PL218729B1 - Negative electrode for Ni-MH batteries - Google Patents

Negative electrode for Ni-MH batteries

Info

Publication number
PL218729B1
PL218729B1 PL397188A PL39718811A PL218729B1 PL 218729 B1 PL218729 B1 PL 218729B1 PL 397188 A PL397188 A PL 397188A PL 39718811 A PL39718811 A PL 39718811A PL 218729 B1 PL218729 B1 PL 218729B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
negative electrode
electrode
carbon
alloy
batteries
Prior art date
Application number
PL397188A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL397188A1 (en
Inventor
Grzegorz Lota
Agnieszka Sierczyńska
Katarzyna Lota
Original Assignee
Inst Metali Nieżelaznych
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Metali Nieżelaznych filed Critical Inst Metali Nieżelaznych
Priority to PL397188A priority Critical patent/PL218729B1/en
Publication of PL397188A1 publication Critical patent/PL397188A1/en
Publication of PL218729B1 publication Critical patent/PL218729B1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektroda ujemna do akumulatorów niklowo-wodorkowych.The present invention relates to a negative electrode for nickel metal hydride batteries.

Akumulatory niklowo-wodorkowe (Ni-MH), w których elektrodę dodatnią stanowi ulegający przemianie redoks układ NiOOH/Ni(OH)2, a elektrodę ujemną układ M/MH, uznaje się za jedno z lepszych źródeł energii elektrycznej dla pojazdów hybrydowych (HEVs) oraz za alternatywne źródło mocy dla pojazdów elektrycznych.Nickel metal hydride (Ni-MH) batteries, where the positive electrode is a redox transformable NiOOH / Ni (OH) 2 system and the negative electrode is the M / MH system, are considered to be one of the best sources of electricity for hybrid vehicles (HEVs) and as an alternative source of power for electric vehicles.

Znane elektrody ujemne akumulatorów niklowo-wodorkowych wykonane są z wieloskładnikowych stopów metali opartych na związku LaNi5. Materiały stosowane na elektrody MH można ogólcie opisać wzorem ABx, który oznacza wzajemny stosunek pierwiastków wchodzących w skład grupy A do pierwiastków wchodzących w skład grupy B. Najpowszechniej, w ogniwach Ni-MH stosowane są stopy typu AB5, gdzie w skład grupy A wchodzą najczęściej takie metale jak: lantan, cer, prazeodym i neodym, natomiast w skład grupy B: nikiel, kobalt, mangan i glin. Podobne właściwości posiadają nierównowagowe stopy typu A2B7, gdzie w skład grupy A wchodzą: lantan, cer, prazeodym i neodym, natomiast w skład grupy B: nikiel, kobalt, mangan, glin i magnez (M. A. Fetcenko, S. R. Ovshinsky, B. Reichman, K. Young, C. Fierro, J. Koch, A. Zallen, W. Mays, T. Ouchi, J. Power Sources 165 (2007) 544-551 i Y. Li, D. Han, S. Han, X. Zhu, t, Hu, Z. Zhang, Y. Liu, Int. J. Hydrogen Energy 34 (2009) 1399-1404). Elektroda metalo-wodorkowa potrafi zaabsorbować wodór o objętości 1000 razy większej niż wynosi jej objętość własna. Nawet niewielkie zmiany w składzie wieloskładnikowych stopów, gdy zmianie ulega stosunek stechiometryczny pierwiastków bądź rodzaj składników w grupie A i B, powodują znaczne zmiany w ilości absorbowanego wodoru i stabilności tworzonych wodorków (J. Kleperis, G. Wójcik, A.Czerwiński, J.M.Skowroński, M.Kopczyk, M.Bełtowska-Brzezińska, J. Solid State Electrochem., 5 (2001) 229 i J. M. Skowroński, A. Sierczyńska, B. Olejnik, J. New Materials for Electrochemical Systems 9 (2006) 395-399).Known negative electrodes of nickel metal hydride batteries are made of multi-component metal alloys based on the LaNi5 compound. The materials used for MH electrodes can be generally described by the formula ABx, which denotes the mutual ratio of elements from group A to elements from group B. Most commonly, the AB5 type alloys are used in Ni-MH cells, where the group A most often includes such metals such as lanthanum, cerium, praseodymium and neodymium, while group B includes: nickel, cobalt, manganese and aluminum. Similar properties have non-equilibrium alloys of the A2B7 type, where group A includes: lanthanum, cerium, praseodymium and neodymium, while group B includes: nickel, cobalt, manganese, aluminum and magnesium (MA Fetcenko, SR Ovshinsky, B. Reichman, K Young, C. Fierro, J. Koch, A. Zallen, W. Mays, T. Ouchi, J. Power Sources 165 (2007) 544-551 and Y. Li, D. Han, S. Han, X. Zhu. , t, Hu, Z. Zhang, Y. Liu, Int. J. Hydrogen Energy 34 (2009) 1399-1404). The metal hydride electrode can absorb hydrogen with a volume 1000 times greater than its own volume. Even small changes in the composition of multicomponent alloys, when the stoichiometric ratio of elements or the type of components in groups A and B changes, cause significant changes in the amount of hydrogen absorbed and the stability of hydrides formed (J. Kleperis, G. Wójcik, A. Czerwiński, JMSkowroński M.Kopczyk, M.Bełtowska-Brzezińska, J. Solid State Electrochem., 5 (2001) 229 and JM Skowroński, A. Sierczyńska, B. Olejnik, J. New Materials for Electrochemical Systems 9 (2006) 395-399).

