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第3章 镍电极材料
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第3章 镍电极材料
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3秒自动关闭窗口& 如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电
如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池（MH-Ni电池），该电池放电时总反应为：NiOOH+MH═Ni（OH）2+M，下列有关说法中不正确的是（　　）
A、放电时正极反应为：NiOOH+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-B、电池的电解液可为KOH溶液C、充电时负极反应为：MH+OH-+e-═H2O+MD、MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高
【考点】原电池和电解池的工作原理．
解析与答案
（揭秘难题真相，上）
习题“如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池（MH-Ni电池），该电池放电时总反应为：NiOOH+MH═Ni（OH）2+M，下列有关说法中不正确的是（　　）放电时正极反应为：NiOOH+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-电池的电解液可为KOH溶液充电时负极反应为：MH+OH-+e-═H2O+MMH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密”的学库宝（http://www.xuekubao.com/）教师分析与解答如下所示：
【考点】原电池和电解池的工作原理．
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如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池（MH-Ni电池），该电池放电时总反应为：NiOOH+MH═Ni（OH）2+M，下列有关说法中不正确的是（　　）
A、放电时正极反应为：NiOOH+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-B、电池的电解液可为KOH溶液C、充电时负极反应为：MH+OH-+e-═H2O+MD、MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高
如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池（MH-Ni电池）．该电池放电时的总反应为：MH+NiOOH=M+Ni（OH）2，下列有关说法不正确的是（　　）
A、放电时负极反应为：MH+OH--e-→M+H2OB、电池的电解液可为KOH溶液，OH-向负极移动C、放电时正极反应为：NiOOH+H2O-e-→Ni（OH）2+OH-D、MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高
如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池&（MH-Ni碱性电池）．下列有关说法不正确的是（　　）
A、放电时正极反应为：NiOOH+H2O+e-=Ni（OH）2+OH-B、放电时负极反应为：MH+OH--2e-=H2O+M+C、充电时氢氧根离子移向阳极，要参与电极反应D、充电时电池的正极连接直流电源的正极，得到电子发生还原反应
如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池（MH-Ni电池）．下列有关说法不正确的是（　　）
A、放电时正极反应为：NiOOH+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-B、电池的电解液可为稀H2SO4溶液C、充电时负极反应为：MH+OH--e-═H2O+MD、MH是一类储氢材料，其所含氢密度越大，电池的能量密度越高
如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池（MH-Ni电池），下列有关说法中不正确的是（　　）
