第
7
～
8
期
吴 锋
:
绿色二次电池材料的研究进展
有所减少
[ 5 ]
。
Kandavel M
研究了
C r
替代
Ti
对
Ti
1
11
C rM n
合金性能的影响
,
增加
C r
的替代量使合金吸放氢过程
更易失稳
,
但吸氢量
(
质量分数
,
以下同
)
从
1
1
9%
增加
到
2
1
2% ;
此研究还表明
C r
对合金在低温条件性能有积
极作用
[ 6 ]
。陈云贵等人对
V
30
2
Ti
2
C r
2
Fe
贮氢合金的吸放
氢性能做了相关研究
, Ti/ ( C r + Fe)
比例决定了此类合
金的贮氢量
, V
30
Ti
35
C r
25
Fe
10
合金的贮氢量达到
3
1
6% ,
在室温条件下有效贮氢量为
2
1
0%
[ 7 ]
。还有人采用固相
法合成了
Ti
系贮氢合金
,
研究表明固相合成法可有效
提高
Ti
2
N i
合金的电化学性能
[ 8 ]
。
表
1
五类储氢合金的储氢量以及对应的理论
(
实际
)
比容量
Ta b le 1
Hyd ro ge n s to ra ge cap a c ity a nd co rre spo nd ing the ro re tica l( a c tua l) sp e c ific cap a c ity fo r 5 typ e s o f a llo ys
Typ es
Componen ts
A lloys
Hyd rogen storage
capacity (
w
) / %
Theoretical
cap acity /mA
・
h
・
g
- 1
A ctual cap acity /
mA
・
h
・
g
- 1
AB
5
LaN i
5
, MmN i
5
MmN i
5 - ( x + y + z)
M n
x
A l
y
Co
z
1
1
3
348
330
AB
2
TiM n
1
1
5
, ZrM n
1
1
5
Zr
1 - x
Ti
x
N i
a
(M n, V )
b
( Co, Fe, Cr)
c
1
1
8
482
420
AB
TiN i, TiCo
Ti
1 - x
Zr
x
N i
( a = 0
1
5 - 1
1
0)
2
1
0
536
350
A
2
B
M g
2
N i
M gN i, LaM g
2
N i
9
3
1
6
965
500
V
V TiC r
V
3
TiN i
0
1
5
3
1
8
1018
500
AB
3
和
A
2
B
7
材料的结构可以看作
AB
5
和
AB
2
型贮
氢合金组合而成 。
Kadir
等人报导了
R
2
M g
2
N i
型
AB
3
贮
氢合金后
[ 9 ]
, AB
3
和
A
2
B
7
合金得到了广泛的研究 。其
后
, Kohno
等人采用合金掺杂法
,
将
AB
3
型贮氢合金的
容量提高到
410 mA
・
h / g
[ 10 ]
。
B
侧
N i
可以被多种元素
替代以提高合金的整体性能
,
主要包括
Ce, A l, M n,
Cu, Co
等 。近几年
B
侧元素替代的研究多集中在环境
友好性高的元素上 。有人研究了
A l
元素替代
Co
元素对
AB
3
型贮氢合金性能的影响 。合金为
La (N i, Co, A l)
5
,
LaN i
3
和
M gN i
2
复合相
, A l
替代
Co
可有效减弱吸放氢过
程滞后
,
提高吸氢容量并增加热稳定性 。此外
,
加入
A l
可有效阻止合金表面氧化
,
对容量衰减有遏制作用
,
并
具备一定的电催化性能
[ 11 ]
。有人研究了
Fe, C r
等金属
对
Ti
2
V
基
BCC
2
phase
的影响
,
结果表明随着
C r
含量的
增加
,
更有助于
BCC
相形成
,
且增加合金的贮氢容量
,
吸氢曲线平台更加平滑
;
适量
Fe
替代
V
可增加析氢气
压
,
消弱滞后效应
[ 12 - 13 ]
。潘洪革等人研究了
C r
替代
Ti
对
La
0
17
M g
0
13
N i
2
145 - x
C r
x
Co
0
175
M n
0
11
A l
0
12
(
x
= 0
1
00
～
0
1
20 )
合金性能的影响
,
结果表明
(La, M g) N i
3
相组分下降
,
最大放电容量减少
,
但当
x
= 0
1
1
时合金的循环稳定性
良好
,
百周循环保持率为
10
1
6%
[ 14 ]
。陈云贵等人研究
了高温条件下
La
0
18 - x
Ce
x
M g
0
12
N i
3
15
合 金 的电 化 学 性 能
,
结果表明适量
Ce
替代
La
后合金的放电容量有所下降
,
但高温环境下的大电流冲放电性能显著提高
[ 15 ]
。
M g
基合金有很高的贮氢能力
,
在镍氢电池方面有
潜在的应用前景 。将
M g
基合金改善性能以应用于镍氢
电池一直是此类合金研究的主要方面之一 。
A nik
等将
机械合金法合成的
M g
2
A l
2
Zr
系合金镀
N i
后考察合金电
化学性能的变化
,
结果表明表面包覆可有效提高
M g
基
合金的循环保持率
,
并具有一定的电催化性能可促进材
料电化学过程中粒子迁移
[ 16 ]
。
Kalinichenka
等人研究了
M g
2
N i
2
Y
合金的贮氢性能
,
测试表明合金为纳米晶态结
构
,
可逆吸放氢容量
(
w
)
达到
5
1
3%
[ 17 ]
。
纵观镍氢电池的发展历程
,
除正负极材料外
,
电池
隔膜与电极粘结剂 、集流体材料 、电池添加剂和电极材
料的表面修饰以及电池新型结构设计 、电池与电极制备
工艺 、电池内压与反应热控制 、电池化成测试技术 、电
池非破坏性再生技术 、电池配组技术 、电池自动检测分
选等均与电池性能的提高密切相关
,
成为镍氢电池产业
化的材料与技术基础 。在“
863
”
计划的支持下
,
我国科
技人员打破了国外的技术封锁
,
从新型储氢材料入手
,
创建了镍氢电池中试基地和一批镍氢电池与相关材料的
产业化基地
,
取得了显著的经济效益
,
推动了我国镍氢
电池产业在世界该领域的产业竞争力和市场竞争力 。目
前中国作为世界镍氢电池生产基地的战略地位已经确
立
,
在国际市场中的竞争力已显示出日益增强的优势 。
日本从上 世 纪
90
年 代 初 实现 镍 氢 电 池产 业 化 后
,
自
1993
年起开始混合动力车
( HEV )
用镍氢电池的研究
,
1997
年推出第一代
Pirus
车用镍氢电池
, 2001
年推出第
二代
,
至今销售量已超过百万辆
,
成为目前已商业化和
产业化
HEV
所用的主流动力电池 。我国在“十五 ”
期间
,
国家科技部将“电动汽车 ”
列为“
863
”
计划的最大专项
,
将动力电池作为其中的主要研究开发内容之一
,
所研发
的镍氢动力电池已装配了数百辆混合动力汽车
( H EV )
试运行 。
锂离子电池
锂离子电池是在锂二次电池基础上发展起来的新一
3
4