镉镍蓄电池.ppt

第四章镉-镍蓄电池
主要内容:
镉镍电池概述及其分类
热力学原理
氧化镍正极
镉负极
密封镉镍电池
Cd/NiOOH蓄电池的电性能
电池中制作工艺
镉镍蓄电池的改进及发展方向

发展历史
镉镍电池是1899年瑞典尤格尔()发明的,至今经历了三个发展阶段
20世纪50年代以前, 主要是极板盒式电池,主要用作起动、照明、牵引及信号灯的电源
50年代到60年代初期, 主要发展了大电流放电的烧结式电池,用于飞机、坦克、火车等各种引擎的启动
60年代以后,着重发展了密封式电池,可满足大功率放电的要求,用于导弹、火箭及人造卫星的能源系统,在空间应用中常与太阳能电池匹配
优点:使用寿命长,蓄电池自放电小, 使用温度范围广, 耐过充过放, 放电电压平稳, 机械性能好.
缺点:活性物质利用率低, 成本较高, 负极镉有毒, 电池长期浅充放循环时有记忆效应.
Cd/NiOOH电池的分类
1)按电池结构可以分为极板盒式、无极板盒式和双极板电极叠层式
2)按电池封口结构分为开口式、密封式和全密封式
3)按输出功率分为超高倍率(-15C5A)、高倍率(-)、中倍率(-)、低倍率(放电倍率≦)
4)按电池外形分方形、圆柱形、扣式。
二、Cd/NiOOH蓄电池的工作原理
工作原理
电池的负极为海绵状金属镉,正极为氧化镍(NiOOH),电解液为KOH或NaOH水溶液,电池电化学式为
(-)Cd▏KOH(或NaOH)▕NiOOH(+)
电池反应
三、氧化镍电极的工作原理
氧化镍电极的反应机理
p型氧化物半导体电极, 通过电子脱离正离子后形成的带正电荷的空穴进行导电.
Ni(OH)2晶格中离子分布示意图
质子缺陷□H+
电子缺陷□e-
Ni(OH)2电极-溶液界面双电层的形成
氧化镍电极充电过程
反应受质子在固相中的扩散速率控制
表面层中质子活度不断下降→产生固相浓差极化
在极限情况下:
充电不久镍电极上就会开始析氧
NiO2很不稳定, 容易发生分解
放电时
同样由于固相扩散速率很小, 引起较大的浓差极化,氧化镍电极的利用率受到限制。由于氧化镍电极是一个半导体电极,它的导电性能不好,同时由于工作时受固相中质子扩散速度控制,因此,氧化镍电极的充电效率,放电深度,活性物质利用率都较低。所以,我们通常加入一定的添加剂,来改善它的电化学性质。一般加的添加剂有:LiOH、Ba(OH)2,它们可以提高放电深度,但降低氧析出的过电位,有利于提高充电效率,但影响放电深度。加入钴能提高放电深度,但降低氧析出,影响充电效率。将它们配合使用时,可以各自发挥优点,而互不干扰。它们还可以提高电池的寿命。
氧化镍电极的充放电曲线
曲线1是氧化镍电极的放电曲线,曲线2是充电曲线。虚线3是充电后经过一段时间搁置后的放电曲线