800mAh方形镍氢电池制备与应用.doc

华 南 师 范 大 学 实 验 报 告学生姓名 甘汉麟 学号 20112401028 专 业 化学（师范） 年级、班级 11化5 课程名称 应用物理化学实验 实验项目 800mAh方形镍氢电池制备与应用 实验类型 验证 设计 综合 实验时间 2014 年 4 月 8 日实验指导老师 南俊民 实验评分 小组成员 王世冰 甘汉麟 苏荧蓉 蓝晓旋 陈奕霞一、引言1. 实验背景原电池是利用两个电极之间金属性的不同，产生电势差，从而使电子的流动，产生电流。又称非蓄电池，是电化电池的一种，其电化反应不能逆转，即是只能将化学能转换为电能，简单说就即是不能重新储存电力，与蓄电池相对。化学电池按工作性质可分为：一次电池（原电池）；二次电池（可充电电池）；铅酸蓄电池；燃料电池。其中：一次电池可分为：糊式锌锰电池、纸板锌锰电池、碱性锌锰电池、扣式锌银电池、扣式锂锰电池、扣式锌锰电池、锌空气电池、一次锂锰电池等。二次电池可分为：镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、二次碱性锌锰电池等。铅酸蓄电池可分为：开口式铅酸蓄电池、全密闭铅酸蓄电池。本次实验主要是研究镍氢电池的制备及性质。镍氢电池在20世纪90年代初实现商业化。与传统在便携式用电器中广泛使用的镍镉电池相比，两者具有相同外形和接近的充放电电压，因此两种电池在使用中具有交换性。特别是镍氢电池使用贮氢合金作为负极活性物质，不但提高了电池充放电容量，而且消除了电池制备和寿命终结后可能产生的镉污染，因此这种电池称为可替换镍镉电池的绿色电池而得到快速发展。根据这种电池在原材料供应、性能特点等方面所具有的优势，十多年来在小容量电池市场方面得到快速发展，也有望作为动力电源在混合动力汽车和电动工具中得到应用。2. 实验目的通过制备方形镍氢电池，了解化学电源的工作原理和制备方法，学习有关电池的基本概念和知识：正负极、隔膜、黏合剂、电解液、工作原理等，使得自己对日常生活中常见的电池有更加深入和清晰的认识.通过对制备电池性能的测试，掌握表征电池性能的实验技术。亲身实践电池的制作工作，如点焊镍网、调试黏合剂、切割和制作电池外壳、辊压极板等，从而增强个人的动手能力，也对电池制作的过程有了经验。二、实验部分1. 镍氢电池的工作原理电极反应如下：(“”表示充电；“”表示放电)正极：Ni(OH)2 + OH- NiOOH + H2O + e-负极：M + xH2O + xe- MHx + xOH-镍氢电池的正极活性物质为Ni(OH)2，负极为贮氢合金，正负电极用隔膜分开，加入KOH的电解液。电池充电时，正极中Ni(OH)2被氧化为NiOOH，而负极则通过电解水生成金属氢化物，从而实现对电能的存储。放电时，正极中的NiOOH被还原为Ni(OH)2，负极中的氢被氧化为水，同时在这个反应过程中向外电路释放出电量。2. 实验仪器与试剂2.1 实验仪器计算机控制充放电仪器，压片机，烘箱，点焊机，封口机，电化学工作站。2.2 实验试剂氢氧化镍，贮氢合金粉，隔膜，电池壳，60（PTFE+CMC）粘结剂，CoO粉，Ni粉，30%KOH混合溶液。3. 实验步骤3.1 正负极板的裁剪 裁剪正负极泡沫镍共9片，其中正极4片，负极5片，分别用电焊机焊接上镍条。3.2 正负极板的制备正极板的制备负极板的制备3.3 电池盒的制备根据极板的大小，确定电池盒的规格，用锯子在有机玻璃板上锯出电池盒的六个面，并用砂纸打磨平滑，将其中的五个面用AB胶粘连起来，自然放置一天晾干，晾干后检验是否漏液，不漏即完成电池盒的制备。余下一片用烙铁钻2个孔。3.4 电池盒的组装将9片极板按负-正-负-正-负-正-负-正-负的顺序排好，每片极板均用隔膜隔开，将极板紧贴好后放入电池盒中，加入电解液，并将正极和负极镍条通过已打好的孔穿过电池盖，用AB胶固定即可。