Макрокинетика кислородного и водородного циклов в герметичном никель - металлогидридном аккумуляторе

• Автор: Семыкин, Алексей Вячеславович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ГЛАВА 1. Методологические основы создания герметичных никель-металлогидридных аккумуляторов (обзор литературы)

1.1. Основные сведения о никель-металлогидридной

электрохимической системе

1.2. Электрохимические особенности процесса абсорбции водорода интерметаллическими соединениями и сплавами

1.3. Способы и принципы герметизации никель-металлогидридных аккумуляторов

1.3.1. Суть проблемы

1.3.2. Современные способы снижения избыточного давления в герметичных никель-металлогидридных аккумуляторах

ГЛАВА 2. Экспериментальная часть

2.1. Методика приготовления электродов

2.2. Характеристики использованных сепарационных материалов

2.3. Конструкции электрохимических ячеек

2.4. Методика электрохимических измерений
2.5. Измерение давления газа в межэлекгродном пространстве
2.6. Методика измерения пористой структуры электродов и сепарационных материалов
ГЛАВА 3. Катодное восстановление кислорода
на металлогидридном электроде
3.1. Ионизация кислорода на аккумулирующем водород сплаве
3.2. Восстановление кислорода на пористом металлогидридном электроде в условиях принудительного газозаполнения
3.3. Особенности процесса восстановления кислорода на пористом металлогидридном электроде при различном соотношении параметров пористых сред
ГЛАВА 4. Окисление водорода на оксидно-никелевом электроде
4.1. Особенности процесса ионизации водорода на пористом оксидно-никелевом электроде в режиме принудительной подачи газа
4.2. Роль соотношения параметров пористых структур электрода и сепаратора в ускорении процесса окисления водорода на оксидноникелевом электроде
ГЛАВА 5. Испытания макетов герметичных никель-металлогидридных аккумуляторов с бифункциональными рабочими электродами ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Актуальность темы. Полностью удовлетворить современным требованиям рынка могут лишь герметичные и безуходные варианты химических источников тока. Особое место среди автономных источников тока традиционно отводится щелочным никель-металлогидридным аккумуляторам [1, 2]. Разработка никель-металлогидридных батарей позволила достигнуть высокой плотности запасаемой энергии при сохранении их сравнительно невысокой стоимости [3-7]. С внедрением металлогидридных технологий частично решается серьёзная экологическая проблема, связанная с использованием токсичных тяжёлых металлов, таких как кадмий, ртуть или цинк, при производстве химических источников тока [8]. Высокая энергоёмкость и мощность позволяют использовать никель-металлогидридные батареи в качестве тяговых источников тока на серийно выпускаемых электромобилях и гибридных автомобилях (например, Тоуо1а Рпиь или 1)аесоо ОЕУ5-5) [9-13].
Практически все никель-металлогидридпые аккумуляторы выпускаются в безуходном исполнении. Несомненное достоинство этой системы, являющейся модификацией никель-водородной, - принципиальная возможность создания полностью герметичного источника тока на её основе. Сложности при её герметизации возникают в связи с тем, что в результате электролитического разложения воды при перезаряде, особенно большими токами, на электродах аккумулятора выделяются газообразные кислород и водород, создавая угрозу разрушения аккумуляторного сосуда. К числу недостатков серийно выпускаемых герметизированных никель-металлогидридных аккумуляторов обычно относят следующие:
1. Относительно короткий срок службы (около 500 циклов);
2. Низкая устойчивость к частым переразрядам и перезарядам при больших плотностях тока;
3. Частичная потеря ёмкости и увеличение внутреннего сопротивления при переходе на работу в герметизированном состоянии;

2.4.2. Формировка металлогидридных электродов
Для проведения исследований на пористых электродах их предварительно подвергали формировке. После изготовления металлогидридных электродов их высушивали на воздухе при температуре не выше 50 °С в течение 2 часов. Затем электрод взвешивали на аналитических весах второго класса точности. По разнице между массами изготовленного электрода и то-коотвода определялась активная масса, использованная в дальнейшем для расчёта удельной ёмкости и плотности зарядного тока. Метал логи дридный электрод заворачивали в однослойный конверт из сепаратора, обращая внимание на тщательную изоляцию токоотвода. После сборки в пакет вместе с двумя вспомогательными оксидно-никелевыми электродами проводилась его вакуумная пропитка раствором электролита. Эта операция не только позволяла сократить время подготовки, но и оказывала благотворное влияние как на сами электрохимические характеристики металлогидридных электродов, так и на их воспроизводимость. Формировка заключалась в проведении десяти зарядно-разрядных циклов при плотности тока 60 мА/г. При заряде рабочему электроду сообщали ёмкость 350 мА-ч/г. Разряд прекращали по достижении напряжения на макете 0.9 В. На рис. 2.6 в качестве примера приведены зарядные и разрядные кривые прессованного металлогидридного электрода.
Оксидно-никелевые электроды также подвергались формировке и тренировке по режимам, традиционно применяемым на производстве.
2.4.3. Определение скоростей поглощения кислорода и водорода
Сущность использованного метода, предложенного Г.М. Кудряшовой
[179], заключалась в следующем. Скорость выделения кислорода (водорода) в межэлектродный зазор задавалась гальваностатическим включением гладкого никелевого электрода. Металлогидридный электрод включался в независимую потенциостатическую цепь.