镍氢电池知识及发展
镍氢电池
1. 镍氢电池简介
镍氢电池的出现是环保意识提高和电子信息产业发展的必然结果，它的发展和进步与航天高压镍氢电池的开发应用密不可分。镍氢电池的结构极其复杂，包括正负极板、隔板、密封垫片、绝缘盖、金属壳、塑料套、电解液、负极桶、正极盖等。
另外，作为碱性电池，镍氢电池的正极为镍电极，负极为氢氧化物电极，电解液为氢氧化钾水溶液。镍氢电池充电时，镍氢电池正极上的Ni(OH)2会转化成NiOOH，覆盖在电极上的水分子在负极上被还原为氢原子。还原后的氢原子吸附在电极上形成吸附状态的MH，并扩散到负极储氢合金中被吸附形成固态MH。
当储氢合金中溶解的氢原子数量增多时，氢原子就会与合金发生反应，形成的β-MH在合金中缓慢扩散，从而控制充电过程。镍氢电池放电时，NiOOH因获得电子而转化为N(iOH)2，MH内部的氢原子向表面扩散形成吸附状态的氢原子，进而产生电化学反应生成水分子和储氢合金。
2.镍氢电池的出现
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，美国研制成功了功率大、重量轻、寿命长、成本低的镍氢电池，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，镍氢电池的容量提高了一倍，而且没有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，但具有良好的过充、过放电性能。近年来，镍氢电池受到世界各国的重视，各种新技术层出不穷。镍氢电池刚问世时，多采用高压容器储氢，后来人们采用金属氢化物储氢，从而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，我国已有20多家单位研制生产镍氢电池。
3. 镍氢电池的充电和放电
1. 出院
NiMH 电池的自放电率较高，每月约 30% 或更高。这高于 NiCd 电池每月 20% 的自放电率。电池充电越充分，自放电率就越高；当电池电量下降到一定水平时，自放电率会略有下降。电池存储区域的温度对自放电率有很大影响。为此，长时间不使用的 NiMH 电池最好充电至 40% 的“半满”状态。
使用电池时也必须小心。对于串联的电池（例如数码相机中常见的 4 节 AA 电池），请避免完全耗尽电池电量并导致“反向充电”（ ）。这将对电池造成不可修复的损坏。
但这些设备（比如上面提到的数码相机）通常能够检测串联电池的放电电压，当电压降到一定程度时，就会自动关机，以保护电池。单块电池则不存在上述危险，只会放电到电压为0，不会对电池造成损害。事实上，定期对电池进行放电然后再充电，有助于保持电池的容量和质量。
2. 充电
新买的或长期不用的镍氢电池需要经过一段时间的“激活”才能恢复电池容量。因此，一些新的镍氢电池需要经过几次充电放电循环才能达到其标称容量。
有些厂商认为，使用一些简单的恒流（且电流要小）充电器，无论是否带定时器，都可以安全地对镍氢电池进行充电，允许的长期充电电流为C/10h（电池的标称容量除以10小时）。
事实上，一些低成本的无线电话基站和最便宜的电池充电器就是这样工作的。虽然这可能是安全的，但可能会对电池的寿命产生负面影响。对于镍氢电池的长期维护，低频脉冲大电流充电方法比涓流充电方法更能保持电池状态。
快速充电时，可利用充电器内的微电脑，防止电池过充，现今的镍氢电池快充管理芯片内含有催化剂，可及时消除因过充而造成的危险。
2H2+O2--催化剂-->2H2O 但此反应只在过充开始后C÷10小时内有效（C=电池标称容量）。充电过程开始时，电池温度会显著上升。有些快速充电器（少于1小时）带有风扇，以防止电池过热。
4.中国镍氢电池发展情况
