镍镉电池原理及充电方法.doc

镍镉/镍氢电池的原理及充电方法作者：镍镉/镍氢电池的发展1899年，镍极板首次用于开放式镍镉电池。几乎与此同时，电动汽车用的镍铁电池被发明出来。遗憾的是，由于这些碱性电池极板材料比当时其他电池材料要贵得多，因此其实际应用受到了很大的限制。后来，镍镉电池经历了几次重要的改进，性能得到了明显的提高。其中最重要的改进是在1932年，科学家开始在镍电池中使用活性物质。他们将活性物质置于多孔镍极板中，然后将镍极板置于金属壳体中。镍镉电池发展史上的另一个重要里程碑是1947年密封镍镉电池的开发成功。在这种电池中，化学反应产生的各种气体不需要排出，而是可以在电池内部结合。密封镍镉电池的成功开发大大扩展了镍镉电池的使用范围。密封型镍镉电池具有效率高、循环寿命长、能量密度高、体积小、重量轻、结构紧凑、不需要维护等特点，因此在工业和民用产品中得到了广泛的应用。随着航天技术的发展，人们对电源的要求越来越高。20世纪70年代中期，美国研制成功了具有功率大、重量轻、寿命长、成本低等特点的镍氢电池，并于1978年将此电池成功地应用于导航卫星上。与同体积的镍镉电池相比，镍氢电池的容量可提高一倍，而且不存在重金属镉带来的污染问题。

它的工作电压与镍镉电池完全相同，工作寿命也大致相同，但抗过充、过放电性能好。近年来，镍氢电池受到世界各国的重视，各种新技术相继出现。镍氢电池刚问世时，采用高压容器贮氢，后来人们用金属氢化物贮氢，于是制成低压甚至常压镍氢电池。1992年日本三洋公司每月可生产200万只镍氢电池。目前，国内已有20多家单位研制生产镍氢电池，国产镍氢电池的综合性能已达到国际先进水平。电池参数电池的五个主要参数是：电池容量、标称电压、内阻、放电终止电压、充电终止电压。电池容量通常用Ah（安培小时）表示，1Ah表示以1A电流放电1小时。电池单元中活性物质的含量决定了电池单元所含电荷量，而活性物质的含量又由电池所用的材料和体积决定。因此，电池体积越大，容量越高。与电池容量相关的一个参数是电池充电电流。电池充电电流通常用充电速率C表示，其中C为电池的额定容量。例如，1Ah的电池，以2A电流充电，充电速率为2C；同样，电池以2A电流充电，充电速率为4C。电池刚出厂时，正负极之间的电位差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液浓度决定。当环境温度、使用时间和工作状态发生变化时，电池单元的输出电压会略有变化。另外，电池输出电压也与电池剩余电量有关。

（），。电池的内阻是由极板电阻和离子流阻抗决定的。在充放电过程中，极板电阻保持不变，但离子流阻抗会随着电解液浓度的变化和带电离子的增多或减少而变化。当电池充满电后，极板上的活性物质已达到饱和状态，若电池继续充电，电池电压就不会再上升，此时的电压称为充电终止电压。～，。表1-1不同放电率下镍镉电池的放电终止电压放电终止电压是指电池放电时允许的最低电压，如果电池在电压低于放电终止电压后继续放电，电池两端的电压就会迅速下降，形成深度放电，这样在正常充电时极板上形成的生成物不容易恢复，从而影响电池的寿命。放电终止电压与放电率有关，镍镉电池的放电终止电压与放电率的关系见表1-1。镍氢电池的放电终止电压一般规定为1V。镍镉电池的工作原理镍镉电池的正极材料是氢氧化镍和石墨粉的混合物，负极材料是海绵状镉粉和氧化镉粉，电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。环境温度较高时，~(at 15℃)氢氧化钠溶液。环境温度较低时，~(at 15℃)氢氧化钾溶液。在-15℃以下时，~(at 15℃)氢氧化钾溶液。为兼顾低温性能和荷电保持能力，~(at 15℃)氢氧化钾溶液。为增加电池的容量和循环寿命，通常在电解液中加入少量氢氧化锂（每升电解液约加入15~20g）。

镍镉电池充电后，正极板上的活性物质变成氢氧化镍[NiOOH]，负极板上的活性物质变成金属镉；镍镉电池放电后，正极板上的活性物质变成氢氧化镍，负极板上的活性物质变成氢氧化镉。（1）负极反应负极上的镉失去两个电子，变成二价镉离子Cd2+，随即与溶液中两个氢氧离子OH-结合生成氢氧化镉Cd(OH)2，沉积在负极上。（2）正极反应正极板上的活性物质为氢氧化镍（NiOOH）晶体。镍为正三价离子（Ni3+），晶格中每两个镍离子可获得从负极移交过来的两个电子，生成两个二价离子2Ni2+。同时，溶液中每两个水分子电离出两个氢离子进入正极板，与晶格上的两个氧负离子结合生成两个氢氧离子，氢氧离子又与晶格上原有的两个氢氧离子结合生成两个