一种低压耦合电极氢镍电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低压耦合电极氢镍电池及制备方法，包括耦合电极氢镍电池本体和与其连接的低压储氢罐；耦合电极氢镍电池本体包括密闭的电池壳体，设置在其内部的N个结构相同的耦合电极，耦合电极之间设置有隔膜；耦合电极包括层叠设置的正极、边缘离子绝缘且带氢气流道的集流体和氢负极；N个耦合电极两侧设置有隔膜，两侧隔膜外一侧设置有端正极，另一侧设置有端负极；端正极通过端正极集耳连接正极端极柱；端负极通过端负极集耳连接负极端极柱；本发明专利技术通过采用耦合电极和隔绝电解液的储氢合金储存氢气，显著降低了氢镍电池的体积和氢气工作压力，提升了氢镍电池的能量密度，解决了氢镍电池的本征安全性，提升了电池的比能量，保留了氢镍电池的超长寿命，生产效率高，生产成本更低。产成本更低。产成本更低。

【技术实现步骤摘要】
一种低压耦合电极氢镍电池及制备方法


[0001]本专利技术涉及储能和动力蓄电池
，具体涉及一种低压耦合电极氢镍电池及制备方法。

技术介绍

[0002]以锂离子电池为代表的动力蓄电池在电动汽车等领域使用越来越广泛，以锂离子电池、铅蓄电池、液流电池等为代表的储能蓄电池在光伏发电、风能发电、电网侧和用电侧等领域也具有一定规模的应用。但是，这些蓄电池仍存在诸多问题，比如锂离子电池采用有机电解液存在潜在的安全隐患以及锂资源可持续供应紧张等问题，铅蓄电池寿命短且环境不友好等，液流电池能效低且成本高等。因此，安全性高、寿命长、性价比高的蓄电池仍是不断追求的目标。
[0003]碱性镍系蓄电池采用氢氧化钾水基电解液，具有很好的安全特性，有利于在储能领域、特别是大规模固定式储能市场上使用。碱性镍系蓄电池包括镍氢电池、镍镉电池、镍铁电池、镍锌电池等。但这些蓄电池都或多或少存在一些问题，例如镍氢电池和镍锌电池负极受碱性电解液的腐蚀、循环寿命短，镍镉电池的负极材料有毒性，镍铁电池易产氢、自放电大且需要维护，阻碍了其在储能市场上的应用。除此之外，氢镍电池也属于碱性镍系蓄电池，具有超长的循环寿命及成为大规模储能蓄电池的潜力，但也存在一些需要解决的问题。
[0004]现有的氢镍电池(镍
‑
氢气电池)正极活性物质是氢氧化亚镍，负极活性物质是氢气，充放电过程利用负极上的催化剂实现氢的氧化还原反应。氢镍电池是所有蓄电池中寿命最长的电池，已用于地球同步轨道商业通信卫星、低地球轨道卫星以及边远地区无人值守的光伏电站等。但是这种氢镍电池，采用压力高达8MPa的高压氢气，储氢容器要求的耐压度高达16～32MPa(取2～4倍工作氢压的安全系数)，导致安全性差、结构复杂、制造成本高等问题。即使这样，由于氢气密度小，氢分子压缩非常困难，所存储的氢气量也是非常有限的，加上电池复杂的电芯结构，使得其电池能量密度的提高受到限制。
[0005]现有的镍氢电池正极活性物质是氢氧化亚镍，负极活性物质是储氢合金，充放电过程负极实现的是电化学吸放氢，负极未采用催化剂。镍氢电池具有高的安全性、高的体积能量密度、环境友好等优点。但是现有的镍氢电池采用的负极储氢合金受碱性电解液的腐蚀严重，深充放过程的循环寿命短。为减缓负极储氢合金的腐蚀，需添加钴等昂贵的金属材料，导致其成本相对较高。此外，镍氢电池负极储氢合金在碱液下工作，导致一些不能抵抗碱液腐蚀的高容量储氢合金难以使用，其电池能量密度的提高也受到限制。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术存在的问题提供一种高安全、长寿命、高比能储能的一种低压耦合电极氢镍电池及制备方法。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种低压耦合电极氢镍电池，包括耦合电极氢镍电池本体和与其连接的低压储氢
罐；耦合电极氢镍电池本体包括密闭的电池壳体，设置在其内部的N个结构相同的耦合电极，耦合电极之间设置有隔膜；耦合电极包括层叠设置的正极、边缘离子绝缘且带氢气流道的集流体和氢负极；N个耦合电极两侧设置有隔膜，两侧隔膜外一侧设置有端正极，另一侧设置有端负极；端正极通过端正极集耳连接正极端极柱；端负极通过端负极集耳连接负极端极柱。
[0009]进一步的，所述集流体为折线形结构。
[0010]进一步的，所述氢负极包括由集流体一侧形成的氢气流道、设置在集流体氢气流道下方的氢气扩散层和设置在氢气扩散层下方与其接触设置的催化剂。
[0011]进一步的，所述集流体四周外表面涂覆有憎水绝缘层。
[0012]进一步的，所述端正极与电池壳体之间设置有隔膜，端负极与电池壳体之间设置有隔膜。
[0013]进一步的，所述耦合电极氢镍电池本体和低压储氢罐之间通过氢气管道连接；氢气管道中靠近耦合电极氢镍电池本体侧设置有阻水阻氧塞；氢气管道上还设置有氢气控制阀。
[0014]进一步的，所述集流体为镍板、镀镍钢板、钛板和石墨板中的一种；氢气扩散层为疏水碳纸、疏水碳布和疏水处理的泡沫镍中的一种或两种及以上混合构成；催化剂为非贵金属催化剂，为金属、合金或化合物中的一种或两种及以上混合构成。
