氢能源电池电极生产工艺

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一、开启氢能产业化发展新阶段长城膜电极实现规模化量产

易车讯 近期，长城旗下未势能源实现完全自研全新高性能膜电极规模化量产，代表着长城燃料电池技术从研发阶段迈进产业化发展新阶段，加速了膜电极国产化进程，高效促进燃料电池技术规模化应用。

作为燃料电池的核心关键部件，膜电极结构设计和制备工艺非常复杂，整个研发周期长、技术壁垒高，实现规模化量产难度十分高。长城从技术研发和生产制造两方面进行突破，成功实现规模化量产，有效促进核心部件国产化进程。

膜电极技术方面，长城创新“梯度技术”，采用多阶分散制浆技术、梯度转印技术、薄片化封装技术实现离聚物定向梯度化分布，形成了特有的商业化膜电极技术序列。依托此项创新性技术，长城陆续攻克了高功率密度、可靠封装和循环寿命等关键技术瓶颈，自主研发的膜电极产品拥有高性能特点，单位面积发电功率、催化剂铂载量、使用寿命等关键性能指标均达到国内、国际先进水平，进一步促进膜电极核心技术国产化替代率，提升了自主技术的全球竞争力。

产品生产制造上，长城个性化定制全球先进的日、德等高精度生产设备，自主设计全自动“卷对卷”膜电极生产线，集成在线检测技术，实现全流程高精度控制，保障了产品的一致性和可靠性。该产线全面达产后，可年产膜电极百万片以上，预计年产值超3亿元以上。

一直以来，长城积极推进氢能产业发展，在全产业链同时大力布局，加速产品落地和规模化应用，全面助推氢能产业规模化发展。目前已建成并运行国内首座氢能技术中心，实现氢能及燃料电池产业关键部件完全自主化，未来3年内，长城还将继续投入超过30亿元研发费用，并达到万套产能规模。

具体成果方面，上游制氢领域推出新一代钙钛矿太阳能光伏技术，实现破世界纪录的20.01%光电转换效率；中游储氢领域的氢+电储能系统是一套规模化可再生能源存储解决方案；下游核心产品层面上，长城的氢能核心动力系统零部件，能够全面供应公交/大巴+重卡/物流+乘用车三大应用平台。

目前长城已经实现“电堆及核心组件、燃料电池发动机及组件(控制器等)、Ⅳ型储氢瓶、高压储氢阀门、氢安全、液氢工艺”六大核心技术和产品的知识产权完全自主化，多项技术均解决了制约行业发展的难题。此外，基于全产业链发展，长城在促进氢能产业规模化发展上也取得了诸多成果，除了此次高性能膜电极规模化量产外，长城此前完全自研的百千瓦级大功率燃料电池系统已经装车重卡正式投运，促进了氢能产业商业化发展。

在国际级一体化供应链生态战略下，长城以不断创新的核心技术和产品制造能力实现诸多核心产品自主化规模量产，通过完整的产业布局大幅提升整个氢能产业规模化应用的速度，持续关注。

二、镍氢电池

镍氢电池是一种性能良好的蓄电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。镍氢电池正极活性物质为Ni（OH）2（称NiO电极），负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金（电极称储氢电极），电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。

镍氢电池镍氢电池出现

由于化石燃料在人类大规模开发利用的情况下越来越少，近年来，氢能源的开发利用日益受到重视。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。虽然镍氢电池确实是一种性能良好的蓄电池，但航天用镍氢电池是高压镍氢电池（氢压可达3.92MPa，即40kg/cm2），这样的高压力氢气贮存在薄壁容器内使用容易爆炸，而且镍氢电池还需要贵金属做催化剂，使它的成本变得很贵，这就很难为民用所接受，因此，国外自70年代开始探索民用的低压镍氢电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。高压镍氢电池是20世纪70年代初由美国的M.Klein和J.F.Stockel等首先研制。用镍氢电池代替镉镍电池并应用于各种卫星上的趋势已经形成。