A、放电时正极反应为：NiOOH+H2O+e-→Ni（OH）2+OH-B、电池的电解液可为KOH溶液C、充电时负极反应为：MH+OH-→H2O+M+e-D、MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高
知识点讲解
经过分析，习题“如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电”主要考察你对
等考点的理解。
因为篇幅有限，只列出部分考点，详细请访问。
原电池和电解池的工作原理
原电池：是利用两个电极之间金属性的不同，产生电势差，从而使电子的流动，产生电流。原电池工作原理：原电池反应属于放热的氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。电解池：电解原理（电解池装置如图） 　　（1）什么是电解
电解是使电流通过电解质溶液（或熔化的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。上图是电解CuCl2溶液的装置。通电后，发生反应：CuCl2=Cu + Cl2↑　　或用离子方程式表示：Cu2++ 2Cl=Cu + Cl2↑ 　　（2）电解过程中的能量转化：电能转化为化学能　　（3）发生电解反应的条件　　①与电源相连的两个电极；　　②电解质溶液（或熔化的电解质）；　　③两个电极浸泡在电解质溶液中，形成闭合回路。　　（4）电极反应　　与电源的正极相连的电极称为阳极。物质在阳极上失去电子，发生氧化反应。如上图装置中，Cl-在阳极上失去电极转化为Cl２，阳极反应式：2Cl--2e-＝Cl2↑　　与电源的负极相连的电极成为阴极。物质在阴极上得到电子，发生还原反应。如上图装置中，Cu2+在阴极是得到电子转化为Cu，阴极反应式：Cu2++2e-＝Cu　　（5）意义　　使在通常情况下不发生变化的物质发生氧化还原反应，得到所需的化工产品、进行电镀以及冶炼活泼的金属。　　2、电解时，物质在电极上的放电顺序　　（1）阳极：与电源的正极相连。　　当阳极的电极材料为金属（Pt或Au除外）时，通电后作电极的金属失去电子变成金属离子，溶解到电解质溶液中。因为水电离能够产生ＯＨ－，所以电解含氧酸盐溶液时，在阳极上是ＯＨ－放电生成氧气，而含氧酸根离子不发生变化。　　（2）阴极：与电源的负极相连。　　在阴极上发生还原反应的是溶液中的阳离子。当溶液中存在多种阳离子时，按金属活动性顺序，越不活泼的金属，其阳离子的氧化性越强，越容易被还原。在水溶液中，铝之前的金属的阳离子不可能被还原。　　
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作业互助QQ群：(小学)、(初中)、(高中)碱性电池、锂离子电池及燃料电池镍基电极材料的研究--《厦门大学》2007年博士论文
碱性电池、锂离子电池及燃料电池镍基电极材料的研究
【摘要】：
碱性锌锰原电池和镍系列蓄电池广泛应用在便携式电子产品中,具有高性能价格比。近年来以球形β-NiOOH替代碱性锌锰电池中全部或部分MnO_2正极材料的高功率新型原电池首先在日本被开发出来。NiOOH是生产这种新电池的关键材料。球形β-NiOOH在碱性电解质中储存性能差且Zn-NiOOH原电池因一次性用价格较贵的NiOOH而成本高。MH-Ni蓄电池与其它高能电池相比具有非常好的安全性能,很适合大规模开发用作电动车动力电池。然而普通球形β-Ni(OH)_2正极材料不能很好地满足MH-Ni动力电池的高温、大电池充放电等要求。
锂离子电池在目前大规模商品化的电池中综合性能最好、发展最快。但锂离子电池主要使用的正极材料LiCoO_2不仅价格高而且对环境有污染。开发性优价廉的锂离子电池正极材料对于锂离子电池更大规模的使用和更大范围的应用很是迫切和重要。LiNiO_2系列材料具有容量高、功率大、价格适中等优点被研究用来替代LiCoO_2,但LiNiO_2系列材料也存在合成困难、容量衰减快、热稳定性差、储存性能不佳等缺点,从而影响其实用化。
低温燃料电池比能量高于锂离子电池、镍氢电池等普通电池,是目前研究开发最活跃的电池体系。贵金属Pt是氢等燃料氧化和氧气还原电催化活性最高的单质金属催化剂。但纯Pt等贵金属Pt资源储量有限,价格昂贵,使低温燃料电池成本居高不下,严重阻碍其商品化推广使用。
本论文就是为了解决上述这些问题而展开,有关结果如下:
1、碱性电池NiOOH和Ni(OH)_2正极材料
