镍氢电池的原理及与镍镉电池的比较

镍氢电池无记忆效应 ,可随时充电 ,而且
图 6 充电过程中镍氢镍镉电池温度的变化规律
充电前不需要先放空电 ,使用非常方便 。
2. 3 主要技术参数比较
镍氢 、镍镉电池的主要技术参数比较如
表 2 所列 。
咨询编号 :970504
表 2 镍氢 、镍镉电池的主要技术参数比较
参数和特性
能量 、重量密度 (kw/ kg) 能量 、体积蜜度 (kw/ L) 500 次循环容量保持率 ( %) 1000 次循环容量保持率 (5) 大容量放大能力 ( %) 充电时间 (hour) 循环次数 环境污染
从以上各反应式可以看出 , 镍氢电池的 反应与镍镉电池相似 , 只是负极充放电过程 中生成物不同 ,从后两个反应式可以看出 ,镍 氢电池可以做成密封型结构 。镍氢电池的电 解液多采用 KO H 水溶液 , 并加入少量的 Li2 O H 。隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无 纺布等 。为了防止充电过程后期电池内压过 高 ,电池中装有防爆装置 。 1. 2 密封镍氢电池的结构和规格型号
负极
:
H2O
+
充电
eΩ 放电
1 2
H2
+
OH
-
充电
总反应 : Ni (ON )2 Ω NiOO H + 放电
1 2
H2
从方程式看出 : 充电时 , 负极析出的氢 气贮存在容器中 , 正极由氢氧化亚镍变成氢 氧化镍 ( NiOO H) 和 H2 O ; 放电时氢气在负 极被消耗掉 , 正极由氢氧化镍变成氢氧化亚 镍。
1 、镍氢电池
1. 1 基本工作原理 镍氢电池正极的活性物质为 NiOO H (放
电时) 和 Ni (O H) 2 (充电时) , 负极板的活性物 质为 H 2 (放电时) 和 H 2O (充电时) ,电解液采 用 30 %的氢氧化钾溶液 ,电化学反应如下 :
充电
正极 : Ni (ON )2 + O H - - e ΩNiOO H + H2O 放电
圆柱型密封镍氢电池的结构如图 1 所 示 。它由正极板 、负极板 、隔板 、安全排气孔 等部分驵成 。正极板的材料为 NiOO H ,负极 板的材料为贮氢合金 。当镍氢电池过充电 时 , 金属壳内的气体压力将逐渐上升 。当该 压力达到一定数值后 , 顶盖上的限压安全排 气孔打开 , 因此可以避免电池因气体压力过 大而爆炸 。
最小
标准
电流 (mA)
充电
时间 (h)
快速
电流 (mA)
充电
时间 (min)
尺寸
23
( mm)
高
重量 (g)
AAA 1. 2 440 400 80 7～8 400 70 直径 44. 5 13
AA 1. 2 1150 1100ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ220 7～8 1100 70 10. 5 50. 5 26
A 1. 2 1800 1700 340 7～8 1700 70 14. 5 50. 5 37
在常温 ( 20 ℃) 下 , 采用 3C 、1C 和 0. 2C 放电速率时镍氢电池的电压随放电容量的 变化规律如图 3 所示 。由图可以看出 , 采用 0. 2C 放电速率时 , 电压下降到 1. 2V 时 , 镍 氢电池已放出标称容量的 90 %以上 。采用 大电流 (放电速率为 1C) 放电时 , 电池电压 降到 1. 2V 时 , 放出的容量也已达到 70 %以 上。
4/ 5A 1. 2 1450 1400 280 7～8 1400 70 17. 5 43 34
SC 1. 2 2400 2200 450 7～8 2200 70 17. 5 43 53
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《国外电子元器件》1997 年第 5 期 1997 年 5 月
图 3 镍氢电池的放电特性曲线