Znana jest pastowana elektroda stopowa pochłaniająca wodór, w której warstewka z materiału aktywnego wykonana jest z mieszaniny wodorochłonnego proszku stopowego i kompozytowego proszku zawierającego w sobie cząstki węgla oraz pierwiastki ziem rzadkich dla częściowego pokrywania powierzchni cząstek węgla.A hydrogen-absorbing paste electrode is known in which the active material film is made of a mixture of a hydrophilic alloy powder and a composite powder containing carbon particles and rare earth elements therein to partially cover the surface of the carbon particles.

Znana jest również z opisu patentowego USA nr 7 534 529 elektroda ujemna baterii systemu nikiel-wodorek metalu, posiadająca warstewkę materiału czynnego utworzoną na przewodzącym substracie, gdzie warstewka ta zawiera proszek stopowy magazynujący wodór oraz sproszkowany węgiel. Proszek węglowy zawiera pewną ilość cząstek węgla, przy czym każda z nich zawiera co najmniej jeden metal wybrany pośród grupy składającej się z Ni, Co, Ca, Fe, Mg, Mn, Ti i V.It is also known from US Patent No. 7,534,529 a negative electrode of a nickel metal hydride system battery having an active material film formed on a conductive substrate, wherein the film comprises a hydrogen storage alloy powder and pulverized carbon. The carbon powder contains a plurality of carbon particles, each containing at least one metal selected from the group consisting of Ni, Co, Ca, Fe, Mg, Mn, Ti and V.

Celem wynalazku jest opracowanie elektrody ujemnej dla ogniw Ni-MH, wykorzystującej kompozytowy materiał elektrodowy, która pochłania większe ilości wodoru niż elektroda wykonana z czystego stopu metalicznego typu AB5.The aim of the invention is to develop a negative electrode for Ni-MH cells, using a composite electrode material that absorbs greater amounts of hydrogen than an electrode made of a pure metal alloy of the AB5 type.

Istota wynalazku, którym jest elektroda ujemna do akumulatorów niklowo-wodorkowych, polega na tym, że stop wodorochłonny typu AB5 pokryty jest na powierzchni nanomateriałem węglowym osadzonym w wyniku termicznego rozkładu acetylenu, a ilość nanomateriału węglowego wynosi 0,1-25% wag.The essence of the invention, which is the negative electrode for nickel-metal hydride batteries, consists in the fact that the AB5 type hydrophilic alloy is covered on the surface with carbon nanomaterial deposited as a result of thermal decomposition of acetylene, and the amount of carbon nanomaterial is 0.1-25% by weight.

