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有害杂质对镍镉电池性能的影响

2009年11月05日 17:15 www.elecfans.com 作者:佚名 用户评论(0
有害杂质对镍镉电池性能的影响

在镍镉电池中,铁,锰,铜,铬,硝酸盐,碳酸根离子,氯离子及许多有机化合物对电池性能有害。

1,铁使正极的氧过电位明显下降,充电效率降低,充电电流消耗在产生氧气和热量。在正极中含有1%的铁,引起的容量损失可大30%。因此壳体镀镍层应尽可能没有微孔,导电骨架和接线柱等的镀镍层也要保证质量,不能有基体的腐蚀铁下来。

2,锰和铜的离子在正极上发生氧化,而在负极上发生还原,从而促进了电池的自放电。
  硝酸根离子以及许多有机化合物也有类似的性质,这些杂质离子穿梭于正负极之间,使电池容量不断损失。
NO3-在负极上还原生成NO2-:Cd + NO3- + H2O →Cd(OH)2 + NO2-
而NO2-又扩散到正极又被氧化成NO3-:2NiOOH + NO2- + H2O →2Ni(OH)2 + NO3-
另外,NO3-及NO2-还可能发生如下反应:NO3- + 6 H2O + 8e → NH3 + 9 OH-
NH3 + 3/2 O2 + OH- →NO2- + 2H2O
NO2- + 5H2O +6e →NH3 + 7OH-
这样的自放电反应直至正极的电位下降到不能氧化成NO2-,或者负极的电位上升到不能还原NO3-为止。
正极的自放电,活性物质分解放出氧气:6NiOOH→2Ni3O4 + 3H2O +1/2O2
正极上生成的氧气又与镉负极反应:Cd + 1/2O2 + 2H2O →Cd(OH)2
在电池充放电多次以后,脱落下来的活性物质穿过隔膜,构成“结晶桥”,使正负极连接起来,发生所谓“软短路”,使得容量不断下降。

3,锂的影响
锂的影响比较复杂,在开口式电池里,通常将LiOH加到电解质中,充放电后部分锂离子进入正极中,由于锂离子的半径(0.06nm)比Ni2+半径小,锂离子易进入氢氧化亚镍的晶格缺陷位置和晶格间隙中。
①有利影响
改善了电池在较高温度下(40℃)的充电效率。锂的含量越高,作用越明显。
②不利影响
降低了电池在室温和较低的温度下的放电容量。LiOH的浓度越大,影响越明显;在较高的温度下,锂促进烧结式镍电极进一步氧化及电极的膨胀。

4,钴的影响(在正极中的分布由表面向内递减)
①有利影响
正极中添加钴的氢氧化物,充电时由于提高了正极的氧过电位,使低充电率(如0.3I10)和较高的环境温度(如45℃)下的正极充电效率得到改善,从而提高了电池的容量。【CoO加入到正极可以提高氢氧化亚镍的利用率9%,VS。Li(OH)2】。
②不利影响
降低了放电电压20—70mV;钴含量提高,放电电压下降增大。如果要求电池在高放电率下使用,则烧结式正极中不宜加钴。如果1C放电(最大)且环境温度比较高,则在正极中加钴还是有利的。添加了钴,可提高电池容量30%。在烧结式正极和盒式正极中,Ni(OH)2:氧化镉:Co(OH)2=90:5:5(重量比),这不仅可以减少充放电过程中正极的膨胀,而且可提高正极的比容量15%。

5,镉的影响
对于扣式电池,正极中添加的是氧化镉;对于烧结式电极是用硝酸镉加入正极浸渍液中,约占10%的硝酸镉加到硝酸镍溶液中,经浸渍,碱化,使Cd(OH)2和Ni(OH)2一起均匀地沉淀到烧结电极中,这样沉淀出来的Cd(OH)2是正极膨胀的阻抑剂,并且,在正极中Cd(OH)2的含量越高阻抑正极膨胀的效果越明显,正极中添加镉的化合物并无有害影响。

6,ZnO在泡沫镍电极中的作用
①延长寿命(一般为2%,最大可达4.5%)
②可提高氢氧化亚镍利用率,提高放电平台(一般为2%,最大可达4.5%)
③随着ZnO含量增加,镍电极充电电压升高
④可以抑制镍电极在高温时(45℃)膨胀,改善了镍电极的充放电性能。

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