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稀土百科 │ 储氢合金电化学原理

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2022-12-15
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储氢合金目前常用于Ni/MH(镍-金属氢化物)电池,作为其电池负极材料。早在20世纪70年代,E-W.Justi等人首先将LaNi5型储氢合金作为二次电池负极材料的研究,但存在合金表面形成了氧化物钝化膜及随后合金分解成为La(OH)3和Ni使合金容量显著下降,电极的循环寿命很短的问题。


1984年Willem采用Co替代LaNis合金B端部分Ni,成功解决了LaNi5合金在充放电过程中容量衰减迅速的问题,从而实现了利用储氢合金作为负极材料制造Ni/MH电池的可能,也导致了储氢合金和镍氢电池的研究热潮。中国、美国和日本竞相研究开发储氢合金材料和镍氢电池,为了降低材料成本,在研究中人们又将LaNi5型化合物中的La用成本较低的稀土混合物Mm替代,在合金替换和制造工艺方面,人们又做了大量的工作,并得到了一系列性能很好的储氢电池,用MmNis型储氢合金,在这些研究工作的基础上,美国于1987年率先建成镍氢电池生产线,日本也于1989年实现了镍氢电池的产业化。


由于资源优势,我国从20世纪80年代开始进行储氢材料及镍氢电池的研究和开发,并在“九五”期间把镍氢电池的研究和产业化作为我国的重点开发项目,在“八五”和“九五”期间,通过国家“863”计划的支持及国内科研人员的努力,在20世纪90年代初我国研制并开发出了自己的储氢材料和镍氢电池,并于1993年开始陆续建立了自己的镍氢电池生产厂。迄今为止,在国家相关部门的大力扶持和国内各有关单位的共同努力下,我国在稀土储氢合金材料、电池制造技术及装备、仪器检测装置、电池的技术性能及应用开拓等方面已获得了很大的成就。


目前已经开发出了一系列MmNi5型储氢合金,产品性能已有了很大的提高。从只注重材料的克容量到材料综合性能的全面提高,科研工作者作了大量的研究工作。在镍氢电池的产业化方面,经过多年的曲折迂回,不仅电池性能有了很大的提高,电池产销量也显著增长。目前我国以成为世界上镍氢电池产销量的第一大国。


但是同美日相比,我国Ni/MH电池工业还存在这产品性价比低、发展不平衡,小型电池如在家用电器、照相机器材、音响、办公室设备等的应用发展较快,但在交通工具用大功率如电动汽车、自行车、摩托车和三轮车等的动力电池应用发展较慢,尚处在开发阶段,除电池的市价较高和某些性能还未达到要求外,大功率高容量电池的研制开发工作尚未跟上是主要原因。


目前在国际上,发展大功率大容量Ni/MH电池技术是该领域的研究热点,这主要是近年来为了在手机和笔记本电脑中与锂电池竞争市场,此外,高功率Ni/MH电池的另一个应用目标是混合动力车。例如,日本丰田公司开发的一种商品电池混合动力车(Toyota prius)已上市,并已开始批量生产。


储氢电极合金是决定MH/Ni电池物理化学性能的关键材料,深入研究和开发新型高性能和低成本的储氢合金电极材料对推动我国MH/Ni电池产业化发展和提高MH/Ni电池生产技术水平具有重要的意义。


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