镍氢电池结构与原理

镍氢电池正极活性物质为Ni（OH）2（称NiO电极），负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金（电极称储氢电极），电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。活性物质构成电极极片的工艺方式主要有烧结式、拉浆式、泡沫镍式、纤维镍式及嵌渗式等，不同工艺制备的电极在容量、大电流放电性能上存在较大差异，一般根据使用条件不同的工艺生产电池。通讯等民用电池大多采用拉浆式负极、泡沫镍式正极构成电池。充放电化学反应如下：

正极：Ni（OH）2+OH-=NiOOH+H2O+e-

负极：M+H2O+e-=MHab+OH-

总反应：Ni（OH）2+M=NiOOH+MH

注：M：氢合金；Hab：吸附氢；反应式从左到右的过程为充电过程；反应式从右到左的过程为放电过程。

充电时正极的Ni（OH）2和OH-反应生成NiOOH和H2O，同时释放出e-一起生成MH和OH-，总反应是Ni（OH）2和M生成NiOOH，储氢合金储氢；放电时与此相反，MHab释放H+，H+和OH-生成H2O和e-，NiOOH、H2O和e-重新生成Ni（OH）2和OH-。电池的标准电动势为1.319V。

镍氢电池分类

镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。

低压镍氢电池具有以下特点：（1）电池电压为1.2~1.3V，与镉镍电池相当；（2）能量密度高，是镉镍电池的1.5倍以上；（3）可快速充放电，低温性能良好；（4）可密封，耐过充放电能力强；（5）无树枝状晶体生成，可防止电池内短路；（6）安全可靠对环境无污染，无记忆效应等。

高压镍氢电池具有如下特点：（1）可靠性强。具有较好的过放电、过充电保护，可耐较高的充放电率并且无枝晶形成。具有良好的比特性。其质量比容量为60A·h/kg，是镉镍电池的5倍。（2）循环寿命长，可达数千次之多。（3）全密封，维护少。（4）低温性能优良，在-10℃时，容量没有明显改变。

镍氢电池使用时的维护

镍氢电池在使用时应注意维护。

（1）使用过程忌过充电。在循环寿命之内，使用过程切忌过充电，这是因为过充电容易使正、负极发生膨胀，造成活性物脱落和隔膜损坏，导电网络破坏和电池欧姆极化变大等问题。

（2）防止电解液变质。在镍氢电池循环寿命期，应抑制电池析氢。

（3）镍氢电池的存放。保存镍氢电池应在充足电后，如果在电池中没有储存电能的情况下长期保存电池，将使电池负极储氢合金的功能减弱，并导致电池寿命减短。

三、氢能源电池的原理是什么

氢能源电池的工作原理主要是通过电解水来产生电力。在这个过程中，氢能源电池将水分子分解成氢气和氧气，同时释放出能量。这个过程是通过一系列的化学反应和电化学反应来实现的。

首先，氢能源电池内部一般包含两个电极，一个为正极，另一个为负极。这两个电极通常由能够吸收和释放氢气的材料制成。在充电过程中，电流通过电极流动，并在电极之间产生电位差。

接下来是电解水的过程。这个过程是通过添加催化剂来实现的。常见的催化剂有铂和铁等。催化剂能够加速水分子分解成氢气和氧气的反应，同时降低反应的能量壁垒。在正极上，水分子分解成氢气和氧气，同时释放出电能。这些电子通过外部电路传递，从而产生额外的电力。

在负极上，氢气被吸附并释放出来，同时与电极发生反应，产生氢离子（H+）和电子。这些电子通过外部电路传递，从而产生电流。氢离子则通过电解质（一种能够在电极之间传递离子的物质）移动到正极，参与整个电解水的循环过程。

在整个过程中，氢能源电池通过电解水产生电力，而不需要燃烧或排放有害物质。因此，氢能源电池被认为是一种环保的能源方式。

然而，氢能源电池的研发和生产目前仍处于初级阶段，需要克服许多技术难题，如催化剂的选择、电池的稳定性和寿命等。

总的来说，氢能源电池的工作原理是通过一系列的化学反应和电化学反应，将水分解成氢气和氧气，并释放出能量，从而产生电力。这种能源方式具有环保、高效等优点，但目前仍面临一些技术挑战。

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