成的双电层处于溶液中的H2中的O 2-定 2-定 向排列。
阳极极化时,H+通过双电层电场,从电极表面转移到溶液中,和OH -作用生成水。
由于阳极氧化,反应在电极表面双电层区进行,首先产生局部空间电荷内电场,界面上氧化物表面一 侧产生了新的电子缺陷,使表面中质子浓度降低,与氧化物内部质子形成浓度梯度。
因而,氧化物内部质+子向电极表面扩散。
但由于固相扩散困难,质子扩散速率小于反应速率,造成表面中H浓度不断下降,空间正电荷量不断减少。
若要维持反应速率不变,必须提高电极电位。
因此,在充电过程中,氧化镍电极的-电位不断升高,在极限情况下,表面层中的NiOOH 几乎变成NiO 2,此时的电极电位足以使OH 被氧化而放出O 2。
NiOOH+OH-NiO2+H 2O+e (3.1) -4OH →O 2↑+2H 2O+4e (3.2)所以,当氧化镍电极充电时,电极上有氧析出并不说明充电已经完全。
这时在氧化镍电极内部仍有 Ni(OH)2存在,并且在充电时形成的NiO 2掺杂在NiOOH 晶格之中。
可以把NiO 2看成NiOOH 的吸附化合物。
对于氧化镍电极析氧,有人认为是如下反应:2NiO2+H2O →2NiOOH+1 2O2(3.3) 充电充足时,NiOOH/溶液界面形成双电层。
氧化镍电极放电时进行阴极极化,外线路来的电子与固相 中的Ni 3+ 结合成Ni 2++ ,而质子H从溶液越过双电层,占据质子缺陷。
这个阴极过程与NiOOH 电极的放电反应一致,-(3.4)NiOOH+H2O+e →Ni(OH2)+OHNiOOH 电极的阴极过程在电极固相表面层生成H+,并向固相内部扩散与O 2-结合。
晶格中的Ni 3+与外 2+。
在碱性溶液中,质子(H+)来源于水。
电路传导来的电子结合为Ni阴极过程使固相表面层中O2-浓度降低,即NiOOH不断减少,Ni(OH)2不断增加。
如果进入氧化物固相+扩散速率与反应速率相等,则电极表面层的O2-浓度保持不变,此时阴极反应速率将为恒定值。
实际中的H+扩散比液相中的困难得多,而O2-在电极表面层中的浓度下降很快,如果要保持反应速率不上,固相中的H精品文档变,则需阴极极化电位向负方向移动。
因而,当电池放电时,正极固相内部的NiOOH在未完全被还原为Ni(OH)2时,电池电压已达到终止电压。
因此,氧化镍电极活性物质利用率受放电电流(极化)的影响,并与质子在固相氧化物中的扩散速率有关。
关于氧化镍电极的充、放电反应机理,一般认为充、放电反应是:-Ni(OH)2+OHβ-NiOOH+H2O+e(3.5)当β-NiOOH在浓度较大的KOH或NaOH溶液中进行长时间过充电后,可以形成γ-NiOOH和NiO2,使电极活性下降。
氧化镍电极的充、放电机理是固相质子扩散,且这种扩散起控制电极行为的作用。
在充、放电过程中,水分子可以进入和离开氧化镍晶格而不改变半导体的结构。
在充足电的情况下,电极电位为0.6V(2.8mol/LKOH中)。
如将充电后的电池放置一段时间,电位会自动降低。
放电曲线平稳段的电位为0.49~0.47V,相当于Ni2O3/NiO的平衡电位。
初始的高电位是因存在高价NiO2,但NiO2不稳定,随NiO2浓度减小,电位下降,同时有O2析出。
2NiO2+H2O→2NiOOH+ 12O2(3.6)放电曲线平台段的电极反应可简写成Ni(OH)3+e→Ni(OH2)+OH -(3.7)或NiOOH+H2O+e→Ni(OH2)+OH -(3.8)氧化镍电极充电时,开始电位急剧上升,然后平稳于0.65V左右,随后析出氧,直至电流全部耗于氧的析出。
充电过程氧化镍电极电位比Ni2O3的还高,一方面是由于极化,另一方面是NiO转变为Ni2O3需经过高电位的NiO2,电极过程是OH -在电极上放电。
-2OH→H2O+O+2e(3.9)生成的原子态氧(O)将NiO氧化为NiO2。
NiO+O→NiO2(3.10)NiO2对NiO作用,得NiO2+NiO→N2i O3(3.11)-总反应为2NiO+2OH→Ni2O3+H2O+2e(3.12)氧化镍电极中有NiO,NiO2和Ni2O3共存。
充电初期,电位由NiO→NiO2反应决定,充电后期,电位由Ni2O3→NiO2反应决定。
充足电的氧化镍电极,存在大量不稳定的NiO2,如不立即放电,NiO2会自然分解,损失部分能量。
放电过程实际上起作用的是Ni2O3这部分活性物质。
精品文档3.3镍氢氧化物的分类与结构3.3.1分类目前可用作Ni正极的活性物质有Ni(OH)2和NiOOH。
但由于NiOOH不稳定,通常电池中的活性物质多为Ni(OH)2。
它们有多种晶型,Ni(OH)2有α-Ni(OH)2和β-Ni(OH)2,NiOOH有β-NiOOH和γ-NiOOH。
在强碱性介质中,α-Ni(OH)2的阳极氧化起始于Ni/α-Ni(OH)2固相界面,而β-Ni(OH)2的阳极氧化则起始于β-Ni(OH)2/溶液界面,由于其氧化机理的不同,使得β-Ni(OH)2电化学活性高于α-Ni(OH)2。
一般的化学合成方法制得的均为β态,因此目前对β态的研究较多并已投入批量生产。
按活性物质的形貌来分,又有普通型和球型两种。
普通型Ni(OH)2由传统的沉淀法生产,制备时由于成核速度远大于晶体生长速度,使其振实密度低下,从而造成电极填充密度的降低;同时比表面积非常大,使电极的机械稳定性下降,影响寿命。
球形粉体主要是通过控制结晶生长方式,对Ni(OH)2形貌和粒度等实现有效的控制,从而大大提高了电极的填充密度,增大了电极的比容量。
球形Ni(OH)2是Ni/MH电池正极活性物质,理论放电容量为289 mA·h/g。
充电时:Ni(OH)2→NiOOH(Ni 2+被氧化成Ni3+)放电时:NiOOH→Ni(OH)2(Ni 3+还原成Ni2+)Ni(OH)2存在和两种晶型,NiOOH存在和两种晶型,目前生产MH-Ni电池使用的Ni(OH)2均为晶型。
高密度球形Ni(OH)2:松装密度>1.5g/mL,振实密度>2.0g/mL。
α-Ni(OH)2有很多的优点,α-Ni(OH)2/γ-NiOOH电对的充放电循环不会发生电极膨胀,电极反应中没有中间相生成,可逆性好;α-Ni(OH)2/γ-NiOOH电对反应中的理论电子转移数为1.67,即α-Ni(OH)2的理论比容量比β-Ni(OH)2高得多。
3.3.2结构不同晶型的Ni(OH)2都可以看作NiO2的层状堆积,不同之处在于层间距和层间粒子存在着差异,β-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0.7~0.8nm。