四、各种类型的氢-镍电池都是由氢氧化镍正极、储氢合金负极、隔膜纸、电解液、负极集流体、安全阀、密封圈、顶盖、外壳等组成,同时还预留一定的残余空间;在酸浸出过程时负极的原材料比较难以完全溶解;另外酸的浓度对于金属浸出强度的影响比较显著。废旧氢-镍电池湿法回收处理的主要难点如下:
(1) 以往研究者对废旧氢-镍电池湿法回收处理的工艺研究往往集中在萃取分离和电解沉积两种方法上,造成废旧氢-镍电池回收处理工艺复杂,难于实现工业运行投产。
(2) 所用药品试剂种类繁多,使得回收成本高居不下。
五、为了解决上述难点,采用化学沉淀法,分别从以下几个方面对废旧氢-镍电池中镍的回收纯进行了研究:
1、对废旧氢-镍电池电极活性物质在酸溶液中的溶出反应进行理论分析,根据水桶效应,本文采用浸出率与其它元素相比相对较小的镍元素的浸出率作为衡量废旧氢-镍电池电极活性物质在不同酸溶液中浸出率的标准,采用正交实验对废旧氢-镍电池电极活性物质在溶液中的浸出条件(酸的种类、酸的浓度、溶液温度、浸溶时间及固液比)进行优化研究。
2、根据稀土去除液中钴、镍离子存在价态及其化合物特性,采用氧化沉淀法分离溶液中钴元素,最后采用草酸沉淀溶液中镍元素。
六、氢-镍(MH-Ni)电池失效的原因、密封氢-镍(MH-Ni)电池失效的原因有多方面,主要归纳如下:
1、电解液的损耗:氢-镍电池的电解液在电池的充放电循环过程中会在电极和隔膜中重新分配,增加了它们的表面积和孔隙率并导致电极膨胀,电池内压增大,从而导致气体(氢气和氧气)的泄露,最终导致电解液的损耗,电解液的损耗将导致电池溶液内阻增大,电导率降低。有研究表明将失效后的废旧氢-镍电池电极经电解液浸泡后,可使氢-镍电池放电能力恢复10%;
2、电极材料的改变:氢-镍电池经一定次数的充放电循环后,负极中的锰、铝元素会发生偏析溶解,负极储氢合金表面逐渐被腐蚀氧化,在电极表面形成一层氢氧化物,合金体积发生膨胀、收缩,最后导致合金粉化,严重影响了电池在充放电过程中的吸氢氢性能;
1)技术人员对氢-镍电池电极材料在充放电过程中的活性物质作了X射线衍射分析(XRD),分析研究表明:失效的氢-镍电池中的正极活性物质NiOOH经充放电循环后结构形态发生了变化,NiOOH由β-NiOOH转变为γ-NiOOH和α-NiOOH,NiOOH的α/γ相之间的转化可逆性差。
2)γ-NiOOH和α-NiOOH具有较高的吸水量,它们的存在会导致电解液的损耗,电池正极发生体积膨胀,γ-NiOOH会使电极发生细微龟裂,恶化电极容量。
3)隔膜的变化:隔膜在电池中分别起隔离、储存及传输功能,它能有效地将正负极分隔开来,避免电池短路,另外它也是电解液的储存库,隔膜上的微小孔隙是电池充放电过程中氢气和氧气在正负极间渗透穿过的有效通道;目前5氢-镍电池中所用隔膜主要有尼龙(聚己内酰胺与聚酰胺制造)纤维、丙纶(聚丙烯)纤维及维纶(聚乙烯醇缩醛)纤维三类。随着电池充放电循环次数的增加,电池的隔膜结构会发生变化,隔膜的电解液保持能力下降,电池自放电增大,电池寿命减小。
4)另外从电池电极上脱落下的电极材料逐渐堵塞隔膜上的孔隙,严重影响了氢-镍电池中气体的渗透传输,进而增加电池内阻,影响电池充放电性能,导致电池失效。
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