镍氢聚合物电池的研究与对比

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　　近年来，由于燃油汽车造成的环境污染日益严重以及石油等天然资源的逐步耗竭，世界各国努力寻求新的可再生能源，发展新型电动交通工具，从而推动了电动汽车及高性能二次电池的发展。镍氢电池是20世纪80年代末迅速发展起来的高能蓄电池，具有较高的比容量和比能量、环境友好、无记忆效应、耐过充电、耐过放电以及与镍镉电池兼容等特点，在技术设计方面拥有良好的一致性，是最有希望作为电动汽车动力的绿色二次电池之一。

　　由于使用浓KOH水溶液作为电解液，镍氢电池在使用过程中存在以下问题：

　　（1） 较低温度下使用时电解液可能冻结，无法再进行充放电；

　　（2） 长期使用过程中，电解液不断消耗、水分逐步散失，存在电解液耗干的现象；

　　（3） 在大电流充放电过程中电池的内压较高，易引起碱液泄漏，负极氧化、粉化等问题，影响电池的循环寿命。

　　因此，有必要考虑用凝胶态的聚合物电解液来代替浓KOH水溶液，以避免液体电解质凝结、干涸及泄漏等问题，从而进一步提高镍氢电池的安全性、可靠性及持久耐用性。本文综述了近年来国内外聚合物电池的研究进展，着重叙述了比较成熟的几种聚合物凝胶电解质，并对未来镍氢聚合物电池的发展方向进行了展望。

　　1 镍氢聚合物电池的研究

　　作为可充二次电池的电解液，必须具有高离子导电性。与液体电解液相比，国内关于高离子电导的碱性聚合物电解液的相关报道很少。Mohri等首次报道，用聚合物电解液Sb2O5·xH2O（20℃时离子电导率为2.6×10－3S/cm）组合成MH-MnO2电池：

　　TiNiMmHx（Mm=1%）︱Sb2O5·xH2O︱MnO2

　　至此开始了碱性聚合物电解液的研究进程。

　　Kuriyama等发现（CH3）4NOH·5H2O（15℃时离子电导率为4.5×10－3S/cm）作为一种固体电解液，组成电池：

　　LaNi2.5Co2.4Al0.1Hx︱（CH3）4NOH·5H2O︱NiOOH

　　Vassal等报道由PEO、KOH、H2O（室温离子电导率为10－3S/cm）做成的固态聚合物电解液的镍氢电池：

　　LaMmNi3.55Al0.3Mn0.4Co0.75Hx︱PEO-KOH-H2O︱NiOOH

　　这些电池显示了较长的充放电循环寿命，但是因为电解液的电导率较低，电阻较高，充放电的电流密度不能太大。合成的聚合物电解液主要有以下几种。

　　1.1 PAAK+KOH 水溶液

　　聚丙烯酸是一种常见的聚合物，具有吸水能力强、持水量高、凝胶能力大、成本低等优点，可用来做碱性聚合物电解质。Iwakura 等报道，用丙烯酸钾盐、氢氧化钾的水溶液在室温下混合搅拌，然后在25 ℃下于密闭的玻璃容器中静置70 h 左右、真空条件下除去表面气泡，即成聚合态的电解液。正极氢氧化镍、负极用储氢合金MmNi3.6Mn0.4Al0.3Co0.7、按正极/片状电解液/负极的顺序叠放成三明治状组电池后进行测试，其与相应条件下KOH 水溶液Ni/MH 电池的充放电对比如图1。

图1 聚合物电解液和KOH水溶液镍氢电池充放电对比曲线图

　　由图1可看出，小电流充放电条件下，两种电解液镍氢电池的放电电压平台介于1.3～1.1V，放电容量170～180 mA?h·g－1，放电效率为85％～90％，而且，聚合物电解液电池的充电平台要低于KOH 水溶液的情况，放电平台则高于KOH 水溶液。