鎳氫電池

鎳氫電池

鎳氫電池是一種性能良好的蓄電池。鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。鎳氫電池正極活性物質為Ni(OH)2(稱NiO電極),負極活性物質為金屬氫化物,也稱儲氫合金(電極稱儲氫電極),電解液為6mol/L氫氧化鉀溶液。鎳氫電池作為氫能源套用的一個重要方向越來越被人們注意。

鎳氫電池出現

由於化石燃料在人類大規模開發利用的情況下越來越少,近年來,氫能源的開發利用日益受到重視。鎳氫電池作為氫能源套用的一個重要方向越來越被人們注意。雖然鎳氫電池確實是一種性能良好的蓄電池,但航天用鎳氫電池是高壓鎳氫電池(氫壓可達3.92MPa,即40kg/cm ),這樣的高壓力氫氣貯存在薄壁容器內使用容易爆炸,而且鎳氫電池還需要貴金屬做催化劑,使它的成本變得很貴,這就很難為民用所接受,因此,國外自70年代開始探索民用的低壓鎳氫電池。鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。高壓鎳氫電池是20世紀70年代初由美國的M.Klein和J.F.Stockel等首先研製。用鎳氫電池代替鎘鎳電池並套用於各種衛星上的趨勢已經形成。

結構與原理

鎳氫電池正極活性物質為Ni(OH)(稱NiO電極),負極活性物質為金屬氫化物,也稱儲氫合金(電極稱儲氫電極),電解液為6mol/L氫氧化鉀溶液。活性物質構成電極極片的工藝方式主要有燒結式、拉漿式、泡沫鎳式、纖維鎳式及嵌滲式等,不同工藝製備的電極在容量、大電流放電性能上存在較大差異,一般根據使用條件不同的工藝生產電池。通訊等民用電池大多採用拉漿式負極、泡沫鎳式正極構成電池。充放電化學反應如下 :

正極:Ni(OH)+OH =NiOOH+HO+e

負極:M+HO+e =MH+OH

總反應:Ni(OH)+M=NiOOH+MH

註:M:氫合金;H:吸附氫;反應式從左到右的過程為充電過程;反應式從右到左的過程為放電過程。

充電時正極的Ni(OH)和OH 反應生成NiOOH和HO,同時釋放出e 一起生成MH和OH ,總反應是Ni(OH)和M生成NiOOH,儲氫合金儲氫;放電時與此相反,MH釋放H ,H 和OH 生成HO和e ,NiOOH、HO和e 重新生成Ni(OH)和OH 。電池的標準電動勢為1.319V。

分類

鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。

低壓鎳氫電池具有以下特點:(1)電池電壓為1.2~1.3V,與鎘鎳電池相當;(2)能量密度高,是鎘鎳電池的1.5倍以上;(3)可快速充放電,低溫性能良好;(4)可密封,耐過充放電能力強;(5)無樹枝狀晶體生成,可防止電池內短路;(6)安全可靠對環境無污染,無記憶效應等。

高壓鎳氫電池具有如下特點:(1)可靠性強。具有較好的過放電、過充電保護,可耐較高的充放電率並且無枝晶形成。具有良好的比特性。其質量比容量為60A·h/kg,是鎘鎳電池的5倍。(2)循環壽命長,可達數千次之多。(3)全密封,維護少。(4)低溫性能優良,在-10℃時,容量沒有明顯改變。

使用時的維護

鎳氫電池在使用時應注意維護。

(1)使用過程忌過充電。在循環壽命之內,使用過程切忌過充電,這是因為過充電容易使正、負極發生膨脹,造成活性物脫落和隔膜損壞,導電網路破壞和電池歐姆極化變大等問題。

(2)防止電解液變質。在鎳氫電池循環壽命期,應抑制電池析氫。

(3)鎳氫電池的存放。保存鎳氫電池應在充足電後,如果在電池中沒有儲存電能的情況下長期保存電池,將使電池負極儲氫合金的功能減弱,並導致電池壽命減短。

(4)電量用盡後充電。鎳氫電池和鎳鎘電池相同,都有“記憶效應”,即如果放電途中在電池還殘存電能的狀態下反覆充電使用,電池很快就不能用了。

發展趨勢

鎳氫電池已經是一種成熟的產品,目前國際市場上年生產鎳氫電池數量約7億隻,日本鎳氫電池產業規模和產量一直高居各國前列,美國和德國僅此於日本,在鎳氫電池領域也開發和研製多年。我國製造鎳氫電池原材料的稀土金屬資源豐富,已經探明儲量占世界已經探明總儲量的80%以上。目前國內研製開發的鎳氫電池原材料加工技術也日趨成熟。鎳氫電池可以和鋅錳電池、鎘鎳電池互換使用,今後圓形電池主要朝著產品規格的多樣性和商業化方面發展,而方形電池的發展重點是作為動力車的動力源。

電池種類

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