3.5 电解液的配制称取KOH固体（含量=85%）约8.75g，LiOH约0.75g，加去离子水配成25g溶液，搅拌均匀，使用密度计进行标定，冷却至室温后待用。3.6 加液检查往电池盖中的小孔添加电解液（KOH）溶液，进行充放电测试。三、结果与讨论1. 电池循环充放电曲线图时间 /min电压 / V图1：电池循环充放电曲线图2. 电池放电容量随充放电循环次数关系曲线图充电放电电流 / mAh 次数图2：电池放电容量随充放电循环次数关系曲线图3. 数据分析由图1可知：电池在循环充放电过程中，充放电曲线出现较明显的周期性，电池电压可以保持在一定水平，其总体波动不大。在13000min时电压值依然与0min时电压值相差不大，说明电池性能比较稳定，充放电电压稳定。由图2可知：黑线：电池的实际容量为648.6mAh。红线：20次循环充放电过程中，电池电压呈现先上升后下降的趋势，从第1次到第4次，充放电电流可增大至513.8mAh，随后开始下降，最后大致下降至240mAh。说明该电池在多次循环过程中放电电流不稳定，容量逐渐变小。通过图1、图2得出以下结论：该电池在一次使用过程中性能稳定。但若经过多次使用，电池的寿命较短。即实际使用价值不高。电池性能不够优越原因可能有：本组电池有一块负极板的极耳焊接的不好，可能在涂上负极材料后再次焊接的过程中，焊接点由于高温而导致焊接点上生成某些金属氧化物，这些金属氧化物的电阻可能比负极材料的电阻大，导致电池内阻增大。组装电池时极板间贴得不够紧密，易造成容量过低。在实验过程中电解液KOH溶液长时间暴露在空气中，造成电解液纯度不高。已经装好电极板的电池盒中仍然有较大的空隙，本组组员决定将一小片有机玻璃放入电池盒中以固定好电极板，这块有机玻璃可能会增加电池的内阻。四、结论1. 储氢材料从狭义上讲，储氢材料是一种能与氢反应生成金属氢化物的物质；但是它与一般金属氢化物有明显的差异。即储氢材料必须具备高度的反应可逆性，而且，此可逆循环的次数必须足够多，循环次数超过5000次。实际上，它必须是能够在适当的温度、压力下大量可逆的吸收和释放氢的材料。目前，用于镍氢电池负极储氢材料的主要是金属(或合金)储氢材料，氢几乎可以同周期表中的各种元素反应，生成各种氢化物或氢化合物，但并不是所有金属氢化物都能做储氢材料。2. 记忆效应记忆效应是电池因为使用而使电池内容物产生结晶的一种效应。一般只会发生在镍镉电池，镍氢电池较少，锂电池则无此现象。发生的原因是由于电池重复的部分充电与放电不完全所致。会使电池暂时性的容量减小，导致使用时间缩短。从此可知，我们在生活中使用镍氢电池、手机电池、笔记本电脑电池的时候，不一定要每次都把电量完全耗尽之后再充电。3. 关于隔膜MHNi电池都是由正、负极板和隔膜组成L，隔膜被置于电池的两电极之间，允许离子通过而不允许电子通过，它是电池的心脏材料，隔膜品质的优劣直接决定电池性能的好坏一般来说，MH一Ni电池对隔膜的要求如下：良好的化学稳定性，如耐电解液的强碱等，不易老化，优良的抗氧化能力；良好的润湿性和电解液保持能力；较好的离子传输能力和较低的面电阻；良好的吸收和保持电解液的能力；具备适宜的孔径、孔率和透气性；足够好的机械强度。4. 使用前景随着市场的需求，新型绿色环保镍氢电池正朝着高容量、小型化、高功率方向发展。镍氢电池产业将成为21世纪能源领域的重大产业之一。镍氢电池产业的发展有助于移动通讯，无污染电动车等的高新技术产业的发展，将带动上游原材料工业的发展。五、参考文献1何广平,南俊民，孙艳辉.物理化学实验.化学工业出版社,2008,170-174.2吉缙.预充电对储氢电极活化的影响.电池,2000,30(1):32-33。3陈军等编.化学电源原理、技术与应用.化学工业出版社，2006.4