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有害雜質對鎳鎘電池性能的影響

2009年11月05日 17:15 www.1cnz.cn 作者:佚名 用戶評論(0
有害雜質對鎳鎘電池性能的影響

在鎳鎘電池中,鐵,錳,銅,鉻,硝酸鹽,碳酸根離子,氯離子及許多有機化合物對電池性能有害。

1,鐵使正極的氧過電位明顯下降,充電效率降低,充電電流消耗在產生氧氣和熱量。在正極中含有1%的鐵,引起的容量損失可大30%。因此殼體鍍鎳層應盡可能沒有微孔,導電骨架和接線柱等的鍍鎳層也要保證質量,不能有基體的腐蝕鐵下來。

2,錳和銅的離子在正極上發生氧化,而在負極上發生還原,從而促進了電池的自放電。
??硝酸根離子以及許多有機化合物也有類似的性質,這些雜質離子穿梭于正負極之間,使電池容量不斷損失。
NO3-在負極上還原生成NO2-:Cd?+?NO3-?+?H2O?→Cd(OH)2?+?NO2-
而NO2-又擴散到正極又被氧化成NO3-:2NiOOH?+?NO2-?+?H2O?→2Ni(OH)2?+?NO3-
另外,NO3-及NO2-還可能發生如下反應:NO3-?+?6?H2O?+?8e?→?NH3?+?9?OH-
NH3?+?3/2?O2?+?OH-?→NO2-?+?2H2O
NO2-?+?5H2O?+6e?→NH3?+?7OH-
這樣的自放電反應直至正極的電位下降到不能氧化成NO2-,或者負極的電位上升到不能還原NO3-為止。
正極的自放電,活性物質分解放出氧氣:6NiOOH→2Ni3O4?+?3H2O?+1/2O2
正極上生成的氧氣又與鎘負極反應:Cd?+?1/2O2?+?2H2O?→Cd(OH)2
在電池充放電多次以后,脫落下來的活性物質穿過隔膜,構成“結晶橋”,使正負極連接起來,發生所謂“軟短路”,使得容量不斷下降。

3,鋰的影響
鋰的影響比較復雜,在開口式電池里,通常將LiOH加到電解質中,充放電后部分鋰離子進入正極中,由于鋰離子的半徑(0.06nm)比Ni2+半徑小,鋰離子易進入氫氧化亞鎳的晶格缺陷位置和晶格間隙中。
①有利影響
改善了電池在較高溫度下(40℃)的充電效率。鋰的含量越高,作用越明顯。
②不利影響
降低了電池在室溫和較低的溫度下的放電容量。LiOH的濃度越大,影響越明顯;在較高的溫度下,鋰促進燒結式鎳電極進一步氧化及電極的膨脹。

4,鈷的影響(在正極中的分布由表面向內遞減)
①有利影響
正極中添加鈷的氫氧化物,充電時由于提高了正極的氧過電位,使低充電率(如0.3I10)和較高的環境溫度(如45℃)下的正極充電效率得到改善,從而提高了電池的容量。【CoO加入到正極可以提高氫氧化亞鎳的利用率9%,VS。Li(OH)2】。
②不利影響
降低了放電電壓20—70mV;鈷含量提高,放電電壓下降增大。如果要求電池在高放電率下使用,則燒結式正極中不宜加鈷。如果1C放電(最大)且環境溫度比較高,則在正極中加鈷還是有利的。添加了鈷,可提高電池容量30%。在燒結式正極和盒式正極中,Ni(OH)2:氧化鎘:Co(OH)2=90:5:5(重量比),這不僅可以減少充放電過程中正極的膨脹,而且可提高正極的比容量15%。

5,鎘的影響
對于扣式電池,正極中添加的是氧化鎘;對于燒結式電極是用硝酸鎘加入正極浸漬液中,約占10%的硝酸鎘加到硝酸鎳溶液中,經浸漬,堿化,使Cd(OH)2和Ni(OH)2一起均勻地沉淀到燒結電極中,這樣沉淀出來的Cd(OH)2是正極膨脹的阻抑劑,并且,在正極中Cd(OH)2的含量越高阻抑正極膨脹的效果越明顯,正極中添加鎘的化合物并無有害影響。

6,ZnO在泡沫鎳電極中的作用
①延長壽命(一般為2%,最大可達4.5%)
②可提高氫氧化亞鎳利用率,提高放電平臺(一般為2%,最大可達4.5%)
③隨著ZnO含量增加,鎳電極充電電壓升高
④可以抑制鎳電極在高溫時(45℃)膨脹,改善了鎳電極的充放電性能。

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