預充電對儲氫電極活化的影響

1　實驗部分

　　1.1　電極活性評價方法
　　在電極活化初期，電極的活性可以用電極的比容量來衡量。但大多數儲氫合金的生產廠家對儲氫合金容量的評價方法，是在儲氫電極中加15%～50%不等的導電劑如鎳粉等，經過3～4次小倍率的充放電，按照電極放電容量、以及電極中的儲氫合金凈含量計算儲氫合金的比容量。這種方法對于衡量儲氫合金容量有一定的比較作用，但是不太適用于電池生產廠家，也無法衡量儲氫電極的活化程度。因為儲氫合金的比容量可能很高，但是，由于電極中導電劑的含量也很高，電極的比容量就大大降低，而電極比容量較低，在實際電池生產中是沒有意義的。
　　實際上對氫鎳電極直接影響的是儲氫電極的容量，因而衡量電極的比容量才有實際意義。本文提出以儲氫電極比容量作為電極活化初期活性評價標準。
　　1.2　電極制備
　　測試電極采用AB5型Mm(NiCoAlMn)5儲氫合金粉(廣東中山天驕稀土材料公司生產)與一定量鎳粉(INCO255#)和乙炔黑混合，采用CMC和PTFE做粘結劑，涂漿在發泡鎳中，制備成發泡鎳型儲氫電極(35mm×35mm×0.32mm，2.2g)，輔助電極采用兩片發泡鎳型NiOOH電極(50mm×50mm×0.60mm，4.0g)，參比電極采用HgO/Hg電極。用厚度為0.18～0.20mm的尼龍非織布隔膜紙，按文獻［8］所示方法，放入帶一定量LiOH的w為30%KOH溶液中測試。
　　1.3　電極測試
　　使用BS—9300二次電池性能測試儀(廣州電器科學研究所出品)對6個系列測試電極進行預充電，預充電電流為50mA/g(vs.測試電極)，放電電流為50mA/g，充電時間見表1。
　　電極理論比容量以250mAh/g計，預充電電量理論比例見表1。為了進行比較，6#電極在充電之后，進行短期放電，主要是了解放電對電極初容量的影響。在充入電極理論容量100%之后，不再充電，是因為過充電對于電極穩定性有影響。

　　表1　電極預充電測試結果

　　預充電參數 1 2 3 4 5 6
　　預充電電流/mA.g-1 50 50 50 50 50 50
　　預充電時間/h 0 0.5 1.5 3 5 5
　　預充電電量/mAh.g-1 0 25 75 150 250 250
　　預充電電量理論比例/% 0 10 30 60 100 100
　　預放電電流/mA.g-1 0 0 0 0 0 50
　　預放電時間/h 0 0 0 0 0 1.5
　　預放電電量/mAh 0 0 0 0 0 75
　　電極比容量/mAh.g-1 143 156 221 242 264 249

　　電極經預充電后，測試系統放入60℃水浴中加熱12h，再以75mA/g的電流充電6h，擱置30min，以125mA/g的電流放電至－0.700V(vs.HgO/Hg電極)，測試電極比容量見表1。
　　2　結果及討論

　　從表1可以看出，電極比容量隨預充電電量增加而增加。從測試結果看，預放電對于電極比容量有不利影響，應該避免。
　　從測試結果可以看出，未充電的電極，經過堿液熱處理之后，電極初期比容量仍然較低，而充入一定電量的電極卻能在堿液熱處理一次之后比容量就上升到較高的程度。從文獻［8］研究結果看，本文測試方法的測試結果與電池內部的電極基本一致，因而可見，預充電30%以上時，電極初容量就可以達到完全滿足氫鎳電池需要的容量。
　　由于預充電打開了氫原子的擴散通道，使得電極在之后的堿液熱處理過程中，堿液可以很快地滲透到電極內部，使電極得到活化；而且電極帶入一定電量，在堿液熱處理過程中，會放出離子化氫，可以防止電極表面氧化，從而提高電極的耐腐蝕能力。
　　利用電極預充電，結合堿液熱處理，可以很快提高儲氫電極的初期比容量，從而提高氫鎳電池的性能，有很大的實際意義。