华南师范大学方形镍氢电池制作与测试实验报告

华南师范大学方形镍氢电池制作与测试实验报告

华南师范大学方形镍氢电池制作及测试实验报告

华南师范大学实验学报

告诉

学生姓名 课程名称

实验类型 新能源材料与器件 化学与物理 电源基础实验 √ 验证 □

设计 □ 综合 □ 学号、年级、班级 实验项目 实验时间

实验成绩2014年方形镍氢电池生产及测试2016年4月26日

考试指导老师

赵蕊蕊

1。目的]

1、熟悉并掌握镍氢电池的结构、充放电原理；

2、熟悉和掌握镍氢电池制造的一般工艺步骤及工艺方法；

3、熟悉并掌握镍氢电池的电池充放电性能测试方法。

2 实验原理

镍氢电池的正极活性物质是Ni(OH)2，负极是储氢合金。

用隔膜隔离，根据不同使用条件的要求，用KOH加入LiOH或

电池充电时，正极中的Ni(OH)2被氧化为NiOOH，而

正极通过电解水生成金属氢化物，从而储存电能。

负极中的NiOOH被还原为Ni(OH)2，负极中的氢气被氧化为水。

反应过程中有电向外电路释放，电极反应如下：（“？”表示充电；“？”表示放电。

表示放电）正极：Ni(OH)2+OH-?NiOOH+H2O+e-

负极：M+xH2O+xe-?MHx+xOH-

在实际应用中，镍氢电池一般要求为准封闭反应体系，但在充电过程中

正负极必然会发生副反应，生成氧气和氢气，那么如何消除

这些气体与电池的密封问题有关，可以通过优化电池设计来解决。

主要方法是利用正极来限制电池容量和电解液的添加量，同时辅助优化

加入的电解液量是为了使电池

在一定的稀薄状态下，从正极释放出的气体可以迁移至负极表面。

该反应是为了促进电池内氧气的循环，并尽量减少负极氢气的释放。

负极的容量比一般控制在1:1.3-1:1.4之间，这样电池

在过充电时，正极释放出的氧气可以通过隔膜扩散到负极表面，与氢气结合进行还原

负极具有更多的剩余容量，且不易析出氢气，从而保证了电池

合适的充电内压和电解液损失率，保证了电池的长循环寿命。

在充电过程中，镍氢电池正负极发生的反应为：（“？”表示正在充电；“？”表示正在

表示放电）

正极：Ni(OH)2+OH-?NiOOH+H2O+e-

过充电时：4OH--4e-→2H20+O2

负极：M+xH2O+xe-?MHx+xOH-

过充电时：2H2O+O2+4e-→4OH-

电池：xNi(OH)2+M?NiOOH+MHx

正极活性物质的量，根据法拉第定律，其理论量为：Mo(g)=/nF，

其中 M 为摩尔质量，n 为电极反应过程中获得或失去的电子数，Q 为设计电极

电池容量为A·h，F为法拉第常数，实际过程中还需要考虑利用率等因素。

比计算值多10%-20%。负极活性物质的量要考虑到电池后期的过充。

过量气体的影响肯定是20%-50%，根据充放电过程中正负极的反应不难看出

影响电池性能的因素有很多，其中正极和负极活性材料对电池的性能影响很大。

反应的稳定性和反应性，以及影响活性物质充分发挥效果的其他因素，

包括制备电极时使用的辅助添加剂和粘合剂、组装电池时使用的电解液和隔膜

膜和密封材料

等等，都对电池的性能有很大的影响。

3. 仪器和试剂

13.1 实验仪器与工具

点焊机（焊接泡沫镍与镍带）；

压片机（压制板材）；

烘箱（干燥电极板）；

电脑控制充放电仪（测试电池箱性能、绘制伏安曲线）；

有机玻璃（电池外壳材料）；

锯子（用于切割有机玻璃）；

砂纸（用于打磨有机玻璃，使其边缘光滑，易粘合，避免漏胶）；

环氧树脂+固化剂（胶粘剂）；

钻头（用于在电池盒上钻孔）

23.2 实验试剂

（实验控制负极容量：正极容量=1.5：1）

氢氧化镍（正极活性物质，放电比容量/g，本实验中为/g，

活性物质占正极材料的90%）；

储氢合金粉末（负极活性物质，放电比容量/g，本实验取

/g，活性物质占正极材料的95%）；

隔膜（PE隔膜，作用：隔离正负极，避免短路，储存电解液，提供气体

身體通道);

