镍氢电池综述报告.docx

能源化学工程专业小学期实践作业1041101班程士坚 1120112597二次电池：镍氢电池领域综述报告前言：镍氢电池作为当今迅速发展起来的一种高能绿色充电电池，凭借能量密度高、可快速充放电、循环寿命长以及无污染等优点在笔记本电脑、便携式摄像机、数码相机及电动自行车等领域得到了广泛应用。接下来将对这一领域的历史背景、前人工作、争论焦点、研究现状与发展前景等方面作出一个较为详尽分析和报告。关键词：镍氢电池、电极材料、电化学、用途与特性研究、HEV、市场现状及个人看法正文：镍氢电池发展历史与现状镍氢电池是二十世纪九十年代发展起来的一种新型绿色电池，具有高能量、长寿命、无污染等特点，因而成为世界各国竞相发展的高科技产品之一。镍氢电池的诞生应该归功于储氢合金的发现。早在20世纪六十年代末，人们就发现了一种新型功能材料储氢合金，储氢合金在一定的温度和压力条件下可吸放大量的氢镍氢蓄电池形象地称为“吸氢海绵”。其中有些储氢合金可以在强碱性电解质溶液中，反复冲放电并长期稳定存在，从而为我们提供了一种新型负极材料，并在此基础上发明了镍氢电池。储氢合金的主要来源是稀土，而中国的稀土资源占世界总储量的70%以上，发展镍氢电池具有得天独厚的优势。我国通过该项目的实施，使镍氢电池的装备水平得到了大大的提高，由过去的手工操作跨越到连续化，自动化大规模生产，明显地提高了电池的均匀性和综合性，满足了移动通讯，便携式电脑，电动工具以及电动车辆对电池的需要。同时，通过该项目的实施，促进了中国镍氢电池与材料、设备、检测仪器，下游产品等相关企业的相互协作，明显提高了总体产业的生产能力，技术水平和竞争能力，为镍氢电池产业的发展和产品打入国际市场铺平了道路。镍氢电池现主要应用于混合电动车。2011年HEV市场占56%，零售市场占24%，无绳电话占11%，其他市场为9%。世界镍氢电池主要由中国和日本企业生产，占全球产量的95%以上。全球镍氢电池70%以上在中国生产，中国镍氢电池企业主要包括超霸、豪鹏、比亚迪、环宇、科力远等。日本企业松下、汤浅、三洋已将小型镍氢电池生产转移到中国。HEV用大型镍氢电池主要在日本生产，生产企业主要为Primearth电动车能源公司和三洋电机。我国镍氢电池增长乏力，其发展空间仍然取决于混合电动车的应用情况。镍氢电池的技术特性反应原理电解质：主要为KOH作电解液（电解质7moL/LKOH+15g/LLiOH）充电时：正极反应：Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e-负极反应：M + H2O + e- → MH + OH-总反应：M + Ni(OH)2 → MH + NiOOH放电时：正极：NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH-负极：MH + OH- → M + H2O + e-总反应：MH + NiOOH → M + Ni(OH)2以上式中M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。最常用储氢合金为LaNi5。镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属氢化物。用在镍氢电池的制造上，它们主要分为两大类。最常见的是AB5一类，A是稀土元素的混合物再加上钛；B则是镍、钴、锰，还有铝。而一些高容量电池的“含多种成分”的电极则主要由AB2构成，这里的A则是钛或者钒，B则是锆或镍，再加上一些铬、钴、铁和锰。所有这些化合物扮演的都是相同的角色：可逆地形成金属氢化物。电池充电时，氢氧化钾（KOH）电解液中的氢离子（H+）会被释放出来，由这些化合物将它吸收，避免形成氢气（H2），以保持电池内部的压力和体积。当电池放电时，这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。现阶段镍氢电池研究重点1 无钕贮氢合金及无钕镍氢电池本研究利用成分及工艺优化，制备出了性能优良的无钕贮氢合金，将电池的容量衰减率较过去减少了33%，而低温性能也有了很大提升，低温条件下放电能力比普通镍氢电池多放出6%。2 宽温区镍氢电池在一些特殊条件下，如野外军用电台、飞机和坦克等军事装置及非常寒冷的地区，要求在-40℃的环境下放电。为了解决这些问题，研究机构在无钕贮氢合金开发成功的基础上开发了宽温区镍氢电池，这种电池在低温条件下工作可靠。3 钒钛贮氢合金近年来，随着各类新能源汽车的发展，对高容量贮氢合金的需求更加迫切。传统贮氢合金采用纯钒制备而成，金属钒价格十分昂贵，而含钛的钒合金是获得相对较低成本、高容量钒基固溶体贮氢合金的基础。四川大学在此方面的研究工作取得了较大的进展。4 钒基贮氢电极合金目前，已商业化的镍氢电池负极材料主要是稀土AB5这种合金容量只有300mAh/g左右。钒基固溶体型贮氢合金最大的问题是在碱液中的电化学催化活性较差。最近的工作发现，温度对钒基固溶体型贮氢合金电极放电性能的影响非常大。升高环境温度（小于80℃）可以使钒基贮氢合