堿性聚合物電解質(zhì)及其Ni-MH電池研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著人們對(duì)高性能環(huán)保電池的迫切需要，鎳氫(Ni/MH)電池產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展。針對(duì)目前商品化Ni/MH電池存在充電時(shí)內(nèi)壓較高、堿液泄漏和負(fù)極氧化等問(wèn)題，本論文中探索用堿性聚合物電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的KOH水溶液電解質(zhì)，制備堿性聚合物電解質(zhì)Ni/MH電池。主要研究?jī)?nèi)容可分為兩部分：第一，關(guān)于堿性聚合物電解質(zhì)的制備及性能研究；第二，關(guān)于堿性聚合物電解質(zhì)Ni/MH電池的制備及性能研究。具體內(nèi)容及主要結(jié)論如下：第三章中研究了KOH、H2O、

2、PEG、納米TiO2、納米β-Al2O3、納米SiO2、CMC對(duì)PEO基堿性聚合物電解質(zhì)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)膜的電導(dǎo)率主要依賴膜中KOH和H2O的含量；納米材料和CMC的添加可以提高聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率和機(jī)械性能。制備出的PEO基堿性納米復(fù)合聚合物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率可達(dá)10-3S·cm-1數(shù)量級(jí)，并且具有較好的機(jī)械性能和電化學(xué)穩(wěn)定性，其在不銹鋼惰性電極上的電化學(xué)穩(wěn)定窗口約為1.6V。在20～60℃范圍內(nèi)，體系的電導(dǎo)率隨溫度的升高

3、而增加，符合Arrehnius方程。 第四章中用PVA和CMC共混制備了PVA-CMC-KOH堿性聚合物電解質(zhì)，并用交流阻抗、循環(huán)伏安等方法對(duì)其性能進(jìn)行了表征。研究表明，其室溫(25℃)電導(dǎo)率可達(dá)到10-2S·cm-1數(shù)量級(jí)，在不銹鋼惰性電極上的電化學(xué)穩(wěn)定窗口約為1.6V。膜的儲(chǔ)存穩(wěn)定性較好，存放兩個(gè)月后，電導(dǎo)率僅發(fā)生略微的降低。 第五章中用恒流充放電和電化學(xué)阻抗譜方法研究了PVA-CMC-KOH-H2O堿性聚合物電解質(zhì)

4、Ni/MH電池的性能。電化學(xué)阻抗譜測(cè)試表明，聚合物Ni/MH電池的電極/電解質(zhì)界面接觸良好，但聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率稍低于6MKOH電解液的電導(dǎo)率。恒流充放電測(cè)試表明，堿性聚合物電解質(zhì)Ni/MH電池以C/10、C/5和C/2倍率充放電的充電平臺(tái)電壓分別約為1.4V、1.45V和1.55V；放電平臺(tái)電壓分別約為1.2V、1.1V和1V。在放電倍率不是很高的情況下，聚合物Ni/MH電池的放電性能可以達(dá)到液態(tài)Ni/MH電池的水平；而當(dāng)放電倍率超

5、過(guò)C/2時(shí)，電池的放電電壓和放電容量明顯降低，放電性能不如液態(tài)Ni/MH電池。不同的充電倍率對(duì)聚合物Ni/MH電池的放電容量影響不大，電池可以較高倍率快速充電。循環(huán)壽命測(cè)試表明，本實(shí)驗(yàn)中制備的聚合物Ni/MH電池以C/5倍率充放電的首次放電比容量為171mAh·g-1，第2次放電容量上升到188mAh·g-1。從第4次循環(huán)開(kāi)始放電比容量明顯地下降，容量衰減過(guò)快的主要原因是由于電池密封不嚴(yán)，在充放電過(guò)程中聚合物電解質(zhì)逐漸失水，從而導(dǎo)致聚合