[0015]进一步的，所述低压储氢罐中装载有储氢合金，储氢合金为AB5型、AB型、AB2型、BCC型、La
‑
Mg
‑
Ni系、镁系中的一种或两种及以上混合构成。
[0016]一种电压耦合电极氢镍电池的制备方法，包括以下步骤：
[0017]步骤1：将集流体的一面涂覆正极浆料，烘干；进入双辊机进行辊压，双辊机中一个辊是光棍，另一个辊的表面为氢气流道形状；辊压时正极面向光辊；辊压完成后在集流体四周外表面涂覆憎水绝缘层；
[0018]氢气扩散层一面涂覆催化剂，烘干烧结后待用；氢气扩散层另一侧与集流体的氢气流道侧贴合；
[0019]步骤2：端正极上焊接正极集耳，端负极上焊接端负极集耳；按照隔膜、端正极、隔膜、N个用隔膜隔离的耦合电极、隔膜、端负极、隔膜设置位置依次叠放；端正极集耳连接正极端极柱，端负极集耳连接负极端极柱；
[0020]将其置入电池壳体内，正极端极柱和负极端极柱按正负端标识引出电池壳体，在电池壳体内注入电解液后密封。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术利用固态储氢合金储存氢气，实现了低压固态储氢，充氢压力≤1MPa，远小于现有高压氢镍电池高达8MPa的工作氢压；电池充放电过程中绝大部分的氢都从气态变成了固态，从气态氢气的本征不安全变成了固态氢的本征安全，解决了现有高压氢镍电池的氢气安全问题；并且使得具有同样能量的氢镍电池的体积大幅度减小；
[0023](2)本专利技术将镍氢电池中的储氢合金从碱性电解液的环境中移出，放置到与氢镍电池隔离的低压储氢罐中，消除了碱性电解液对储氢合金的化学腐蚀，循环寿命可以从现有的镍氢电池的几百次提升到低压氢镍电池的几千次、甚至几万次；
[0024](3)本专利技术将储氢合金移出碱性电解液环境后，储氢合金可以换成储气量1.8～
3.0％的储氢合金，减少了储氢合金的用量，提升了电池的比能量；
[0025](4)本专利技术与现有的镍氢电池相比，电池集耳、极柱、螺母、螺栓、垫片等用量减少，并且不需要组合电池用的连接板、螺母、垫片等连接件，降低了电池的重量，进一步提高了电池的比能量，同时降低了电池的内阻；
[0026](5)本专利技术将储氢合金移出电解液环境，无需添加抗腐蚀的贵金属元素，原材料成本明显降低；并且可以使用原来不适合于在碱性电解液中工作的其他储氢合金，这种储氢合金具有比稀土镍系AB5型储氢合金更低的原材料成本，成本可以进一步降低；
[0027](6)本专利技术采用耦合电极方法，在带氢气流道的集流体一面涂上正极活性物质并烘干，通过耦合氢气流道的特殊双辊机辊压成一面涂覆正极、另一面形成氢气流道的极片，最后将具有氢气流道的一面与涂覆有催化剂的氢气扩散层贴合，形成耦合电极；通过叠片工艺将耦合电极、隔膜及正负端电极串联形成低压耦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压耦合电极氢镍电池，其特征在于，包括耦合电极氢镍电池本体(1)和与其连接的低压储氢罐(18)；耦合电极氢镍电池本体(1)包括密闭的电池壳体(14)，设置在其内部的N个结构相同的耦合电极(2)，耦合电极(2)之间设置有隔膜(6)；耦合电极(2)包括层叠设置的正极(3)、边缘离子绝缘且带氢气流道的集流体(4)和氢负极(5)；N个耦合电极(2)两侧设置有隔膜(6)，两侧隔膜(6)外一侧设置有端正极(8)，另一侧设置有端负极(9)；端正极(8)通过端正极集耳(10)连接正极端极柱(12)；端负极(9)通过端负极集耳(11)连接负极端极柱(13)。2.根据权利要求1所述的一种低压耦合电极氢镍电池，其特征在于，所述集流体(4)为折线形结构。3.根据权利要求2所述的一种低压耦合电极氢镍电池，其特征在于，所述氢负极(5)包括由集流体(4)一侧形成的氢气流道(20)、设置在集流体(4)氢气流道(20)下方的氢气扩散层(21)和设置在氢气扩散层(21)下方与其接触设置的催化剂(22)。4.根据权利要求3所述的一种低压耦合电极氢镍电池，其特征在于，所述集流体(4)四周外表面涂覆有憎水绝缘层(7)。5.根据权利要求1所述的一种低压耦合电极氢镍电池，其特征在于，所述端正极(8)与电池壳体(14)之间设置有隔膜，端负极(9)与电池壳体(14)之间设置有隔膜。6.根据权利要求1所述的一种低压耦合电极氢镍电池，其特征在于，所述耦合电极氢镍电池本体(1)和低压储氢罐(18)之间通过氢气管道(16)连接；氢气管道(16)中靠近耦合电极氢镍电池本体(1)侧设置有阻水阻氧塞(15)；氢气管道(16)上还设置有氢气控制阀(17)。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云贵，母仕佳，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：