以球形β-Ni(OH)_2为前驱体在KOH溶液中通过K_2S_2O_8化学氧化制备NiOOH并考察了制备条件对产物的影响。低浓度KOH溶液(1-3M)只能够得到低氧化值的产物,高浓度KOH溶液(6-9M)中可以得到高氧化值的产物且其氧化值随K_2S_2O8与β-Ni(OH)_2的反应当量比增大而升高。控制反应条件可以得到氧化值从_2.95(纯β-NiOOH相)到3.55(纯γ-NiOOH相)的一系列NiOOH产物。NiOOH氧化值越高,产物中γ相NiOOH含量越大,密度越小,球形颗粒碎裂得越严重,比表面积越大,K含量越大,Ni含量越小,质量比放电容量越小,在KOH溶液中的储存稳定性越好,热分解行为越接近γ-NiOOH。γ-NiOOH的热分解行为比β-NiOOH复杂,在加热过程会失去层间嵌合水,发生层间距收缩,经过二步热分解层状结构成氧化物。从放电比容量、储存稳定性、振实密度等因素考虑,采用氧化值为3.04的NiOOH作为碱性Zn-NiOOH原电池的正极材料既可以获得较大的体积比放电容量又可具有较佳的储存稳定性。
以Al取代球形α-Ni(OH)_2为前驱体在6M的KOH溶液中与过量K_2S_2O8反应制备了Al取代球形γ-NiOOH。用XRD、SEM、FTIR、TGA-DTG、TPD-MS和HT-XRD等对Al取代球形α-Ni(OH)_2和γ-NiOOH进行了表征。发现Al取代球形α-Ni(OH)_2氧化生成Al取代球形γ-NiOOH时层间距变小,层间嵌合物变少,振实密度变大。Al取代γ-NiOOH的热分解行为与Al取代α-Ni(OH)_2类似但热稳定性不及Al取代α-Ni(OH)_2好。与球形β-NiOOH相比, Al取代球形γ-NiOOH不仅具有较高的质量比放电容量(353mAhg-1)而且在碱性电解液中还具有良好的储存稳定性。Al取代γ-NiOOH与球形β-NiOOH都具有良好充放循环性能。Al取代球形γ-NiOOH振实密度(1.51 gcm-3)虽大于非规则碎片状γ-NiOOH(1.01 gcm-3),但还是小于球形β-NiOOH的振实密度(_2.45 gcm-3)。
以球形β-Ni(OH)_2颗粒为种子通过受控结晶在其表面沉积β-Co(OH)_2制备了β-Co(OH)_2包覆球形β-Ni(OH)_2。在制备β-Co(OH)_2包覆球形β-Ni(OH)_2过程中加入K_2S_2O8则可制得β-CoOOH包覆球形β-NiOOH。β-Co(OH)_2包覆球形β-Ni(OH)_2和β-CoOOH包覆球形β-NiOOH比未包覆的样品具有更好的充电氧化、放电还原及充放电循环性能。β-CoOOH包覆球形β-NiOOH在碱性电解液中比未包覆的球形β-NiOOH具有更好的储存稳定性。以β-Co(OH)_2包覆球形β-Ni(OH)_2制成的MH-Ni蓄电池比未包覆的球形β-Ni(OH)_2制成的MH-Ni蓄电池具有更好的高倍率充放电特性、活性物质利用率、高温充电效率及充放电循环性能。以β-CoOOH包覆球形β-NiOOH为正极材料制成的Zn-NiOOH成品电池不仅具有原电池的方便而且具有蓄电池的经济环保。Zn-NiOOH电池1000mA大电流放电至1.1V的持续时间可达56min,是碱锰电池五倍以上,工作电压平台比碱锰电池也约高0.3V左右。而以包覆的球形β-NiOOH和MnO_2混合作为正极材料的Zn-NiOOH/MnO_2原电池既保持Zn-NiOOH原电池的方便与大功率放电性能又具有较低的成本,而且其储存稳定性比用未包覆的球形β-NiOOH制成的Zn-NiOOH/MnO_2原电池得到很大改善。
_2、锂离子电池LiNiO_2@LiCoO_2正极材料
以球形核壳结构β-NiOOH@CoOOH为前驱体与LiOH在空气气氛下烧结反应合成LiNiO_2-LiCoO_2复合正极材料并考察了反应温度和时间对产物结构的影响。反应温度低或时间短,产物层状结构和结晶程度差;反应温度高或时间长,产物结晶程度增高但层状结构变差而且Ni与Co发生迁移形成各处Ni与Co浓度相同的LiNi1-xCoxO_2固溶体,得不到具有核壳结构的产物。在600oC下反应24小时可以得到XRD衍射峰003与104强度比高达1.79的具有良好层状结构的球形核壳结构LiNiO_2@LiCoO_2复合材料。以球形β-NiOOH@CoOOH为前驱体合成得到产物的层状结构特征比以球形β-NiOOH和β-Ni(OH)_2为前驱体在相同情况条件下合成得到的产物都要好。I003/I104比为1.79的球形核壳结构LiNiO_2@LiCoO_2复合材料壳层主要为LiCoO_2,核主要为LiNiO_2。LiNiO_2@LiCoO_2首次放电容量为181.41mAhg-1,充放电循环_20次以后容量保持率还可达97%而LiNiO_2只有88%。LiNiO_2@LiCoO_2储存性能也要优于没有LiCoO_2壳层包覆的LiNiO_2。以球形β-NiOOH@CoOOH作为前驱体制备LiNiO_2@LiCoO_2不需要氧气氛和很高的合成温度,有利于材料的大规模工业化生产,且产物性能良好。
3、低温燃料电池核壳结构Ni@Pt电催化剂