60%（PTFE+CMC）粘合剂（正、负极粉末总质量各占5%）；

CoO粉末（提高极板的导电性和材料反应的可逆性）；

Ni粉（提高板的导电性）；

8mol·L-1KOH混合电解液（98%KOH+2%LiOH）。

4. 实验步骤

根据电池外壳尺寸及性能要求确定正负极板及隔板尺寸

以及载入的活性物质的量，然后准备正极板和负极板，切割隔膜并准备电解液。

然后将正负极板和隔板卷绕或折叠在一起放入电池壳内，加入适量电解液

加完液后封口，对电池进行充电并测试性能，具体步骤如下：4.1正负极

板材和隔膜的切割

4.1.1 根据电池容量，将正负极泡沫镍剪成共计5块约3cm*2.5cm。

中间片有两片，负极片有三片，用电焊机焊接镍条，称量泡沫镍的质量。

记录数据。

4.1.2 根据泡沫镍的尺寸，剪取稍大于泡沫镍的隔膜。

442.2 正极板和负极板的制备

4.2.1 正极制备

所需质量根据Ni(OH)290%、CoO5%、Ni5%的比例计算，粉末添加量

添加剂的总质量是按照需要添加的粘结剂（PTFE+CMC，60%）质量的5%的比例来计算的。

称取5.0g(OH)2固体粉末和0.粉。

将各添加剂混合均匀，再加入约1.5g的粘合剂PTFE（0.5g）+CMC（1g）

将其与适量的去离子水混合形成浆料，然后均匀地涂在2片泡沫镍上。

4.2.2 负极制备

所需质量是按照95%储氢合金粉与5%Ni粉的比例计算得出的。

称重，按5%的比例计算需要添加的粘合剂（PTFE+CMC，60%）的质量。

将5.032g储氢合金粉末与0.粉混合均匀，再加入约1.5g粘合剂。

将PTFE(0.4656g)+CMC(1.0663g)和适量的水混合成浆料，然后涂抹到3块泡沫板上。

泡沫镍。

4.2.3 干燥

将准备好的盘子编号，放在烧杯中，并在约 85°C 的烤箱中烘干。

一周后取出，用保鲜膜包好，用压片机压成片剂，称重并减去泡沫镍的质量。

计算正极和负极的放电比容量。

4.3 电池盒准备根据极板尺寸，确定电池盒规格大致为

5cm*5cm*1.5cm，用锯子在有机玻璃板上切出电池盒的六边，并打磨。

将纸张打磨光滑，用胶粘剂（环氧树脂+固化剂）将五个表面粘在一起。

让它自然干燥一天，然后检查是否漏液。如果没有漏液，则电池盒已准备好。

请别人用电钻在剩余的部分上钻两个孔。

4.4 电解液的制备

称取约8.75g KOH固体（含量>=85%），约0.75g LiOH，加入去离子水

配制25g溶液，搅拌均匀，冷却至室温备用。

4.5 电池盒组装

将五块板按负极-正极-负极-正极-负极的顺序排列，每两块板之间加一个隔板。

将其放入电

在电池盒内加入电解液，将正、负极镍片穿过电池盖，涂上环氧树脂。

只需固定好，插入排气用的毛细管即可。组装后，进行充放电测试。

5. 数据记录和处理

5.1 电池尺寸

长 x 宽 x 高 = 5cmx1。

5.2正负极板数据记录：正负极材料用量，电池理论容量

运输过程中镍棒断裂，实验失败

5.2电池充放电曲线：充放电参数设置，电池循环充放电性能，（循环

循环次数-容量图)

运输过程中镍棒断裂，实验失败

6.【实验评论与扩展】

实验步骤中已经包含实验注意事项，并通过实际生产来补充相关知识。

在实验步骤中。

7.【疑问与思考】

1.镍氢电池的化学原理

镍氢电池：(-)MH|KOH|NiOOH(+)?NiOOH?HO?e?Ni(OH)?OH22正极

2、镍氢电池常见负极储氢材料比较

（1）金属（或合金）储氢材料氢几乎可以和元素周期表中所有的元素发生反应。

但并不是所有的金属氢化物都可以作为储氢材料。

只有那些能在温和条件下可逆地大量吸收和释放氢的金属或合金才能够发生氢化。

例如目前已开发的具有实用价值的金属氢化物

主要有稀土类AB5型；锆钛类Laves相AB2型；钛类AB型；镁类A2B型；

及钒固溶体类型。金属-氢反应实验模型如图1-1所示。

(2)根据目前的研究，非金属储氢材料可以可逆地吸收和释放氢气。

非金属材料[9,10]仅限于碳材料、玻璃微球等非金属材料。

刚刚开发的新型储氢材料。例如碳纳米管、石墨纳米纤维、

活性炭、玻璃微球等，该类储氢材料属于物理吸附模型，是一种非常

一种很有前景的新一代储氢材料。

(3) 有机液态储氢材料一些有机液体[11,12]，在合适的催化剂存在下

在低压和相对高温下，可作为氢气载体，用于储存和运输氢气。

储氢功能是通过储氢载体（如苯、甲苯）与H2发生可逆反应实现的。

实现。

(4)其他储氢材料除上述三类储氢材料外，还有一些无机化合物

而铁磁材料可用作储氢，例如KHNO3，或用作储氢剂[13]。

该材料在磁场作用下可以储存大量的氢气，储氢量比钛铁材料高6至7倍。

3.镍氢电池的优缺点

优势：

比能量高、循环寿命长、抗过充过放能力强、可加氢

压力指示电池充电状态等缺点：

1、需贵金属催化剂，电池成本较高；

2、电池内部氢压较高，增加了电池密封的难度和壳体材料的选择。

限制;

3.安全性较差，无法商业化生产。

4、为什么组装电池时正极板与负极板数量不一样？

当过度充电或过度放电时，镍氢电池会在电池内部产生大量气体。

限制负极处的析氢反应，防止氢气的产生。