镍氢电池

2022年12月4日电池1311阅读模式

镍氢电池是由氢离子和金属镍合成的一种碱性蓄电池,它的正极活性物质主要由镍制成,负极活性物质主要由贮氢合金制成。

镍氢电池

镍氢电池

镍氢电池电量储藏比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,运用寿命也更长,而且对环境无污染。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵许多,功能比锂电池要差。

镍氢电池的应用

镍氢电池

镍氢电池

镍氢电池被广泛应用于专业电子设备、汽车、工业应用、照明、通讯、电动工具、家电电器和备用电源、便携式打印机、移动工具、数码产品;医疗设备、远程通信设备、液晶电视机;通讯仪器、激光器仪器、仪器仪表以及电动玩具等。

结构与原理

镍氢电池

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。

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。

镍氢电池的优点

镍氢电池

镍氢电池

1、功率性能好:镍氢电池内部使用了大量的金属材料,导电性能良好,可以适应大功率放电,目前比功率达到1500W/kg以上。

2、低温性能好:采用的为无机电解液体系,低温性能相对比锂系列电池要好。

3、应用等比较成熟:目前商业化的混合电动 如丰田的Prius、本田的Insight 混合电动汽车使用的均为镍氢电池。

4、电池管理系统相对简单:电池耐过充电和过放电能力比较强,没必要监测到每只单体电池的电压。电池在充电过程中可以通过和消耗气体(氧气)的副反应来实现自均衡,不必要采用特别的均衡电路。

5、循环寿命高:目前应用在电动汽车辆上的镍氢动力锂离子电池组,80%放点深度循环可以达到1000次以上,为铅酸电池的三倍以上,100%DOD循环寿命也在500次以上,在混合动力的汽车上可以使用五年以上;

6、无污染,耐过充过放,具有较高的回收价值。

镍氢电池的缺点

镍氢电池

镍氢电池

1、电池比能量较低:一般在50~70W·h/kg。虽然是铅酸电池的2~3倍,但与锂系列电池相比较,相差较大。

2、标称电压低:1.2V的标称电压,组合成数百伏的车用动力电源系统,就需要更多的电池串联,对电池的一致性、可靠性要求更高。

3、高温充电性能差:高温下充电效率降低,反应效率的降低推动电池温度的进一步升高,最终可能会出现热失控,而出现安全问题。

4、自放电大:在常用的铅酸、镍氢、锂系列动力电池当中,镍氢电池的自放电是比较大的。一般充满电常温搁置28天自放电达到10%~30%。

5、材料成本高:镍氢电池中使用了大量较贵重的金属如镍、钴等,使电池原材料成本比较高。

分类

镍氢电池

镍氢电池

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)与镍镉电池相比,全密封,维护少。

(4)低温性能优良,在-10℃时,容量没有明显改变。

镍氢电池的使用

镍氢电池

镍氢电池

一般情况下,新购买的镍氢电池只含有少量电量,要先进行充电然后再使用。如果电池出厂时间比较短,电量足,推荐先使用然后再充电。新买的镍氢电池一般要经过3~4次的充电和使用,性能才能发挥到最佳状态。很多朋友第一次充电后使用时间没有想象的那么多,在3~4次充电和使用后问题就迎刃而解了。

虽然镍氢电池无记忆效应,仍然推荐尽量每次使用完后再充电,并且是一次性充满,不要用一会儿充一会儿,有利于延长电池寿命。关于镍氢电池的充电方法可参见FDK提供的充电机制,如下图所示:

长期不用的镍氢电池会在存放几个月后,自然进入一种“休眠”状态,电池寿命大大降低。如果镍氢电池已经放置了很长的时候,建议先用慢充进行充电为宜。

据测试,镍氢电池保存的最佳条件是带电80%左右保存。这是因为镍氢电池的自放电较大(一个月10%~15%左右),如果电池完全放电后再保存,很长时间内不使用,电池的自放电现象就会造成电池的过放电,会损坏电池。

使用时的维护

镍氢电池

镍氢电池

(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。

锂电池

锂电池是现在各种电子设备甚至是电动车上最常用的电池,比如手机、相机、平板电脑、可穿戴设备等等都是用的锂电池,锂电池应用这么广泛与他无与伦比的优势有密不可分的联系,当然任何东西不可能光有优点,锂电池的缺点也是显而易见的。

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碱性锌锰电池

碱性锌锰电池是我们在市场上很容易买得到的5号电池,也被称作锌锰碱性电池,是干电池的一种,碱性锌锰电池大电流和连续放电性能优越,比普通锌锰电池容量高,低温性能好,是性能价格比最高的民用一次电池,特别适用于照相机、儿童玩具等大电流连续使用的器具。

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