以NiCl_2和H_2PtC_(l6)为金属盐,乙二醇为溶剂,水合肼为还原剂,采用逐步还原法制备了不同Ni Pt比值的Pt为壳层Ni为核的核壳结构Ni@Pt复合粒子电催化剂。用TEM、XRD、XPS等表征方法测试了所合成电催化剂的粒径大小、物相结构及表面组成。作为核的Ni粒子平均粒径为8.6nm,随Pt比例的增高,核壳复合粒子的粒径逐渐增加,当Pt与Ni比值为2时的粒子达12.1nm。Ni@Pt复合粒子的核壳界面可能为NiPt合金层,壳层主要为Pt。纳米核壳结构Ni@Pt复合粒子的甲醇氧化电催化性能和抗类CO中间产物中毒性能比纯Pt都要好得多。在合成的NiPt01、NiPt02、NiPt05、NiPt10、NiPt20等5个纳米核壳结构Ni@Pt电催化剂中,NiPt01(即Pt与Ni的摩尔比为1:10)的电催化性能最高(甲醇催化氧化电流密度为_290.3 mAmg-1Pt)抗类CO中间产物中毒能力也最强。即使在酸性电解质中纳米核壳结构Ni@Pt电催化剂因Ni核被外面富Pt壳层所包覆而具有良好的耐腐蚀稳定性。纳米核壳结构Ni@Pt复合粒子同样具有比纯Pt更好的氧还原电催化性能。纳米核壳结构Ni@Pt电催化剂因Pt充分分布在纳米电催化剂颗粒的表面,且富Pt壳层还含有Ni起到协同催化作用,因此不论是对甲醇的电催化氧化还是对氧的电催化还原的催化性能都比纳米纯Pt电催化剂要高得多,贵金属Pt得到充分地利用,从而能够降低燃料电池成本。
【学位授予单位】：厦门大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2007【分类号】：TM911.4
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2015高考化学二轮复习课件：专题九 电化学基础
&&例题很好,很经典
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你可能喜欢> 【答案带解析】如图所示是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电...
如图所示是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是A．放电时正极反应为NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－B．电池的电解液可为KOH溶液C．充电时负极反应为MH＋OH－→H2O＋M＋e－D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高 
试题分析：A、放电时化学能转化为电能，是原电池，所以正极发生还原反应，NiOOH得电子生成Ni（OH）2，正确；B、由于该过程中有氢氧根离子参与，且防止M被氧化，所以电解质溶液可为KOH溶液，正确；C、充电时电能转化为化学能，是电解池装置，则阴极与电源的负极相连，发生还原反应，电极反应是H2O＋M＋e－= MH＋OH－，错误；D、MH为吸附了氢原子的储氢合金，其氢密度越大...
考点分析：
考点1：电化学基础
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下列离子方程式错误的是A．向Ba(OH)2溶液中滴加稀硫酸：Ba2＋＋2OH－＋2H＋＋SO===BaSO4↓＋2H2OB．酸性介质中KMnO4氧化H2O2：2MnO＋5H2O2＋6H＋===2Mn2＋＋5O2↑＋8H2OC．等物质的量的MgCl2、Ba(OH)2和HCl溶液混合：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓D．铅酸蓄电池充电时的正极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO 
为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是
A．在精密机床的铁床上安装铜螺钉B．在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中C．在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里D．在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极 
下图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b&d。符合上述实验结果的盐溶液是选项XYA.MgSO4CuSO4B.AgNO3Pb(NO3)2C.FeSO4Al2 (SO4)3D.CuSO4AgNO3 
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题型：选择题
难度：困难
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