储氢合金电极中添加碳纳米管对镍氢电池性能的影响

摘要

本文通过在镍氢电池的负极中添加适量的碳纳米管(CarbonNanotubes,CNTs)，制备碳纳米管复合电极片，并制成两电极体系，三电极体系，AA型镍氢电池，SC镍氢型电池，研究其电化学性能、内阻、容量、高倍率放电性能和循环寿命等。结果表明在镍氢电池的负极中添加适量的碳纳米管有利于提高电池的综合性能，尤其是可以改善电池的大电流放电性能和循环稳定性。 采用三电极体系研究碳纳米管复合电极在不同扫速，不同循环次数，不同碳纳米管添加量时的循环伏安性能和交流阻抗性能，实验中扫速分别为1mV/s、3mV/s、5mV/s时，复合极片的碳纳米管添加量分别为5％、3％、0.8％。用循环伏安法和交流阻抗法测试了极片在不同条件下的电化学性能，发现随着扫描速度的增加，电极的可逆性越来越差。电极都需要一个活化过程，但是纯储氢合金的循环伏安曲线面积比掺碳管的极片小，说明添加了碳纳米管的复合极片具有较高的容量，也就是说随着碳纳米管的加入，极片的氧化峰值和还原峰值都会变大，其循环伏安曲线面积也会变大，复合电极极片的电流峰的宽度明显增大了，呈现较好的循环伏安特性。而且当添加碳纳米管含量为0.8％时阻抗最小，未添加碳纳米管和添加过多的碳纳米管(3％和5％)的极片的阻抗都较大。 分别制备含量为0.2％、0.5％、0.7％、0.8％、0.9％、1％和3％的CNTs/LaNi5复合电极，制成两电极体系，用BS9300测试柜进行循环充放电测试，发现复合碳纳米管电极片比纯储氢合金电极片的放电性能好，尤其是大电流条件下，在1000mA 放电条件下，纯储氢电极片的放电终止容量只有99.92mAh，放电终止电压为1.03V，而添加了0.8％CNTs的碳纳米管复合电极片达到了124.9 mAh，放电终止电压为1.11V。 制作AA型镍氢电池来讨论电极的充放电、容量性能以及内阻。实验结果表明负极中碳纳米管含量为0.5％和1.0％的电池具有比较高的容量和较好放电曲线。当碳纳米管添加量为0.5％和1.0％时，电池的容量分别为2341.22mAh和2299.67mAh，放电平台电压分别为1.291V和1.206V。但是当碳纳米管添加量为3.0％时，其放电曲线反而变差，容量也降低，容量只有1936mAh，说明碳纳米管并不是添加量越高越好。在SC型镍氢电池中加入碳纳米管含量为0.8％(w)时电池的综合性能最好，其最高容量达到3369mAh，2C(6000mA)循环600次后容量仍然保持3280 mAh(97％DOD(放电深度))以上，5C(15000mA)循环180次容量仍然有2850mAh(89.1％DOD)以上。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2镍氢电池的特点、工作原理及发展

1.2.1镍氢电池的特点

1.2.2镍氢电池的工作原理

1.2.3镍氢动力电池的研究现状

1.3镍氢电池电极材料的研究现状

1.3.1正极活性物质Ni(OH)2的研究现状

1.3.2镍氢电池负极储氢电极合金的研究现状

1.3.3电解液对镍氢电池性能的影响

1.3.4化成条件对MH/Ni电池放电性能的影响

1.4碳纳米管在二次电池中的应用

1.4.1碳纳米管储氢

1.4.2碳纳米管储锂

1.5论文的研究内容和目的

第二章三电极体系的设计及碳纳米管复合电极电化学性能研究

2.1实验原理

2.2实验材料及仪器

2.3三电极体系的设计

2.3.1极片的设计

2.3.2参比电极的选择及设计

2.4电化学性能研究

2.4.1实验方法

2.4.2实验结果与讨论

2.5本章小结

第三章两电极体系的设计及碳纳米管复合电极的充放电性能研究

3.1两电极体系的设计

3.2电极充放电性能的研究

3.3本章小结

第四章添加碳纳米管的AA型镍氢电池制备工艺及放电性能的研究

4.1实验材料和仪器

4.2电池设计的基本原则

4.3电池设计过程

4.3.1计算电池的设计容量

4.3.2电池制备工艺设计

4.4 AA型镍氢电池的制备工艺流程

4.4.1碳纳米管的纯化和热处理

4.4.2正负极片的制备工艺

4.4.3电池的封装

4.4.4电池的化成

4.5电池容量的测定

4.6电池放电性能的研究

4.7电池内阻的研究

4.8本章小结

第五章添加碳纳米管的SC型镍氢动力电池的大电流放电性能的研究

5.1电池检测技术

5.1.1充放电性能的测试

5.1.2电池寿命及检测技术

5.1.3电池内阻及检测技术

5.2实验方法

5.2.1充放电测试

5.2.2循环寿命测试

5.3结果与讨论

5.3.1不同碳纳米管添加量的电池2C放电性能比较

5.3.2不同碳纳米管添加量的电池5C放电性能比较

5.3.3不同碳纳米管添加量的电池10C放电性能比较

5.3.4不同放电条件下电池放电性能的比较

5.3.5不同碳纳米管含量的电池的内阻比较

5.4本章小结

全文总结

论文创新点

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参加的课题

致谢