Stwierdzono, że elektrodę ujemną według wynalazku cechuje polepszony proces elektrosorpcji wodoru w wyniku sorpcji w strukturę kompozytu, przy jednoczesnym ograniczeniu samoistnego procesu desorpcji (ograniczenie samowyładowania).It was found that the negative electrode according to the invention is characterized by an improved process of hydrogen electrosorption as a result of sorption into the structure of the composite, with a simultaneous limitation of the spontaneous desorption process (limitation of self-discharge).

Dzięki osadzeniu na powierzchni stopu nanostruktur węglowych, następuje zmniejszenie spadku omowego między ziarnami stopu oraz znaczne zwiększenie wydajności reakcji sorpcji wodoru na ziarnach stopu.Due to the deposition of carbon nanostructures on the alloy surface, the ohmic drop between the alloy grains is reduced and the efficiency of hydrogen sorption reaction on the alloy grains is significantly increased.

Właściwości elektrody według wynalazku generowane przez zastosowanie materiału kompozytowego typu M/MH/C, pozwalają na osiąganie wyższych wartości energii właściwej z jednostki objętości elektrody i tym samym poprawę parametrów energetycznych akumulatorów niklowo-wodorkowych.The properties of the electrode according to the invention, generated by the use of the M / MH / C type composite material, allow to achieve higher specific energy values per unit volume of the electrode and thus improve the energy parameters of nickel-metal hydride batteries.

Elektrody ujemne według wynalazku działają w roztworze alkalicznym litu, sodu lub potasu w zakresie od 0,1 do 7 mol/L.The negative electrodes according to the invention operate in an alkaline solution of lithium, sodium or potassium ranging from 0.1 to 7 mol / L.

Elektrodę według wynalazku można otrzymać następująco. Stop metaliczny typu AB5 traktuje się mieszanką azot/acetylen w temperaturze 700°C w celu wytworzenia, w wyniku termicznego rozkładu acetylenu, nanodepozytu węglowego na powierzchni stopu.The electrode according to the invention can be prepared as follows. An AB5 metal alloy is treated with a nitrogen / acetylene mixture at 700 ° C to form, by thermal decomposition of acetylene, a carbon nanodeposit on the alloy surface.

PL 218 729 B1PL 218 729 B1

Tak otrzymany materiał kompozytowy po zmieszaniu ze środkiem wiążącym stanowi warstwę aktywną, którą nanoszono metodą pastowania na odtłuszczony nośnik. Po wprowadzeniu pasty elektrody suszono, prasowano i poddawano aktywacji.The composite material obtained in this way, after mixing with a binder, constitutes the active layer, which was applied by paste to the degreased support. After the introduction of the paste, the electrodes were dried, pressed and activated.

Przeprowadzono badania elektrochemiczne elektrod.Electrochemical tests of the electrodes were carried out.

Bezpośrednio po aktywacji elektrody przenoszono do naczynia elektrolitycznego wypełnionego 6M KOH. Zbudowano półogniwa elektrochemiczne składające się z elektrody badanej wytworzonej z kompozytu (stop AB5 - nanomateriał węglowy), z nadmiarowej przeciwelektrody Ni(OH)2/NiOOH wykonanej na spiekanym nośniku niklowym oraz z elektrody referencyjnej Hg/HgO/6M KOH.Immediately after activation, the electrodes were transferred to an electrolytic vessel filled with 6M KOH. Electrochemical half-cells were built, consisting of a test electrode made of a composite (AB5 alloy - carbon nanomaterial), an excess Ni (OH) 2 / NiOOH counter electrode made on a sintered nickel support and a reference electrode Hg / HgO / 6M KOH.

Półogniwo poddawano badaniom elektrochemicznym wykorzystując metodę woltamperometrii cyklicznej. W prowadzonych badaniach woltamperometrycznych sygnał pobudzany był liniowo impulsem trójkątnym od potencjału równowagowego E0 w kierunku anodowym do wartości -0,4 V względem elektrody referencyjnej, a następnie katodowo, do potencjału równego -1,1 lub -1,15 V. Polaryzacja zmieniana była automatyczne za pomocą generatora, impulsów. Kolejne cykle przebiegały w zakresie potencjałów E0 V -0,4 V -1,1 (-1,15) V E0 V. Szybkość skanowania potencjału wynosiła 25 mV/s.The half-cell was subjected to electrochemical tests using the cyclic voltammetry method. In the conducted voltammetric tests, the signal was excited linearly with a triangular impulse from the equilibrium potential E0 in the anodic direction to the value of -0.4 V in relation to the reference electrode, and then cathodically, to the potential equal to -1.1 or -1.15 V. The polarity was changed automatically using a generator, pulses. The next cycles were carried out in the potential range E 0 V -0.4 V -1.1 (-1.15) VE 0 V. The potential scanning speed was 25 mV / s.

