【摘要】：鈉 氯化鎳電池是一種中溫電池,研究溫度對電池性能的影響具有重要意義。本工作研究了工作溫度對含硫電池和不含硫電池的正極結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),無論電池的正極中是否含有單質(zhì)硫,適當(dāng)?shù)亟档碗姵毓ぷ鳒囟榷寄芴岣唠姵氐难h(huán)性能。降低電池工作溫度能降低顆粒的表面活性,減緩金屬鎳顆粒的團(tuán)聚長大,進(jìn)而提高電池循環(huán)性能。但當(dāng)工作溫度進(jìn)一步降低時,電化學(xué)反應(yīng)速率、Na~+遷移速率和熔融金屬鈉與β″-Al_2O_3的潤濕性也會隨之變差,電池性能反而會下降。無論電池正極中是否含硫,鈉 氯化鎳電池最佳的工作溫度約為260℃。
【圖文】：

第12期敖昕,等:工作溫度對鈉氯化鎳電池正極結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響1245圖1不含硫電池和含硫5%電池在不同工作溫度下的(a,c)循環(huán)曲線及(b,d)首周充放電曲線Fig.1(a,c)Cycleperformanceand(b,d)thefirstchargeanddischargecurveoftheNa-NiCl2batterywithoutsulfurandwith5%sulfurwhichweretestedat220℃,260℃and300℃看出工作溫度的降低對不含硫電池循環(huán)性能有一定程度的改善。在300℃工作的電池循環(huán)性能最差,尤其在最初幾周容量快速衰減,充放電100周以后容量僅為理論容量的13%。當(dāng)工作溫度降低到260℃時,電池循環(huán)性能有所改善,循環(huán)100周后放電容量為理論容量的27%。當(dāng)工作溫度降至220℃時,電池的循環(huán)性能相對于260℃下工作的電池有所退化,但仍優(yōu)于在300℃下工作的電池,循環(huán)100周后的放電容量降至理論容量的21%。三種在不同溫度下工作的電池在最初幾周的充放電行為有明顯差異,在220℃工作的電池首周放電容量較低,僅為理論容量的40%,此后需要若干次充放循環(huán)的活化,電池的容量才能達(dá)到較高水平。類似的現(xiàn)象也發(fā)生在260℃工作的電池,該電池首周放電容量增加到理論容量的68%,并且需要活化的循環(huán)次數(shù)也隨之減少。當(dāng)工作溫度升高到300℃,活化過程已不明顯,首周充放電即能達(dá)到最高容量。從圖1(b)中可以看出,電池的極化電壓隨著工作溫度的下降而明顯增加,在300℃工作時極化電壓很小,僅為0.015V左右,在260℃工作時極化電壓約為0.082V,當(dāng)工作溫度降至220℃時電池極化電壓升至0.17V。當(dāng)電池的工作溫度降低時,正極和固體電解質(zhì)中的離子遷移速率會降低,負(fù)極熔融金屬鈉與β″-Al2O3陶瓷片的潤濕性會變差,電池的電化學(xué)反應(yīng)速率會減緩,以上因素將導(dǎo)致電池的極化電壓隨著工作溫度降低而增加。電池極化電壓越大,在恒定充放電截止電壓的?

縭?1)所示：Al+4NaCl→3Na+NaAlCl4,E=1.6V,300℃(1)但由于鋁的含量較少,在恒電流充電條件下電壓快速升高。在220℃工作的電池由于電池測試設(shè)備采點密度不夠,電壓從2V以下快速增加的過程無法顯示。電池在較低工作溫度下,較低的電化學(xué)反應(yīng)速率、鈉離子遷移率以及較差的電子導(dǎo)電性(鎳導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)沒形成)而導(dǎo)致電池在充電時極化嚴(yán)重,在恒流充電時,充電一開始電壓就以非�？斓乃俣冗_(dá)到Ni/Ni2+的反應(yīng)電壓平臺,以至于測試儀器還不能繪出電壓快速增長的曲線。在高電壓下,正極中鋁參與的反應(yīng)與電池的主反應(yīng)一起發(fā)生。圖2為鈉 氯化鎳電池在不同溫度工作時第1、2、3、5周的充放電曲線。圖2(a,c,e)分別為不含硫電池在220、260、300℃工作時的充放電曲線。從圖中可以看出,電池在220℃和260℃工作時前5周極化電壓隨著循環(huán)充放電的進(jìn)行逐漸減校在截止電壓不變的條件下,極化電壓減小,電池容量將會逐漸增長,這與圖1(a)中的測試結(jié)果相符合。而電池在300℃工作時,電池在前5周的極化電壓幾乎不變,且都保持在較低的水平,因此電池在該溫度運行時首周即達(dá)最大容量。圖2(b,d,f)為含硫5%電池在220、260、300℃工作時的充放電曲線。從圖中可以看出,工作溫度為220℃的電池在循環(huán)前5周極化電壓隨著循環(huán)進(jìn)行緩慢減小,從首周的0.22減小到0.169,降低了圖2不含硫電池和含硫5%電池在(a,b)220℃、(c,d)260℃、(e,f)300℃工作時的前5周充放電曲線Fig.2First5chargeanddischargecurvesofthecellwithoutsulfurandwith5%sulfurinNaAlCl4testedat(a,b)220℃,(c,d)260℃and(e,f)300℃

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