镍氢电池动力电池
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4 O H - 4 e O 2 2 H 2 O
精品课件
❖ 因此,在充电过程中．镍电极上会有O2析出，但这 并不表示充电过程已全部完成。通常情况下，在 充电不久时镍电极就会开始析氧，这是镍电极的 一个特点。在极限情况下,表面层中生成的NiO2并 非以单独的结构存在于电极中，而是掺杂在NiOOH 晶格中。NiO2不稳定，会发生分解，析出氧气。
力和良好透气性的隔膜、碱
性电解液、金属壳体、具有
自动密封的安全阀及其他部
件。图示的圆柱形电池，采
用被隔膜相互隔离开的正、
负极板呈螺旋状卷绕在壳体
内，壳体用盖帽进行密封，
在壳体和盖帽之间用绝缘材
质的密封圈隔开。
精品课件
❖ 储氢合金在进行吸氢／放氢化学反应(可逆反应) 的过程中，也伴随着放热／吸热的热反应(可逆反 应)，同时也产生充电／放电的电化学反应(可逆 反应)。具有实用价值的储氢合金应该具有储氢量 大、容易活化、吸氢／放氢的化学反应速率快、 使用寿命长及成本低廉等特性。
C d + O H C d O H 吸 附 e
精品课件
❖ 随着电板电势不断升高，镉进一步氧化，生成 Cd(OH)3－进入溶液:
C d O H 吸 附 2 O H C d ( O H ) 3 2 e
❖ 当界面溶液中Cd(OH)3－过饱和时，Cd(OH)2就沉积 析出:
C d (O H )3 C d (O H )2 O H
精品课件
❖ 目前，以储氢合金为负极材料的镍氢电池能满足 混合动力电动汽车所要求的高能量、高功率、长 寿命和足够宽的工作温度范围要求动力电动汽车 动力电池市场的主流产品，同时该类电池也已经 广泛地应用在电子工具、电动自行车等日常生活 用品上。
精品课件
❖ 1.镍氢电池结构
❖ 包括以镍的储氢合金为主要 材料的负极板、具有保液能
2 N iO 2+ H 2 O 2 N iO O H + 1 2O 2
精品课件
❖ (2)镉电极的反应机理 ❖ 镍镉电池的负极活性物质是海绵状金属镉，放电
产物是难溶于KOH溶液的Cd(OH)2。镉电极的放电 反应机理是溶解一沉积机理，放电时Cd被氧化， 生成Cd(OH)3－进入溶液，然后再形成Cd(OH)2沉积 在电极上。Cd(OH)3－在碱液中的溶解度为9×105mol/L，该浓度可以使镉电极具有较高的反应速 率，这也是镍镉电池能够高倍率放电的主要原因 。 电极的放电机理为首先发生OH－的吸附:
精品课件
❖ 正极充放电反应为 N iO O H + H 2 O e 放 充 电 电 N i(O H )2 + O H
❖ 负极充放电反应为 C d+ 2O H 2e 放 充 电 电 C d(O H )2
❖ 电池总反应为 C d + 2 N iO O H + 2 H 2 O 放 充 电 电 C d ( O H ) 2 + 2 N i( O H ) 2
❖ 生成的Cd(OH)2附着在电极表面上，形成疏松多孔 的Cd(OH)2，有利于溶液中的OH－继续向电极内部 扩散，使内部的海绵状镉也通过溶解沉积过程转 化为Cd(OH)2实现内部活性物质的放电。
精品课件
ห้องสมุดไป่ตู้
镍氢电池结构及储能原理
❖ 镍氢(MH-Ni)电池是在Ni-Cd电池的基础上发展起 来的，相对于镍镉电池，其最大的优点是环境友 好．不存在重金属污染。民用镍氢电池又是以航 天用高压镍氢电池为基础，由于高压镍氢电池采 用高压氢，而且还需要用贵金属作催化剂，这就 很难为民用所接受。自20世纪70年代中期，研究 者开始探索民用的低压氢镍电池。镍氢电池于 1988年进入实用化阶段，1990年在日本开始规模 生产。
精品课件
镍镉电池结构及储能原理
❖镍镉电池(Ni-Cd，Nickel—Cadmiun Battery)因 其碱性氢氧化物中含有金属镍和镉而得名。
图4-1镍镉电池结构示意图
精品课件
❖ 镍镉蓄电池的正极材料为球形氢氧化镍，充电时 为NiOOH,放电时为Ni(OH)2。负极材料为海绵状金 属镉或氧化镉粉以及氧化铁粉，氧化铁粉的作用 是使氧化镉粉有较高的扩散性，增加极板的容量 。电解液通常为氢氧化纳或氢氧化钾溶液，为了 增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中 加入少量的氢量的氢氧化锂（大约每升电解液加 15~20g）。
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本章学习目标
