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银类添加剂对降低MH/Ni电池内压的研究

钜大LARGE  |  点击量:139次  |  2020年05月29日  

摘要
摘要:研究了含银添加剂对电池性能的影响。实验表明,在贮氢电极中添加3%的银添加剂,电极容量略为增加,但明显降低了模拟电池气体的析出量。因而在贮氢电极中添加银类氧化还原催化剂是一种有效降低电池内压的方法

摘要:研究了含银添加剂对电池性能的影响。实验表明,在贮氢电极中添加3%的银添加剂,电极容量略为新增,但明显降低了模拟电池气体的析出量。因而在贮氢电极中添加银类氧化还原催化剂是一种有效降低电池内压的方法。


关键词:内压;贮氢电极;添加剂;银


1引言


在氢镍电池活化初期及大倍率过充电时因负极放氢,正极放氧造成内压急剧升高。内压升高极易造成电池漏液爬碱,从而影响成品率的提高。另外,内压过高会引起安全阀开启,电解液中的水电解生成的氢和氧由此逸出,致使电解液逐渐干涸,导致电池容量下降,循环寿命迅速变短[1]。目前已有研究者通过理论计算与实测值相比较,确定了内压升高的重要原因在于充电时正极的析氧,以及氧在负极的还原速度小于氧在正极的生成速度,而不是由于负极上氢气的逸出[2]。因此可通过对氧气生成的控制和采取有效的消氧措施来降低电池内压。


鉴于降低析氧速度受电池本身特性的限制,本文重要从消氧措施入手,采取向贮氢电极中添加某种催化剂的方法,提高氧气在负极的还原速度,从而达到降低电池内压的目的。目前国内研究较多的是采用金属pd(钯)或含pd体系作为氧气还原的催化剂,且已证明pd的加入对降低氢镍电池的内压有较好的效果[3]。而另外一种常见的对氧也有较好还原用途的催化剂是Ag(银)。相对pd来说,Ag价格较为便宜,有利于生产上的推广应用,因此本文通过制备Ag和含Ag复合催化剂体系,并把它们添加到贮氢电极中考查其对电池内压的影响。


2实验部分


2.1催化剂的制备


1)银添加剂称取一定量的AgNO3,用水溶解,在搅拌的条件下,加入甲醛和氢氧化钾的混合溶液,反应完全后,经过滤、洗涤、真空干燥,得活性银。


2)复合银添加剂在硝酸银溶液中添加一定量的硝酸镍或硝酸铋,其余制备方法同银添加剂,得银镍或银铋等复合添加剂。2.2贮氢电极及模拟电池的制备


将上述制得的添加剂作为贮氢电极原料的一部分加入,采用文献[4]中的方法制备贮氢电极。制得的


图1活性银添加量对贮氢电极容量的影响


图2活性银添加量对模拟电池气体析出量的影响


贮氢电极和自制氧化镍电极配对构成模拟电池。隔膜材料为维尼龙,电解液为6mol·dm-3KOH和15g·dm-3LiOH的混合溶液。


2.3贮氢电极放电比容量及放电曲线的测定


上述所得的模拟电池经3~4次的充放电活化后,组装成三电极系统进行测试,参比电极为自制的HgO/Hg电极。然后以0.4C(100mA/g合金粉)电流充放电,放电终止电压为-0.7V(vs.HgO/Hg),反复充放3次,以放电时间最长一次,来计算贮氢电极0.4C充放电时电极的比容量。1C(250mA/g合金粉)充放电的电极容量测试方法相同。上述电极比容量测试恒温在25℃。


2.4气体析出量及氧气含量的测定


实验时,模拟电池中电极的配置类似于实际电池,负极容量过量配置。电池析出的气体采用排水集气法收集。以0.4C和1C倍率充电至正极容量的130%时,读取气体析出量,再换算成25℃时的体积。


析出气体中的氧气含量用碱性焦没食子酸溶液吸收法测定。实验是在氮气的保护下,把由集气法收集到的气体移至碱性焦没食子酸溶液吸收12h,由量气筒刻度读出气体吸收量,并换算成25℃时气体的体积,即为氧气含量。


3结果与讨论


3.1活性银添加量对电极性能和析气量的影响


通过改变活性银在贮氢电极中的加入量,考查活性银对贮氢电极放电容量和电池充电时气体析出量的影响,结果如图1和图2所示。


从图1中可知,在0.4C和1C两种充放电制度下,贮氢电极的放电容量都随着活性银的加入量的新增而略有新增,但不显著。1C充放电相关于0.4C充放电时电极容量随活性银量的新增而上升得稍快一些。可能的原因是:活性银的导电率较高,加入贮氢电极后可起导电剂的用途,从而使贮氢电极的导电能力增强、内阻降低,另外活性银的加入改善了电极的氧化还原反应性能,因此使电极容量有所新增。当电极内阻降低时,大电流充放电耗在电极内阻上的电压降相对减少,因此大电流充放电情况下放电容量会上升稍快一些。


图2给出模拟电池充电(过充30%)时的气体析出量与银添加量的关系。从图2中可知,随着贮氢电极中活性银量的新增,模似电池的气体析出量逐渐降低。活性银的添加量低于3%时,气体析出量降低非常明显,但超过3%之后降低不明显。


综合电极容量新增与气体析出量降低情况及经济因素,我们认为在贮氢电极中添加3%的活性银比较合适,因此在以后的实验中,贮氢电极含Ag活性组分的添加量均为3%。


3.2析出气体的成分分析


从图2可以看出,贮氢电极加入活性银后,无论在0.4C充电还是在1C充电时模拟电池的气体析出量都明显减少。出现这种现象的原因可能是


1)贮氢电极中析出的气体(重要是氢气)量减少;

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