[发明专利]储氢合金电极

说明书

本发明属于由活性材料组成的电极。

储氢金属间化合物可以用作电极的理由是它在水溶液中充放电时能发生下列可逆反应

目前已开发的储氢金属间化合物主要是M_mNi₅系和TiNi系合金^（1），利用它们作为储氢合金电极的研究，就已检索到的文献报道，还仅仅限于如何选择这些储氢合金的成分以提高它的电化学容量或电化学稳定性，然而时至今日尚未有过用上述这些储氢合金电极装配成密封碱蓄电池投入工业性生产和实际应用的介绍，其原因是由于储氢碱蓄电池的“活化”是根据反应2H₂O（l）+电流＝＝2H₂（g）+O₂（g）进行设计的在给电池充电时阴极上产生氢气，阳极上产生氧气，储氢合金阴极会将析出的活性氢吸收，氧化镍阳极会与析出的活性氧结合变成Ni（Ⅲ）水合氧化物;在电池放电时，储氢合金阴极放出的氢和Ni（Ⅲ）阳极放出的氧会结合成水，同时产生电流。上述可逆过程可以表示如下：

从上式可以看出，在储氢电池的“活化”充放电过程中，由于H₂和O₂，这就不可避免地会增加电池的内压，尤其是在充电后期，内压明显增高使储氢碱蓄电池封口后的容量会低于开口时容量的10%，另外由于阳极产生的氧气增多也严重地影响到电池的循环使用寿命，再则在实际生产中只有较小的内压，电池才能密封^（2），因此如何降低储氢碱蓄电池的内压已经成为密封储氢碱蓄电池能否投入工业生产和实际应用的关键技术问题。文献（3）介绍了采用在电池内部植入电流集流器的方法减小内压，虽然有一定的效果，但是对AA型一类电池内部空间尺寸受严格限制的蓄电池来说这种方法是不可行的。文献（4）介绍了一种在阴极与阳极之间隔板上钻若干小孔，以增加气体通道的方法，但其降低内压的效果不理想。文献（5）报道了阴极吸氢合金材料上涂一层碳粉，并在高达1050℃温度下进行真空热处理，再粉碎后进行电极成型制作的工艺，这种工艺过程实施困难不易于大规模生产，而且减压只在小电流1/3C_0.1，充电时有效。文献（6）介绍了一种晶须植入减压方法，晶须的制作不仅费时而且价格昂贵，也不适用于工业实施。文献（7）、（8）提出在电池设计结构及充电制度上进行改进的方案，然而改变的电池设计结构很难适应工业化生产，改进的充电制度限制了电池的应用范围，都不是理想的方法。

本发明的目的是从储氢合金材料组成结构入手，从本质上改变储氢合金材料的性质，使它们能在电池的充放电过程中起到催化作用，加速在电池“活化”后期产生的积累的不活化的H₂和O₂化合生成H₂O的过程，从根本上减小电池的内压，有效而方便地解决密封储氢合金碱蓄电池进行工业化生产并得实际应用的关键性技术问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：储氢合金电极是由一种具有较高电化学容量的储氢合金粉末M₁和一种具有良好催化活性的储氢合金粉末M₂按一定比例混合组成。由于储氢合金粉末M₂具有良好的催化活性，加速了H₂的O₂化合成H₂O的过程，从而降低了电池的内压。

本发明中储氢合金粉末M₁的化学组成为MmNi_5-x-y-zA_xB_yC_z，其中Mm为混合稀土，A＝Co、Cr，V，B＝Mn、Sn、Be，C＝Al、Ca、Mg、Zr、Nb，0≤x≤0.5，0≤y≤1.5，0≤z≤0.5;储氢合金粉末M₂的化学组成为D_2-uE_1-vFuGv，其中D＝Mg、Al，E＝Cu，Zn，F＝Ca、Be，G＝Sn、Bi，0≤u≤1，0≤v≤0.5