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(zhì)為Ni(OH)2(稱NiO電極),負(fù)極活性物質(zhì)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應(yīng)用的一個重要方向越來越被人們注意。 [1]
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中文名
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鎳氫電池
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外文名
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Ni-MH battery
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正 極
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NiO電極
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負(fù) 極
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金屬氫化物
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分 類
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高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池
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特 點
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性能良好的蓄電池
目錄
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1 鎳氫電池出現(xiàn)
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2 結(jié)構(gòu)與原理
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3 分類
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4 使用時的維護(hù)
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5 發(fā)展趨勢
鎳氫電池出現(xiàn)
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由于化石燃料在人類大規(guī)模開發(fā)利用的情況下越來越少,近年來,氫能源的開發(fā)利用日益受到重視。鎳氫電池作為氫能源應(yīng)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,這樣的高壓力氫氣貯存在薄壁容器內(nèi)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(jì)70年代初由美國的M.Klein和J.F.Stockel等首先研制。用鎳氫電池代替鎘鎳電池并應(yīng)用于各種衛(wèi)星上的趨勢已經(jīng)形成。
結(jié)構(gòu)與原理
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鎳氫電池正極活性物質(zhì)為Ni(OH)2(稱NiO電極),負(fù)極活性物質(zhì)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(zhì)構(gòu)成電極極片的工藝方式主要有燒結(jié)式、拉漿式、泡沫鎳式、纖維鎳式及嵌滲式等,不同工藝制備的電極在容量、大電流放電性能上存在較大差異,一般根據(jù)使用條件不同的工藝生產(chǎn)電池。通訊等民用電池大多采用拉漿式負(fù)極、泡沫鎳式正極構(gòu)成電池。充放電化學(xué)反應(yīng)如下 [1] :
正極:Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e-
負(fù)極:M+H2O+e-=MHab+OH-
總反應(yīng):Ni(OH)2+M=NiOOH+MH
注:M:氫合金;Hab:吸附氫;反應(yīng)式從左到右的過程為充電過程;反應(yīng)式從右到左的過程為放電過程。
充電時正極的Ni(OH)2和OH-反應(yīng)生成NiOOH和H2O,同時釋放出e-一起生成MH和OH-,總反應(yīng)是Ni(OH)2和M生成NiOOH,儲氫合金儲氫;放電時與此相反,MHab釋放H+,H+和OH-生成H2O和e-,NiOOH、H2O和e-重新生成Ni(OH)2和OH-。電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢為1.319V。 [1]
分類
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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(dāng);(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(nèi)短路;(6)安全可靠對環(huán)境無污染,無記憶效應(yīng)等。 [1]
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(hù),可耐較高的充放電率并且無枝晶形成。具有良好的比特性。其質(zhì)量比容量為60A·h/kg,是鎘鎳電池的5倍。(2)循環(huán)壽命長,可達(dá)數(shù)千次之多。(3)與鎳鎘電池相比,全密封,維護(hù)少。(4)低溫性能優(yōu)良,在-10℃時,容量沒有明顯改變。 [1]
使用時的維護(hù)
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鎳氫電池在使用時應(yīng)注意維護(hù)。
(1)使用過程忌過充電。在循環(huán)壽命之內(nèi),使用過程切忌過充電,這是因為過充電容易使正、負(fù)極發(fā)生膨脹,造成活性物脫落和隔膜損壞,導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)破壞和電池歐姆極化變大等問題。
(2)防止電解液變質(zhì)。在鎳氫電池循環(huán)壽命期,應(yīng)抑制電池析氫。
(3)鎳氫電池的存放。保存鎳氫電池應(yīng)在充足電后,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(fù)極儲氫合金的功能減弱,并導(dǎo)致電池壽命減短。 [1]
發(fā)展趨勢
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鎳氫電池已經(jīng)是一種成熟的產(chǎn)品,國際市場上年生產(chǎn)鎳氫電池數(shù)量約7億只,日本鎳氫電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模和產(chǎn)量一直高居各國前列,美國和德國僅次于日本,在鎳氫電池領(lǐng)域也開發(fā)和研制多年。我國制造鎳氫電池原材料的稀土金屬資源豐富,已經(jīng)探明儲量占世界已經(jīng)探明總儲量的80%以上。國內(nèi)研制開發(fā)的鎳氫電池原材料加工技術(shù)也日趨成熟。鎳氫電池可以和鋅錳電池、鎘鎳電池互換使用,今后圓形電池主要朝著產(chǎn)品規(guī)格的多樣性和商業(yè)化方面發(fā)展,而方形電池的發(fā)展重點是作為動力車的動力源。 [1]
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