纳米添加剂对镍氢电池正极电化学性能的影响

作     者：王震虎 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：易双萍

授予年度：2012年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：镍氢电池 纳米氧化锌 碳纳米管 纳米氧化铜 电化学性能 

摘      要：镍氢电池由于其高效率的充放电性能和良好的可靠性被认为是最有前途的纯电动汽车和混合动力汽车的首选动力电池。动力电池的关键性指标是高功率性,它主要受活性材料的高效率充放电性能所影响,活性材料的高效率性与活性物质的活化能力密切相关。镍氢电池的性能主要依赖与正极极活性材料氢氧化镍的活化能力,而氢氧化镍是一种导电性能较差的P型半导体,故此需向正极加入导电剂或添加剂。 本文第一章中,主要介绍了镍氢电池的工作原理,发展现状以及纳米材料在镍氢电池中的应用,最后陈述本课题的研究背景及课题的提出。 第二章主要介绍了本课题中用到的药品和仪器,还详细的例举了纳米氧化锌和电极的制备方法和测试手段。 第三章介绍了纳米氧化锌对镍氢电池正极电化学性能的影响,采用直接沉淀法制备纳米ZnO,将其作为添加剂制备镍氢电池正极,研究添加不同含量的纳米ZnO对其电极电化学性能的影响。结果表明,添加纳米ZnO后的氢氧化镍电极具有更高的放电容量,放电平台更高、更长、更平,可逆性增强,导电性提高且也在一定程度上提高了析氧过电位,表现出良好的电化学性能。其中添加4wt.%纳米ZnO电化学性能最好,具有最高的放电容量,可达到305mAh/g,放点平台最高,最长、最平。 第四章介绍了将纳米氧化锌和碳纳米管作为混合添加剂对镍氢电池正极电化学性能的影响,采用直接沉淀法制备纳米ZnO,并将其与CNTs混合作为镍氢电池正极添加剂研究其对镍氢电池正极电化学性能的影响。结果表明：在0.2C低倍率放电制度下,混合添加剂电极放电容量保持率都很不错,其中添加4wt.%ZnO的电极表现出最高的放电容量,能到达301mAh/g,经过40次循环后,仍然就有292mAh/g,纳米ZnO在低倍率放电制度下表现出良好的性能;在1C大倍率放电制度下,混合添加剂电极放电容量都出现较大程度的衰减,但是添加3wt.%纳米ZnO和1wt.%CNTs的电极放电容量最高,到达第40次循环时,放电容量为212mAh/g, CNTs在高倍率放电制度下表现出良好的性能。 第五章介绍了用固相合成法制备纳米氧化铜,并将其作为添加剂制备镍氢电池正极,研究添加不同含量的纳米氧化铜对其电化学性能的影响。结果表明：在低倍率放低制度下,添加4%纳米CuO的电极表现出最好的电化学性能,能达到最高放电容量280mAh/g,第40次循环时放电容量仍有270mAh;在高倍率放低制度下,添加4%纳米CuO的电极表现出最好的电化学性能,能达到最高放电容量252mAh/g,第40次循环时放电容量仍有243mAh/g. 通过本课题可以得出,纳米氧化锌和纳米氧化铜能很好的改善镍氢电池正极活性物质氢氧化镍的活化性能和利用率。在低倍率放电制度下,纳米氧化锌和纳米氧化铜都能起到提高镍氢电池电化学性能的作用;在高倍率作用下,碳纳米管和纳米氧化铜都表现出良好的性能,能改善镍氢电池的高倍率放电性能。