高压Ni-H2电池用氧化锆纤维布性能研究

氢镍电池对其隔膜的强度、抗氧化能力、化学稳定性、尺寸稳定性、碱液保持能力具有很高的要求,氧化锆纤维布可以在多个方面满足其性能要求。各种理化性能指标可以作为隔膜性能的参考,而电池性能测试是最有效的考查隔膜性能的方法。本文对两种氧化锆纤维布与美国的ZYK-15H的理化性能和电性能测试结果进行了对比,三者性能差异不明显。

氧化锆纤维布的研究

氧化锆纤维布是大容量碱性电池的理想隔膜材料。本文研究了氧化锆纤维布的制备工艺 ,原料纤维、浸渍工艺参数、热处理工艺等对氧化锆纤维布性能的影响。所研制的氧化锆纤维布在大容量镍氢电池中作为隔膜得到了应用 ,电性能及吸碱速率和吸碱量优于美国产品 。

热处理制度对氧化锆纤维布组织的影响

采用前驱体浸渍转化法制备氧化锆纤维布制品,利用X射线衍射和扫描电镜研究制备过程热处理制度对样品组织结构的影响。结果表明:氧化锆纤维布制品具有与前驱体纤维布相同的物理形貌,其单根纤维光滑饱满,直径约为5～8μm;组成纤维布的主晶相为t-ZrO2,平均晶粒粒径约为15～30 nm;降低烧结温度、加快升温和冷却速率,均有利于细化晶粒,减少次物相m-ZrO2和c-ZrO2的产生,但在一定程度上降低制品的致密度。

浸渍工艺对ZrO_2纤维布结构及性能的影响

采用前驱体浸渍工艺制备ZrO2纤维布。利用SEM、XRD研究粘胶织物及ZrO2纤维布的微观结构;测试了ZrO2纤维布的横向抗张强度,研究了浸渍工艺对ZrO2纤维布微观结构、面密度和抗张强度的影响。结果表明:粘胶织物是制备ZrO2纤维布的理想前驱体材料;改善浸渍方式、提高浸渍溶液浓度和温度均能提高ZrO2纤维布的面密度;浸渍方式显著影响单根纤维的致密程度,残液去除方式显著影响纤维的分散程度,采用辊压浸渍和离心甩干去除残液的方式能够显著提高ZrO2纤维布的抗张强度。

前驱体法制备氧化锆无机纤维的研究

用前驱体载体溶液浸渍法制备了氧化锆无机纤维,经热处理200℃开始炭化,600℃纤维炭化基本完成。采用TG-DSC分析浸渍前后纤维的热性能,用FT-IR、SEM、XRD分析热处理前后纤维的组织结构。研究结果表明:氧化锆纤维的开始形成温度为400℃;热处理前纤维主要由纤维和锆盐组成,热处理后样品为单一的ZrO2组分;氧化锆纤维制品具有与前驱体纤维相同的物理形貌,单根纤维饱满,直径约为4～5μm;组成纤维的主晶相为t-ZrO2,并随热处理温度的升高出现次相c-ZrO2。

氧化锆纤维布强度的研究

氧化锆纤维布的强度受到多种因素的影响,当氧化锆纤维布的晶相为四方晶相时,其力学性能最佳;优化布的织物结构可以大幅度提高其强度;PSU和S-PSU对氧化锆纤维布起到增强的作用,PSU也导致其吸碱率和吸碱速率下降,而采用S-PSU代替PSU则对吸碱率和吸碱速率下降会有所改善;通过细化氧化锆晶粒尺寸、提高晶体的完整性、保留气孔结构等方法可以获得高强度的氧化锆纤维布。