什么是镍镉电池？
摘要：镍镉电池的材料电池的种类很多，在化学电池中，用完后就丢弃的不可充电电池称为一次电池，可以充电多次使用的电池称为二次电池，镉镍电池是二次电池中的一种碱性蓄电池。在材料方面，镍镉电池的阳极采用镍过氧化物氢氧化物，阴极采用镉化合物活性物质，电解液采用氢氧化钾等碱性水溶液。镍镉蓄电池充电时，阳极上生成氢氧化镍，阴极上生成金属镉，从而在两极间形成电位差。将镍镉电池的阳极和阴极连接到
镍镉电池材料
电池的种类很多，在化学电池中，用完后就丢弃的不可充电电池称为一次电池，可以充电多次使用的电池称为二次电池。镍镉电池是二次电池中的一种碱性蓄电池。在材料方面，镍镉电池的阳极采用过氧化镍氢氧化物，阴极采用镉化合物的活性物质，电解液采用氢氧化钾等碱性水溶液。镍镉蓄电池充电时，阳极上生成氢氧化镍，阴极上生成金属镉，两极间形成电位差。当将外部负载连接到镍镉电池的阳极和阴极进行放电时，阴极端会产生带负电的电子，并通过外部负载流向阳极，从而为外部负载提供能量消耗。
由于镍镉电池具有高电量容量且可充电，因此它们经常被用作从手电筒到潜艇等设备的电源。
全密封镍镉电池推出后不久，镍镉电池用户就发现电压问题不仅会损坏电池，还可能导致电池爆炸。镍镉电池是由串联/并联连接的密封可充电子电池组成。如果串联的子电池不具有相同的容量，那么在大放电电流的情况下，其中一个子电池可能先于其他子电池放电。在这种情况下，如果使用电池充电器对电池进行充电，就会损坏电池，甚至爆炸。不过，目前电池制造技术的进步已经降低了上述威胁，用户可以使用辅助技术来避免电池反接或降低对电池的威胁。来源
为了解释电池反接的影响，假设有三节1.25V的密封可充电镍镉电池串联起来给手电筒提供3.75V的电源，如果这三节电池的容量相同，那么它们传递给负载的额定化学能应该相同，三节电池同时放电，平均工作电压3.75V，在使用10小时的情况下，平均电流约为100mA。
在正常使用情况下，这三节电池的电子应该从电池的负极通过负载电路流出再回到正极（与电流方向相反）。电池内部子电池之间的电子流动方向是从每个子电池的金属部分通过接触部分流到相邻子电池的中心。但是，如果其中一节电池在另两节电池完全放电之前就完全放电，那么这节完全放电的电池就只是一个电阻器；此时整个电源系统只能提供2.5V左右的电压。电池完全放电时电阻的大小取决于其一端接受电子的能力、电解质离子传导电子的能力以及负极释放电子的能力。
典型的镍镉电池两端的金属板是由纯镍粉制成的，在制造过程中会产生多孔结构，其中80%的孔隙的平面面积约为0.2m2/gm，这些孔隙中一部分被活性化学材料浸润，其余部分则被电解液浸润。
未带电的正极金属片中的活性物质为氢氧化镍（Nic-kel）；当金属片带电时，氢氧化镍会反应生成氢氧化镍（）。未带电的负极金属片中含有氢氧化镉（）。当金属片带电时，氢氧化镉会反应生成金属镉。因此，用化学渗透法可判定金属片的极性。
在镍镉电池中，放电化学反应的方向与充电反应的方向相反。当电池过充或反向充电时，反应的主要产物是氢气和氧气。如果正极金属片已经饱和，所有的氢氧化镍都会变成氢氧化镍；因为此时没有氢氧化镍，如果要继续充电，就只会产生氧气。在负极，当所有的氢氧化镉都已经反应成金属镉时，如果继续充电，就只会产生氢气。
电池化学中各金属片的化学反应速率必须相同，如果各金属片的化学反应速率不同，则在充电过程中，活性物质含量较少的金属片会先产生气体；而产生气体所消耗的电能，在放电时无法转化成电能。
面对过充，产生什么气体最好呢？电池设计者选择氧气，是因为氧气可以透过绝缘材料（尼龙或泡沫塑料）扩散，与金属镉发生化学反应，在不充电时将金属还原为氢氧化镉。因此，当正极金属片饱和时，负极金属片（其中可能仍有未反应的氢氧化镉）将不再具有化学能。换句话说，当电池的正极金属片过充时，只要负极金属片带电，扩散的氧气就会立即释放电子。
由于过度充电产生的氧气会迅速与镉重新结合，因此不会使密封电池的压力达到危险水平。同样，如果负极金属片中产生氢气，它也会与正极金属片结合；但是，其结合速度非常慢，以至于剩余的氢气会在密封电池中积聚，造成危险的压力。因此，过度充电期间可能会产生氧气。
如果电池反向充电，电子就会被迫从负极出来，通过充电器进入正极，使化学反应变得非常困难。氢氧化镍不会接受电子形成镍；相反，水分子会接受电子形成羟基。另外，当负极没有镉释放电子，而形成氢氧化镉时，电子会从OH-离子中释放出来，形成氧气，使电池内部的气体压力增加。
