鎳氫電池正極材料的開發(fā)

鑭系合金最初是作為鎳氫電池的陰極材料開發(fā)的。1973年,母羊etal。[9]第一LaNi5合金用于電化學(xué)氫吸收和發(fā)射的研究,但是重復(fù)的氫吸收和發(fā)射周期導(dǎo)致合金的持續(xù)退化,導(dǎo)致合金電極的放電容量迅速衰減,在充電和放電周期,從而限制LaNi5合金的實(shí)際應(yīng)用在Ni/MH電池。20世紀(jì)80年代中期，WiLLiaMs[10]采用元素代換的方法制備了la-nd-ni-co-a1等多組分合金。氫吸收后，這些合金的細(xì)胞體積膨脹率明顯降低，顯著提高了合金的抗淤積性和耐腐蝕性，極大地提高了合金電極的電化學(xué)循環(huán)壽命。為了降低成本,進(jìn)一步提高合金的性能與其他稀土元素(如CE、公關(guān)、Nd、sM、Y,和混合稀土毫米)部分替代一側(cè),過渡到另一組元素(如公司、錳、銅、鋁、鐵、錫、鉻、等)部分替代B倪,一系列優(yōu)秀的合金是準(zhǔn)備。因此，世界上出現(xiàn)了多種性能各異的稀土基aB5和aB5+儲氫合金。

此后，mm-ni-co-mn-al-ti等多種aB5雜化稀土儲氫合金相繼問世，其最大放電容量可達(dá)300~320MaH/g。目前，用于鎳氫電池的稀土aB5和aB5+x合金已在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，成為國內(nèi)外鎳氫電池行業(yè)的重要負(fù)極材料。1988年鎳氫電池進(jìn)入實(shí)用階段，1990年日本開始大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)量翻了一番。目前，東芝、三洋和松下在日本已經(jīng)形成了三向結(jié)構(gòu)，市場份額分別為40%、30%和20%。生產(chǎn)規(guī)模已達(dá)1500萬/月。除了電子信息領(lǐng)域迫切要的小型移動電源外，鎳氫電池可能成為電動汽車電源之一。到2014年，鎳氫電池在日本的市場價(jià)值將超過混合動力汽車的鉛酸電池。2014年，鎳氫電池的市場價(jià)值將達(dá)到2078億日元，比2008年上升230%，而鉛酸電池的市場價(jià)值仍將在1632億日元左右。我國儲氫合金和鎳氫電池的研發(fā)也起步較早。自2005年以來，我國稀土儲氫材料和鎳氫電池的產(chǎn)量均超過了日產(chǎn)量。十一五末，我國鎳氫小電池產(chǎn)量達(dá)到11億只，儲氫合金相應(yīng)產(chǎn)量達(dá)到24000噸/年、17500噸/年，占全球產(chǎn)量的60%以上，成為世界第一大儲氫合金生產(chǎn)國。

隨著現(xiàn)代便攜式電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和電動汽車的迅速發(fā)展，作為化學(xué)動力源的鎳/金屬氫化物(Ni/MH)電池以其高能量密度、良好的過充/放電電阻和清潔無污染的特性得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在Ni/MH電池的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新階段,特別是小型電池能量密度高、壽命長特點(diǎn)和混合動力或電動汽車能量密度高、高功率和長壽命的電池已成為世界范圍內(nèi)的研究和開發(fā)熱點(diǎn)。