資源描述:
《鈷的添加形式對(duì)氫氧化鎳電極性能的影響》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、第6卷第1期電化學(xué)Vol.6No.12000年2月ELECTROCHEMISTRYFeb.2000文章編號(hào):1006-3471(2000)01-0065-07鈷的添加形式對(duì)氫氧化鎳電極性能的影響1323原鮮霞,王蔭東,詹鋒(1.中國(guó)科學(xué)院上海冶金研究所,上海200050;2.哈爾濱工程大學(xué)化學(xué)工程系,黑龍江,哈爾濱150001;31北京有色金屬研究總院,北京100088)摘要:研究了鈷元素分別以Co,CoO,Co+CoO三種形式作為添加劑并分別以與Ni(OH)2用機(jī)械混合的方式添加到電極活性物質(zhì)中時(shí)對(duì)鎳電極性能的影
2、響,用循環(huán)伏安法和電化學(xué)交流阻抗法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析.結(jié)果表明:對(duì)于機(jī)械混合的添加方式,Co,CoO和Co+CoO三種形式的鈷添加劑均可在一定程度上改善鎳電極的性能.其中,當(dāng)鈷以CoO的形式添加時(shí)鎳電極的性能最好.這是因?yàn)槿N形式的添加劑均在一定程度上改善了活性物質(zhì)Ni(OH)2的結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)了電極中質(zhì)子的傳輸能力,從而提高了鎳電極反應(yīng)的可逆性,強(qiáng)化了鎳電極的析氧極化,并提高了鎳電極的充電效率,其中CoO的作用效果最明顯.關(guān)鍵詞:鎳電極,鈷的添加形式,循環(huán)伏安法,交流阻抗法中圖分類號(hào):O646.54文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A近年
3、來,金屬氫化物-鎳電池的發(fā)展對(duì)鎳電極提出了越來越高的要求,而鎳電極的活性物質(zhì)β-NiOOH作為一種p型氧化物半導(dǎo)體,其導(dǎo)電性很差,這就使鎳電極的充電效率、放電深[1]度、活性物質(zhì)的利用率等性能均受到不利的影響.在鎳電極中加入適當(dāng)?shù)奶砑觿┦歉纳破湫阅艿挠行緩?自從1914年愛迪生申請(qǐng)專利將鈷作為改善鎳電極性能的添加劑以來,鈷元素作為鎳電極的添加劑受到廣泛的關(guān)注,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)它進(jìn)行了大量的研究.歸納起來,鈷對(duì)改善鎳電極性[2~6]能的作用效果主要有:強(qiáng)化電極上的析氧極化、提高電極的導(dǎo)電性、提高活性物質(zhì)電化學(xué)反應(yīng)的可逆
4、性、提高電極的充電效率、提高活性物質(zhì)的利用率、抑制電極膨脹、延長(zhǎng)電極的使用+壽命、減弱鐵等有害雜質(zhì)對(duì)鎳電極的毒化作用、使電解液中Li的作用效果更加突出、增強(qiáng)鎘對(duì)電極膨脹的抑制效果.由于自然界中鈷是以多種形式(如單質(zhì)金屬、氧化物、鹽等)存在的,因而可以采用不同的形式加入到鎳電極的活性物質(zhì)中作為添加劑.然而,究竟何種添加形式對(duì)改善鎳電極性能的作用效果最好,說法各不相同.文獻(xiàn)[7]認(rèn)為在鹽類中以CoAc的形式添加效果最好,在氧化物中以CoO的形式添加效果最好;文獻(xiàn)[8]認(rèn)為以CoO的形式添加效果較以Co作為添加劑要好;收
5、稿日期:1999207219,修訂日期:1999-09-253通訊聯(lián)系人基金項(xiàng)目:國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)863資助項(xiàng)目(715-004-0020)·66·電化學(xué)2000年但文獻(xiàn)[9]認(rèn)為以Co的形式添加效果較好,而且提出以CoO加少量的Co作為添加劑時(shí)鎳電極的性能最好.之所以會(huì)出現(xiàn)上述不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,筆者認(rèn)為可能有以下幾個(gè)方面的原因:①各種形式的鈷添加劑的添加方式不同;②電極的種類不同;③所用活性物質(zhì)、添加劑等的晶型、晶粒尺寸不同;④添加劑的用量不同;⑤電解液的組成、濃度不同;⑥充放電制度不同.基于此,本文比較了鈷元素
6、分別以Co、CoO、Co+CoO作為添加劑以機(jī)械混合的方式添加到電極活性物質(zhì)中時(shí)對(duì)鎳電極的性能的影響,并用循環(huán)伏安法和交流阻抗法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析,這對(duì)國(guó)內(nèi)外電池行業(yè)具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義.[2,10]鈷的含量不同,對(duì)電極性能產(chǎn)生的影響也不同.R.D.Armstrong等認(rèn)為低含量的鈷將使電極反應(yīng)在β-Ni(OH)2/β-NiOOH相間進(jìn)行,而當(dāng)鈷的含量增加到一定程度時(shí)將存在大量的不穩(wěn)定的α-Ni(OH)2/γ-NiOOH體系,此時(shí)雖然初始容量較高,但由于γ-NiOOH的存在使得電極在循環(huán)過程中膨脹嚴(yán)重,大大縮短了電
7、極的壽命;另一方面,鈷價(jià)格昂貴,而且高含量的鈷將使電極的整體容量下降.所以,實(shí)用中應(yīng)將鈷含量限制在較低的范圍,一般在3wt%~5wt%之間.本文所用的添加劑鈷的含量為3wt%.1實(shí)驗(yàn)1.1鎳電極的制備將1.55gNi(OH)2與3%的添加劑鈷(以各種形式添加的鈷重量均為活性物質(zhì)總量的3%,空白對(duì)比電極中不加鈷)、適量粘結(jié)劑混合均勻后涂在帶極耳的2.8×3.6cm泡沫鎳集流體上,經(jīng)烘干、壓制成型.1.2鎳電極的性能測(cè)試及電化學(xué)分析以制備好的鎳電極作為研究電極、AB5型貯氫合金電極作為輔助電極、Hg/HgO電極作為參比
8、電極,在7mol/LKOH溶液中浸泡12h后用機(jī)械工業(yè)部廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的BS-9300電池檢測(cè)設(shè)備測(cè)試充放電性能.充放電制度為:先以理論容量的0.1倍即0.1C理充電15h,間歇5min后再以0.1C理放電到0.1V(vs.Hg/HgO,下同),經(jīng)5次循環(huán)后再以0.2C理充電7h,間歇5min后以0.2C理放電到0.1V,多次循環(huán)至放電容量穩(wěn)定為止