由于电池的反向充电，可能会出现封装问题；尤其是当电池中的一个子电池完全放电，而另一个仍能提供大电流时，不再有电的子电池的阻抗会产生足以损坏电池的热量，而产生的气体压力会迫使安全排气口（Vent）打开。如果安全排气口设计得当，每次气体从排气口逸出时电解液量的减少不会影响电池的正常功能。配备“低滞后”（low）安全排气口的镉镍电池可以承受偶尔的反向充电；但如果安全排气口打开次数过多，电池的容量就会降低，而这会因下次使用大电流而导致反向充电更早发生。
避免子电池反向充电的方法是仔细选择子电池，使所有子电池具有相同的容量。必须单独测试每个子电池，并且只能将具有相同容量的子电池组合在同一电池中。这种方法确保在电池中电量较弱的子电池完全放电之前，其他子电池也会太弱而无法提供对电量耗尽的子电池进行反向充电所需的电流。
有些厂商称，他们的电池能耐受反向充电，是因为他们在电池的正极和负极都添加了具有反向充电缓冲性能的材料（ ）。这种材料比离子（Hy-）或水分子更能接受电子。在正极中添加了少量的负极活性物质（氢氧化镉），在负极中添加了少量的正极活性物质（氢氧化镍）；这些少量的材料不仅不会影响电池的正常功能，而且当所有子电池开始反向时，还可以延迟氢气的产生。
镍镉电池与硫酸铅电池的区别之一就是价格。对于给定的容量，镍镉电池比硫酸铅电池更贵。但是，镍镉电池也有其优势。它们可以制成具有特殊性能的电池，以满足应用的需要；硫酸铅电池则不具备这一特性。例如，特殊的镍镉电池可以在极低的温度下工作，一些镍镉电池具有接受大电流充电的能力（充电时间可以在几分钟甚至几小时内完成）。此外，镍镉电池在完全放电后，可以保存数年而不会变质。
至于密封的硫酸铅电池，其运行范围较小，但价格更便宜，且能提供与镍镉电池一样多的电量。
电池的选择是根据所需电流和电池的安时容量来决定的。首先决定使用哪种电池，然后计算所需的安时容量（放电电流所需的放电时间）。如果计算结果显示所需容量大于所选电池容量，则需要选择容量更大的电池。
电池容量的估算还需将温度考虑在内。低温会使电池内阻增大，从而降低其放电电压和有效放电电流。低温下镍镉电池的输出电压会下降，也会妨碍电池的充电能力。其他因素也会降低电池容量。例如，在高温下频繁充放电的镍镉电池，其寿命会比不频繁放电的电池短。因此，制造商的规格书上都附有温度特性的说明。电池电压的选择是根据大负载的允许电压、最低工作电压以及电压需要调整的程度。
电池的电压发生在充电过程中。充电电压必须低于放电电压，才能强制电流进入电池。例如，镍镉电池的充电电压范围为1.4V/~1.，放电时的电压为1.25V。25°C时的充电电压为镍镉电池1.45V，硫酸铅电池2.45V。当温度或额定充电电流足够高以致电池温度升高时，所需的充电电压较低。为了尽量减少充电电压的变化，电池一般在固定温度下充电。充电电压的调整与温度和规格中规定的充电电流有关。
所谓小电池电压，是指电池完全放电时的电压，接上负载时，电池电压的变化率小于100mV（若温度不变），电池放电至原有能量10%的电压点称为截止点（Po-int），此时电池电压会下降几百mV。
由于铅酸电池和镍镉电池的电压变化小于100mV，所以似乎没有必要加稳压。例如传统的1.25V镍镉电池电压变化为100mV，调节率为8%。但如果调节率大于8%，就必须加装稳压器；而且在计算电池每次充电后的使用寿命时，必须将稳压器的功耗与负载的消耗结合起来。
由于电池电压会随温度变化，制造商会提供不同温度下电池放电电流与电压的曲线。这些曲线通常表示电池电压的中心点（放电周期一半时的电池电压）。如果知道放电电流和工作温度，就可以从这些曲线确定工作电压。
还必须估计电池的长期储存效果和充电/放电循环次数。镍镉电池可长期储存而不会变质，但每次充电后只能使用3至4个月；硫酸铅电池可使用约2至3年；但硫酸铅电池一旦没电，必须立即充电，以免损坏电池。
电池储存不当会缩短其使用寿命。例如，镍镉电池在室温下储存时自放电速度比在室温下储存时更快，并且更容易因隔膜损坏而短路（）。如果储存时间过长，少量水会从电解质中蒸发。密封电池中的子电池无法完全密封；因此，密封中的液体会以几乎不可察觉的速率蒸发。由于这个速率非常小，有用的氢和氧至少可以使用 10 年。
如果电池的放电量远远超过其正常截止电压点，也会使密封电池更容易发生内部短路。在充电的子电池中，存储的电能可能能够消除正极和负极之间的小短路；但在几乎完全放电的子电池中，没有可用的电能来消除这些短路。
有时，镍镉电池反复充电/放电会导致“电池记忆”（ ）或电压下降，在未事先放电的情况下充电时，这种情况会更加明显。这种现象通常是由于过度充电和温度升高而发生的。因此，虽然电池提供的电流与正常情况相同，但其电压会较低。但是，如果电池正常使用并完全放电，则可以将其充电至满容量。