Na załączonym rysunku przedstawiono woltamogramy cykliczne; dla elektrody ze stopu typu AB5 - linia szara, dla elektrody ze stopu typu AB5 z wytworzonym na powierzchni nanodepozytem węglowym - linia czarna.The accompanying figure shows cyclic voltamograms; for an AB5 type electrode - gray line, for an AB5 type electrode with carbon nanodeposit formed on the surface - black line.

P r z y k ł a dP r z k ł a d

Sproszkowany stop MnNi3,55Al0,3Mn0,4Co0,75 w ilości 3 g umieszczano w piecu rurowym w atmosferze azotu, przy przepływie gazu 10 l/h i ogrzewano do temperatury 700°C. W temperaturze 700°C dodatkowo doprowadzano acetylen. Przepływy gazów wynosiły odpowiednio 10 l/h azot i 5 l/h acetylen. Proces prowadzono przez 5 minut, w celu wytworzenia na powierzchni stopu nanodepozytu węglowego. Otrzymany kompozyt charakteryzował się zawartością węgla około 6% wagowych w stosunku do całej masy próbki. Piec z zawartością schładzano w atmosferze azotu. Z kolei z otrzymanego kompozytowego materiału anodowego przygotowywano elektrody. Pobierano w tym celu 0,4 g kompozytu i mieszano z dodatkiem 10% wagowych, w stosunku do masy kompozytu, wodnego roztworu 3% PVA (alkoholu poliwinylowego) do momentu uzyskania jednorodnej pasty. Następnie, pastę 2 nanoszono metodą obustronnego pastowania na nośniki o powierzchni 1 cm2, wykonane z pianki ni3 klowej o grubości 1,6 mm i gęstości 500 g/m3, odtłuszczone uprzednio we wrzącej wodzie destylowanej. Po wprowadzeniu pasty, elektrody suszono w temperaturze 70°C do stałej masy. Po wysuszeniu elektrody prasowano na prasie pod ciśnieniem 40 MPa. Dalej elektrody poddawano aktywacji, polegającej na kondycjonowaniu w roztworze 6M KOH w czasie 1 godziny. Otrzymano elektrody o właściwościach elektrochemicznych przedstawionych na załączonym rysunku.A powdered alloy of MnNi3.55Al0.3Mn0.4Co0.75 in an amount of 3 g was placed in a tube furnace under a nitrogen atmosphere with a gas flow of 10 L / h and heated to 700 ° C. Acetylene was supplied additionally at 700 ° C. The gas flows were respectively 10 l / h nitrogen and 5 l / h acetylene. The process was carried out for 5 minutes in order to create a carbon nanodeposit on the surface of the alloy. The obtained composite was characterized by a carbon content of about 6% by weight in relation to the total weight of the sample. The furnace with its contents was cooled under nitrogen atmosphere. Then, electrodes were prepared from the obtained composite anode material. For this purpose, 0.4 g of the composite was taken and mixed with the addition of 10% by weight, based on the weight of the composite, of an aqueous solution of 3% PVA (polyvinyl alcohol) until a homogeneous paste was obtained. Then, the paste is applied by two double-sided polishing to the media area of 1 cm 2, made of foam than the claw 3 with a thickness of 1.6 mm and a density of 500 g / m 3, previously degreased in boiling distilled water. After the paste was introduced, the electrodes were dried at 70 ° C until constant weight. After drying, the electrodes were pressed in a press under a pressure of 40 MPa. Then, the electrodes were activated, which consisted of conditioning in 6M KOH solution for 1 hour. The electrodes were obtained with the electrochemical properties shown in the attached drawing.

