车辆稳定控制技术-镍氢电池

导致镍氢电池材料发生服役性能失效的主要因素之一是热效应，高温阻抗使材料分子发生链断裂从而产生自由基，形成自由基链式反应，导致高分子材料降解和交联，性能劣化。湿度的改变会导致膜的胀缩变化，再加之压力变化可能会加速膜的破裂。在变载时，还可能出现缺气，导致膜电极两侧发生异常反应，加速膜的失效。为了比较温度的损害和纯电化学极化的损害，采用烘箱法失效实验的方法，单独考察环境温度影响，发现微电流工作对隔膜具有恢复作用。镍氢电池引入纳米技术，可以减少镍颗粒之间的接触电阻，形成良好的导电网络，增大放电电流，提高其倍率性能和稳定性能。在纳米量级上的储能合金粉可降低材料成本10%～20%，提高体系的比特性，使电池存储后的容量保持率达到98%以上，从而提高镍氢电池的循环寿命。并且根据储能纳米合金纳米晶微结构与性能密切相关的特点，可以减少在充放电过程中造成的合金粉化，该材料结构中存在纳米级形状大小的晶粒，使储能合金具有较高的电子传导率和固相质子的扩散速率，从而提高了其功率特性和循环寿命。通过对大电流工况下隔膜性能衰减率的测定，考虑镍氢电池电流电压联合作用机制和微电流对膜性能的恢复功能，发现隔膜性能衰减率与电流强度间存在关联，修正了降低电池负载强度的保守用法，对优化使用模式提供了重要依据。

隔膜充电前和充电后扫描电镜的形貌如图8-10所示，实验测试了循环过程中相同成分，不同配比的材料。磺化处理可抑止隔膜分解，降低电池的自放电。放电效率、镍氢电池大电流放电性能及荷电保持率等相互结合分析技术，可以作为考察隔膜对循环寿命影响的新方法。采用纳米活性聚合物作为隔膜，在正常充放电电压区间呈绝缘态，只允许离子传导；而当充电电压达到控制值时，聚合物被氧化掺杂成为电子导电态，使电池内部形成短路，实现自激发内部保护。随着电压敏感隔膜的深入研究，为了提高材料的性能，需要建立纳米隔膜性能与其结构之间的联系，具有代表性的模型及受力如图8-11所示。

图8-10 隔膜基本形貌

图8-11 电压敏感薄膜(www.xing528.com)

对电压敏感隔膜、金属、陶瓷和聚合物三相叠层排列，并且平行于电极层，极化方向垂直于层面，如图8-11所示。此时，沿极化方向的场方程为

式中 E_c、E_p和E_m分别表示陶瓷、聚合物和金属相的场参数，物理量上横线表示平均，f是陶瓷相的体积分数。利用边界条件，从式（8-1）可得隔膜的平均压电系数为

式中 d_m、d_p和d_c分别表示金属、聚合物和陶瓷相的压电系数。从式（8-2）分析可得，在该结构中，薄纳米层会显著降低隔膜的压电系数。