❖ 1.掌握镍镉电池储能结构及原理 ❖ 2.掌握镍氢电池储能结构及原理 ❖ 3.掌握镍氢电池在电动汽车上的应用
精品课件
1.碱性动力电池的储能原理与结构 2.碱性动力电池的性能及检测 3.碱性动力电池的应用
精品课件
1.碱性动力电池的储能原理与结构
1 镍镉电池结构及储能原理 2 镍氢电池结构及储能原理
精品课件
❖ (1)镍电极反应机理 ❖ 镍电极充电时，首先是电极中Ni(OH)2颗粒表面的
Ni2+失去电子成为Ni3+，电子通过正极中的导电网 络和集流体向外电路转移；同时Ni(OH)2颗粒表面 晶格OH－中的H+通过界面双电层进入溶液，与溶液 中的OH－结合生成H2O。上述反应先是发生在 Ni(OH)2颗粒的表面层，使得表面层中质子H+浓度 降低，而颗粒内部仍保持较高浓度的H+。由于浓 度梯度，H+从颗粒内部向表面层扩散。
精品课件
❖ 镍电极充电时，由于质子H+在NiOOH／Ni(OH)2， 颗粒中扩散系数小，颗粒表面的质子浓度降低， 在极限情况下会降低到零，这时表面层中的NiOOH 几乎全部转化为NiO2。电极电势不断升高，反应 如下:
N iO O H + O H N iO 2 + H 2 O e
❖ 由于电极电势的升高，导致溶液中的OH-被氧化， 发生如下反应:
任务三 碱性动力电池及其应用
精品课件
【引入】
❖ 碱性电池包含的电池类型广泛，现阶段在电动车 辆上应用最多的是镍氢电池。该种电池技术成熟 、比功率大、无记忆效应，是产业化生产的混合 动力电动汽车用动力电池的主体，也是至今量产 的电动汽车中应用量最大的电池种类。
❖ 本章将重点介绍镍氢电池的结构、工作原理、充 放电特性以及储氢合金的基本特性。
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❖ 因此,在充电过程中．镍电极上会有O2析出，但这 并不表示充电过程已全部完成。通常情况下，在 充电不久时镍电极就会开始析氧，这是镍电极的 一个特点。在极限情况下,表面层中生成的NiO2并 非以单独的结构存在于电极中，而是掺杂在NiOOH 晶格中。NiO2不稳定，会发生分解，析出氧气。
力和良好透气性的隔膜、碱
性电解液、金属壳体、具有
自动密封的安全阀及其他部
件。图示的圆柱形电池，采
用被隔膜相互隔离开的正、
负极板呈螺旋状卷绕在壳体
内，壳体用盖帽进行密封，
在壳体和盖帽之间用绝缘材
质的密封圈隔开。
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❖ 储氢合金在进行吸氢／放氢化学反应(可逆反应) 的过程中，也伴随着放热／吸热的热反应(可逆反 应)，同时也产生充电／放电的电化学反应(可逆 反应)。具有实用价值的储氢合金应该具有储氢量 大、容易活化、吸氢／放氢的化学反应速率快、 使用寿命长及成本低廉等特性。
C d + O H C d O H 吸 附 e
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❖ 随着电板电势不断升高，镉进一步氧化，生成 Cd(OH)3－进入溶液:
C d O H 吸 附 2 O H C d ( O H ) 3 2 e
❖ 当界面溶液中Cd(OH)3－过饱和时，Cd(OH)2就沉积 析出:
C d (O H )3 C d (O H )2 O H
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❖ 目前，以储氢合金为负极材料的镍氢电池能满足 混合动力电动汽车所要求的高能量、高功率、长 寿命和足够宽的工作温度范围要求动力电动汽车 动力电池市场的主流产品，同时该类电池也已经 广泛地应用在电子工具、电动自行车等日常生活 用品上。
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❖ 1.镍氢电池结构
❖ 包括以镍的储氢合金为主要 材料的负极板、具有保液能
2 N iO 2+ H 2 O 2 N iO O H + 1 2O 2
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❖ (2)镉电极的反应机理 ❖ 镍镉电池的负极活性物质是海绵状金属镉，放电
产物是难溶于KOH溶液的Cd(OH)2。镉电极的放电 反应机理是溶解一沉积机理，放电时Cd被氧化， 生成Cd(OH)3－进入溶液，然后再形成Cd(OH)2沉积 在电极上。Cd(OH)3－在碱液中的溶解度为9×105mol/L，该浓度可以使镉电极具有较高的反应速 率，这也是镍镉电池能够高倍率放电的主要原因 。 电极的放电机理为首先发生OH－的吸附:
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❖ 正极充放电反应为 N iO O H + H 2 O e 放 充 电 电 N i(O H )2 + O H
❖ 负极充放电反应为 C d+ 2O H 2e 放 充 电 电 C d(O H )2
❖ 电池总反应为 C d + 2 N iO O H + 2 H 2 O 放 充 电 电 C d ( O H ) 2 + 2 N i( O H ) 2
❖ 生成的Cd(OH)2附着在电极表面上，形成疏松多孔 的Cd(OH)2，有利于溶液中的OH－继续向电极内部 扩散，使内部的海绵状镉也通过溶解沉积过程转 化为Cd(OH)2实现内部活性物质的放电。
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镍氢电池结构及储能原理
❖ 镍氢(MH-Ni)电池是在Ni-Cd电池的基础上发展起 来的，相对于镍镉电池，其最大的优点是环境友 好．不存在重金属污染。民用镍氢电池又是以航 天用高压镍氢电池为基础，由于高压镍氢电池采 用高压氢，而且还需要用贵金属作催化剂，这就 很难为民用所接受。自20世纪70年代中期，研究 者开始探索民用的低压氢镍电池。镍氢电池于 1988年进入实用化阶段，1990年在日本开始规模 生产。
精品课件
镍镉电池结构及储能原理
❖镍镉电池(Ni-Cd，Nickel—Cadmiun Battery)因 其碱性氢氧化物中含有金属镍和镉而得名。
图4-1镍镉电池结构示意图
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❖ 镍镉蓄电池的正极材料为球形氢氧化镍，充电时 为NiOOH,放电时为Ni(OH)2。负极材料为海绵状金 属镉或氧化镉粉以及氧化铁粉，氧化铁粉的作用 是使氧化镉粉有较高的扩散性，增加极板的容量 。电解液通常为氢氧化纳或氢氧化钾溶液，为了 增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中 加入少量的氢量的氢氧化锂（大约每升电解液加 15~20g）。
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本章学习目标
❖ 1.掌握镍镉电池储能结构及原理 ❖ 2.掌握镍氢电池储能结构及原理 ❖ 3.掌握镍氢电池在电动汽车上的应用
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1.碱性动力电池的储能原理与结构 2.碱性动力电池的性能及检测 3.碱性动力电池的应用
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1.碱性动力电池的储能原理与结构
1 镍镉电池结构及储能原理 2 镍氢电池结构及储能原理
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❖ (1)镍电极反应机理 ❖ 镍电极充电时，首先是电极中Ni(OH)2颗粒表面的
Ni2+失去电子成为Ni3+，电子通过正极中的导电网 络和集流体向外电路转移；同时Ni(OH)2颗粒表面 晶格OH－中的H+通过界面双电层进入溶液，与溶液 中的OH－结合生成H2O。上述反应先是发生在 Ni(OH)2颗粒的表面层，使得表面层中质子H+浓度 降低，而颗粒内部仍保持较高浓度的H+。由于浓 度梯度，H+从颗粒内部向表面层扩散。
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❖ 镍电极充电时，由于质子H+在NiOOH／Ni(OH)2， 颗粒中扩散系数小，颗粒表面的质子浓度降低， 在极限情况下会降低到零，这时表面层中的NiOOH 几乎全部转化为NiO2。电极电势不断升高，反应 如下:
N iO O H + O H N iO 2 + H 2 O e
❖ 由于电极电势的升高，导致溶液中的OH-被氧化， 发生如下反应:
任务三 碱性动力电池及其应用
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【引入】
❖ 碱性电池包含的电池类型广泛，现阶段在电动车 辆上应用最多的是镍氢电池。该种电池技术成熟 、比功率大、无记忆效应，是产业化生产的混合 动力电动汽车用动力电池的主体，也是至今量产 的电动汽车中应用量最大的电池种类。
❖ 本章将重点介绍镍氢电池的结构、工作原理、充 放电特性以及储氢合金的基本特性。