图 5 镍氢 、镍镉电池充电电压比较
2 、镍氢电池与镍镉电池比较
2. 1 充电特性比较 镍氢电池的充电特性与镍镉电池类似 ,充
电过程中二者的电压和温度曲线如图 5 和图6 所示。可以看出 ,充电终止时 ,镍镉电池的电压 下降比镍氢电池要大得多 。当电池容量达到额
表 1 密封镍氢电池的型号和技术参数
型号
电压 (V)
容量
典型
( mA h)
国产密封镍氢电池的型号和主要技术参 数如表 1 所列 。 1. 3 镍气电池的主要特性
在常温 (20 ℃) 下 , 采用 1C 、0. 2C 和 0. 5C 充电率时 ,电池电压随充入电量的变化
镍氢电池的原理及与镍镉电池的比较
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图 1 密封镍氢电池的结构
规律如图 2 所示 。镍氢电池充足电后 ,电压基 本保持不变 ,开始过充电后 ,电池电压出现很 小负增量 。通常 ,采用 1C 充电速率时 ,70 分 钟以内 ,镍氢电池可以充足电 。采用 0. 2C 充 电速率时 ,充电时间约为 7 小时 。
镍氢电池 镍镉电池
Ni2MH Ni2Cd
67
27
180 70～80
95
90
90
84
80
60～70
0. 521
1
> 1000 无
400 严重
记忆效应
无
有
镍氢电池与同体积的镍镉电池相比 , 容 量可以增加一倍 , 并且充放电循环次数达到 500 次以后 , 镍氢电池的容量并无明显减 少 。通常充放电循环次数可达到 1000 次 。
镍氢电池中 ,不用价格很昂贵的有毒物质 —金属镉 ,因此 ,镍氢电池生产、使用以及废弃 后 ,均不会污染环境 ,因此被称为绿色电池。
过量充电时的电化学反应 :
正极 : 2O H -
-
2e
→1 2
O2
+
H2 O
负极 : 2 H2 O + 2e →H2 + 2O H -
总反应 :
H2 O
→H2
+
1 2
O2
再化合 :
H2
+
1 2
O2
→H2 O
从方程式看出 ,蓄电池过量充电时 ,正极 板析出氧气 , 负极板析出氢气 。由于有催化
剂的氢电极面积大 , 而且氧气能够随时扩散 到氢电极表面 , 因此氢气和氧气能够很容易 在蓄电池内部再化合生成水 , 使容器内的气 体压力保持不变 ,这种再化合的速率很快 ,可 以使蓄电池的内部氧气的浓度 , 不超过千分 之几 。
图 4 镍氢电池低温放电特性
定容量的 80 %以前 , 镍镉电池的温度缓慢上 升 , 当电池容量达到 90 %以后 , 镍镉电池的温 度才很快上升。当电池基本充足电时 ,镍镉/ 镍 氢电池的温度上升率基本相同 。 2. 2 应用特点比较
镍氢电池的工作电压与镍镉电池完全相 同 , 均为 1. 2V , 因此完全可以取代镍镉电 池。
镍氢电池具有较好的低温放电特性 。当
图 2 镍氢电池的充电特性曲线
环境温度为 - 20 ℃时 ,镍氢电池的放电特性 如图 4 所示 。采用 0. 2C 放电速率时 , 镍氢 电池放出容量可达到标称容量的 90 % , 采 用大电流 (放电速率为 1C) 放电时 , 镍氢电 池放出的容量也能达到标称容量的 85 %以 上 。应当说明 , 镍氢电池的自放电率很小 , 在常温下 , 镍氢电池充足电后 , 放置 28 天 , 电池容量仍能保持在标称容量的 75～85 % 之间 。
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《国外电子元器件》1997 年第 5 期 1997 年 5 月
●新特器件应用
镍氢电池的原理及与镍镉电池的比较
西安通信学院 张鹏 孟进 许英
摘要 : 镍氢电池是一种性能非常优异的新型电池 , 在不久的将来 , 它一定会取代目前 大量应用的镍镉电池 。本文详细介绍了镍氢电池的基本工作原理 、结构和特性 ,还从 多个方面对镍氢与镍镉电池进行了比较 。 关键词 :镍氢电池 镍镉电池 充电速率 放电速率