电池中主要用于镍-镉电池,金属氢化物电池(镍氢电池)
(1)Ni-Cd镍镉二次充电电池
镍镉(Ni-Cd)充电电池,正极为氧化镍,负极为海绵状金属镉,电解液多为氢氧化钾,氢氧化钠碱性水溶液。小型密封镉镍电池的结构紧凑,坚固,耐冲击,震动,成品电池自放电小,在使用上适合大电流放电,适用温度范围广,零下40度到零上60度。镍镉电池充电时,正极发生如下反应
Ni(OH)2 –e OH- → NiOOH H2O
负极发生的反应:
Cd(OH)2 2e → Cd 2OH-
总反应为:2Ni(OH)2 Cd(OH)2→ 2NiOOH Cd 2H2O
放电时,反应逆向进行NiOOH H2O e→ Ni(OH)2 OH-
Cd 2OH- 2e→ Cd(OH)2
充电时,随着NiOOH浓度的增大,Ni(OH)2浓度的减小,正极的电势逐渐上升,而随着Cd的增多,Cd(OH)2的减小,负极的电势逐渐降低,当电池充满电时,正极、负极电位均达到一个平衡值,二者电势之差即为电池之充电电压。它的特点是循环寿命长,理论上有2000-4000次的循环寿命。
镉镍二次电池按照电池结构分类,可以分为:有极板盒式,无极板盒式,双极性电极叠层式;按照电池封口结构分,可以分为:开口式,密封式(最最常见,市场上面打卡销售的就是这种),全密封式;按照输出功率分,可以分为:低倍率,中倍率,高倍率,超高倍率;外形上有圆柱体,方形,纽扣式等。
(2)Ni-MH镍氢二次充电电池
民用的镍氢电池属于低压镍-氢电池,以Ni(OH)2作为正极,以贮氢合金作为负极,氢氧化钾碱性水溶液为电解液。镍氢电池的外形规格指标和镍镉电池大体一致。在性能指标上比较来看也有不少一样的地方,但是镍氢电池有自己一些独特的优势,最主要的体现是镍氢电池的比能量密度高(就是同等体积的电池,镍氢电池比镍镉电池容量更大),理论上,镍氢电池是镍镉电池能量密度的1.5-2倍多;还有镍氢电池环保性好,镍氢电池不使用金属“镉”,也不采用有毒物质,不会污染环境;还有镍氢电池基本上消除了“记忆效应”。
记忆效应-是针对镍镉电池而言的,由于传统工艺中负极为烧结式,镉晶粒较粗,如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电,镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台。电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点,尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中,任何一次不完全的放电都将加深这一效应,使电池的容量变得更低。这段有关记忆效应的解释来自我国著名的电池企业BYD-比亚迪。比亚迪还提到了消除记忆效应的方法,有两种方法,一是采用小电流深度放电(如用0.1C放至0V)一是采用大电流充放电(如1C)几次。并且对比亚迪本厂产的BYD镍镉电池来说,由于负极的工艺全部为拉浆式,镉晶粒不会聚集,不存在记忆效应的问题。我认为国内厂家如果也用了“拉浆式负极工艺”,那么生产出来的镍镉电池,基本上也就消除了记忆效应。
镍氢电池充电时,正极发生反应如下:
Ni(OH)2 –e OH- → NiOOH H2O
负极反应:MHn ne → M n/2H2
放电时,正极:NiOOH H2O e → Ni(OH)2 OH-
负极:M n/2H2 → MHn ne
关于镍系电池的容量问题
镍氢电池设计时,容量实际上是由正极限制的,负极容量设计过剩,以保证过充电时候,正极产生的氧气可以到负极反应,电池的内压不会有明显升高。(我依稀记得以前听说过日本国SANYO三洋公司的AA镍氢电池正极的圆方头设计是其正极工艺特有的外观特点,不知道是不是有这么回事)
“镍镉电池的电池活化”。电池活化是指使电池的电化学活性“复活”,使电池性能恢复的措施。密封镍镉电池活化分为浅充放火化和深充放活化。浅充放活化:以0.2C倍率电流放电至1.0V,再以0.1C倍率电流充电12-14小时。停置半小时后,以0.2C倍率电流放电至1.0V。如此进行1-3次的循环,直到电池容量接近额定容量。深度充放电活化:以0.2C倍率电流放电至接近0V,然后以0.1C倍率电流充电12-14小时,停置半小时后,以0.2C倍率电流放电至接近0V。如此进行1-3次的循环,直到电池容量接近额定容量。
电池的额定容量是指在一定放电条件下,电池放电至截止电压时放出的电量。IEC标准规定镍镉和镍氢电池在20 _ 5摄氏度环境下,以0.1C充电16小时后以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量,
镍镉/镍氢电池的容量实际上是,电池密封完成后,通过活化,然后化成好的电池通过容量分选检测,挑选出来的。打个比方就是说,设计制造一批次10万只AA-1800镍氢电池,在电池成品完成后,通过电池化成,并不是所有的电池都是符合1800mAh标准的,通过的就作为A级品电池,可以正常出厂销售,然后也会有B,C级品,就是容量达不到设计要求的电池,这部分电池容量虽然不达标,但是也不是差很多,有不少现在销售的所谓“工包电池”就是搞了这个名堂。电池外面的喷码可以随便打,打上AA-2300mAh,AA-2700mAh也没有人管,但是建议在使用这种电池的时候一定要注意到电池之间的一致性,就是大约不能相差得太多,尤其是多支电池一起使用的时候,像是数码相机里面一次用四支AA电池,把这四支电池当作一电池组来看待,这组电池的使用效果好坏就取决于这一组电池中性能最差的那一支,假如你不幸买了四支“标上AA-2200mAh的工包电池”其中有三支都是1800左右的容量,而唯独有一支是1300左右容量的,那么这一组电池要是一起使用的话,能放出的有效容量也就是1300左右。希望这一点大家注意一下。电池组内单体电池容量不一致,导致最低容量的电池过放电(也称为反极充电)。电池过放电的后果比较危险,会导致电池内压急剧上升,电池易爆裂,且氢和氧同时产生容易发生爆炸。需要谨慎使用
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镍用途很广,大量用来制造各种类型的不锈钢、软磁合金和合金结构钢,用于化工、石油和机器制造业。镍与铬、铜、铝、钴等元素组成非铁基合金。镍基合金、镍铬基合金是耐高温、抗氧化材料,用于制造喷气涡轮、电阻、电热元件、高温设备结构件等;铝镍钴合金是良好的磁性材料,制作电工器材。镍粉用作化学反应的加氢催化剂。镍的镀层有光泽,能防锈。
参考:
http://blog.163.com/off_road/blog/static/537776062008341035427/