밀폐형 니켈-메탈하이드라이드 전지의 자기방전 특성에 관한 연구

Abstract

4-1-3. 1. Ni-MH 전지에서의 자기방전거동을 살펴 보았다. Modified Sealed Cell 을 이용하여 개방회로 후 Ni 전극과 MH 전극의 charge retention 양을 측정해 본 결과 MH 전극에서 주로 charge loss 가 일어났다. 따라서 Ni-MH 전지에서의 자기방전거동은 MH 전극에 기인되어 나타났다. 2. $ZrV_{0.8}Ni_{1.6}-Ni$ 전지에서 개방회로시간이 20 일 지난후 MH 전극인 $ZrV_{0.8}Ni_{1.6}$ 전극만을 XRD 와 GC 로 분석해 본 결과 전극내부로부터 수소방출에 의해 charge loss 가 일어남을 확인 하였다. 3. $MmNi_{3.3}Co_{0.7}Al_{1.0}-Ni$ 전지에서의 자기방전거동은 $ZrV_{0.8}Ni_{1.6}-Ni$ 전지와 유사하게 $MmNi_{3.3}Co_{0.7}Al_{1.0}$ 전극에서 수소방출에 의해 진행 되었다. 4-2-1-4. 1. $Zr_{0.8}Ti_{0.2}V_{0.8}Ni_{1.6}$ 전극에 Cu 나 Ni 도금을 했을 때 charge retention이 향상되는 반면 $MmNi_{3.3}Co_{0.7}Al_{1.6}$ 전극에 Cu 도금시에는 charge retention 의 변화가 없었다. 2. $Zr_{0.8}Ti_{0.2}V_{0.8}Ni_{1.6}$ 전극은 수소흡수시 부피팽창은 8-10\%로 pulverization rate가 작아 표면 도금층이 개방회로동안 수소확산에 대한 kinetic barrier 역할을 하기 때￡？L} charge retention 이 향상 되었다. 3. $MmNi_{3.3}Co_{0.7}Al_{1.0}$ 전극은 수소흡수시 부피팽창은 15-17\%로 pulverization rate가 $Zr_{0.8}Ti_{0.2}V_{0.8}Ni_{1.6}$ 전극보다 크기 때문에 개방회로동안 수소방출은 도금충보다 도금되지 않은 표면쪽으로 일어나 도금층이 수소확산에 대한 kinetic barrier 역할을 못해 charge retention의 변화가 없었다. 4. 도금층이 수소확산에 대한 kinetic barrier 역할을 하여 charge retention 이 향상되는 경우 charge retention 이외의 다른 performances 효율은 감소하였다. 4-2-2-4. 1. $Zr_{1-x}Ti_xV_{0.8}Ni_{1.6} - Ni$과 $MmNi_{3.3+x}Co_{0.7}Al_{1.0-x} - Ni$ cell 모두 평형수소압력이 큰 MH 전극을 사용한 경우 개방회로 초기에는 자기방전속도가 빠르다가 10일 이후에는 평형수소압력에 관계없이 비슷한 자기방전거동을 보여주었다. 그 원인은 개방회로 초기에는 평형수소압력이 큰 MH 전극일수록 수소방출에 대한 구동력이 크다가 개방회로 시간이 증가할수록 평형수소압력에 관계없이 구동력은 일정해지기 때문이다. 2. Sealed cell 내의 dead volume 이 클수록 수소분압이 매우 작아 수소방출에 대한 구동력이 $\infty$ 에 가까워지기 때문에 자기방전이 빠르게 진행되었다. 3. Sealed cell 내부를 1기압의 수소분위기로 하였을 때 MH 전극의 type 이나 구조에 관계없이 매우 놀라운 charge retention 향상이 일어났다. 그 원인은 1기압의 수소분위기에서는 수소방출에 대한 구동력이 거의 0에 가깝기 때문이라고 생각된다. 4-3-1. 1. 1기압의 수소분위기에서는 Ni 전극과 MH 전극 모두 자기방전반응은 급격히 감소하나 5기압 이상의 수소분위기에서는 Ni 전극에서 수소의 산화 반응에 의해 주로 자기방전이 일어났다. 2. 1기압의 air 분위기에서 Ni 전극의 자기방전은 매우 느리게 진행되어 MH 전극에 비해 개방회로 동안 capacity loss 는 매우 적었다. 그런데 1기압의 air 분위기에서 미소량 일어나는 Ni 전극의 자기방전기구를 살펴본 결과 개방회로 초기에는 $O_2$ evolution 에 의해 NiOOH 환원반응이 주로 일어나고 개방회로 시간이 증가하면 Ni 전극에 있는 $O_2$ 가 Ni 전극 표면