Claims (1)

Elektroda ujemna do akumulatorów niklowo-wodorkowych posiadająca warstwę aktywną, zawierającą stop wodorochłonny typu AB5 i materiał węglowy, gdzie warstwa ta naniesiona jest na przewodzący nośnik, znamienna tym, że stop wodorochłonny typu AB5 pokryty jest na powierzchni nanomateriałem węglowym osadzonym w wyniku termicznego rozkładu acetylenu, a ilość nanomateriału węglowego wynosi 0,1-25% wag.Negative electrode for nickel metal hydride batteries having an active layer containing a hydrophilic alloy type AB5 and carbon material, where this layer is applied to a conductive carrier, characterized in that the hydrophilic alloy of type AB5 is covered on the surface with carbon nanomaterial deposited as a result of thermal decomposition of acetylene, and the amount of carbon nanomaterial is 0.1-25 wt%.
PL397188A 2011-11-30 2011-11-30 Negative electrode for Ni-MH batteries PL218729B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL397188A PL218729B1 (en) 2011-11-30 2011-11-30 Negative electrode for Ni-MH batteries

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL397188A PL218729B1 (en) 2011-11-30 2011-11-30 Negative electrode for Ni-MH batteries

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL397188A1 PL397188A1 (en) 2013-06-10
PL218729B1 true PL218729B1 (en) 2015-01-30

Family

ID=48539514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL397188A PL218729B1 (en) 2011-11-30 2011-11-30 Negative electrode for Ni-MH batteries

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL218729B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL397188A1 (en) 2013-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Advanced hydrogen storage alloys for Ni/MH rechargeable batteries
Ratnakumar et al. Electrochemical studies on LaNi5− x Sn x metal hydride alloys
Uesato et al. Hybrid nickel-metal hydride/hydrogen battery
Ruggeri et al. Properties of mechanically alloyed Mg–Ni–Ti ternary hydrogen storage alloys for Ni-MH batteries
WO2004024993A9 (en) Magnetically modified electrodes as well as methods of making and using the same
Shuqin et al. Influences of molybdenum substitution for cobalt on the phase structure and electrochemical kinetic properties of AB5-type hydrogen storage alloys
KR940011937B1 (en) Rechargeable battery and electrode used therein
US20160285087A1 (en) Nickel-metal hydride battery
Gao et al. Microstructure and electrochemical hydrogen storage properties of La–R–Mg–Ni-based alloy electrodes
CN107871902B (en) Nickel-hydrogen storage battery
Geng et al. Charging/discharging stability of a metal hydride battery electrode
JPH0677451B2 (en) Manufacturing method of hydrogen storage electrode
Zhao et al. Effect of AB2-based alloy addition on structure and electrochemical properties of La0. 5Pr0. 2Zr0. 1Mg0. 2Ni2. 75Co0. 45Fe0. 1Al0. 2 hydrogen storage alloy
US20030207175A1 (en) Active material for electrochemical cell anodes incorporating an additive for precharging/activation thereof
He et al. Preparation and electrochemical properties of MgNi–MB (M= Co, Ti) composite alloys
Huang et al. Nanoscale tungsten nitride/nitrogen-doped carbon as an efficient non-noble metal catalyst for hydrogen and oxygen recombination at room temperature in nickel–iron batteries
Ozaki et al. Development of Mg-containing MmNi5-based alloys for low-cost and high-power Ni–MH battery
PL218729B1 (en) Negative electrode for Ni-MH batteries
Xin et al. Promising electrochemical hydrogen storage properties of thick Mg–Pd films obtained by insertion of thin Ti interlayers
Wang et al. Corrosion behaviour of AB 5-type hydride electrodes in alkaline electrolyte solution
US5857139A (en) Process for preparing an electrode for secondary battery employing hydrogen-storage alloy
KR940007277B1 (en) Hydrogen metal
JIANG et al. Influence of magnesium on electrochemical properties of RE3–xMgx (Ni0. 7Co0. 2Mn0. 1) 9 (x= 0.5–1.25) alloy electrodes
JP2003017046A (en) Nickel electrode active material for alkaline storage battery, nickel electrode for alkaline storage battery, and alkaline storage battery
JP6866230B2 (en) Nickel metal hydride battery