小型镍氢电池整体市场已经饱和甚至供过于求，而大型镍氢电池随着电动汽车战略需求的增长将有很大的发展空间。镍氢电池主要应用于零售市场、无绳电话、无绳吸尘器、个人护理产品、照明灯具、电动工具和电动汽车。
除电动汽车外，其他应用均呈现下滑趋势。同时，在小型镍氢电池应用领域，面对镍镉电池、锂电池的竞争，为了体现其竞争力，对产品本身提出了更高的要求，要求客户购买后无需充电即可直接使用。产品本身向更加便捷化、差异化、性价比更高的方向发展，行业处于优胜劣汰的状态。
5.世界镍氢电池发展情况
全球各地小型镍氢电池厂商的出货量统计表明，镍氢电池厂商的集中度进一步大幅提升。
全球小型镍氢电池市场已趋于饱和甚至供过于求，产品向高性价比方向发展，但大型镍氢电池销量稳定，未来随着电动汽车走向全球化，产销量还将进一步增加。
日本镍氢电池行业发展较为平稳，但也出现了兼并重组的趋势。通过分析中国镍氢电池历年产销及出口情况，中国镍氢电池行业发展正朝着更加集约化的方向发展。分析显示，全球镍氢电池行业集中度进一步提升，行业内部整合兼并重组不断发生。
世界上生产镍氢电池的主要国家是中国和日本，中国主要生产小型镍氢电池。
6. 废旧镍氢电池回收问题
废旧镍氢电池的回收经济价值很高，因为电池中含有大量的镍、金刚石、稀土等宝贵矿产资源，加大对废旧镍氢电池的回收利用，不仅有利于降低电池成本，而且可以有效促进社会效益和经济效益的提高，对社会的可持续发展有着十分重要的现实意义。
但从目前情况看，我国废旧镍氢电池回收利用尚处于起步阶段，回收利用水平与西方等发达国家仍有一定差距，原因主要由以下三个方面造成。
1、镍氢电池产销量与发达国家相比较小，无效废旧电池数量不够多，导致相关技术人员对废旧电池回收利用技术的研究没有引起足够的重视。
2、广大民众回收环保意识淡薄，没有认识到回收废旧镍氢电池的重要性，经常将废旧镍氢电池与生活垃圾一同丢弃处理。
3、镍氢电池的化学成分相对复杂，也就是说镍氢电池不仅内部金属结构复杂，而且形态也复杂，这给废旧镍氢电池的回收带来了较大的难度。
7.镍氢电池回收技术
目前，废旧镍氢电池处理技术主要有湿法冶金技术、火法冶金技术、生物冶金技术及废旧镍氢电池直接再生技术，下面按照处理的顺序进行详细论述。
1. 火法冶金
火法冶金是处理废旧电池的理想方法，它利用废旧镍氢电池中各种金属熔点、沸点的差异，对废旧电池进行加热分离，使电池中的化合物和金属发生氧化、还原、分解和凝聚，从而达到回收金属的目的。火法冶金又可分为真空冶金和常压冶金，前者在密闭环境下进行，后者在大气中进行。火法冶金可操作性强，回收率高，因此得到了广泛的应用。
2.废旧镍氢电池直接再生技术
该技术利用含有镍离子的浓硫酸清洗电池内部，并在保持一定温度的条件下对电池进行充电，使废旧电池隔膜的亲水性和正负极的容量得到有效恢复，从而实现镍氢电池的再生。直接再生技术工艺可操作性强，资源回收率高。但由于原料品质要求高，所得产品杂质含量较高，在一定程度上限制了该技术的应用。
3.湿法冶金技术
该技术利用镍氢电池中各种化合物和金属能溶于酸和溶液的特点，将其溶解形成离子溶液，采用化学沉淀、置换、选择性浸出等方法回收其中的有价金属。湿法冶金技术可以有效回收镍氢电池中的各种金属，而且回收产品的纯度也较高。但是，这种方法也存在一定的不足，即技术流程过于复杂，浸出液腐蚀性较强，如果处理方法不当，极易造成二次污染，另外原料消耗成本也较高，所获得的经济效益不够显著。为此，该方法在废旧镍氢电池回收利用中的应用也呈现了逐年萎缩的趋势。
4.生物冶金技术
生物冶金技术是利用嗜酸微生物及其代谢产物的直接或间接作用，产生氧化、还原、结合、吸附或溶解作用，分离、提取其中的不溶性成分。该技术的原理来源于矿物工业的生物湿法冶金技术，因此生物冶金又可称为生物浸出。生物冶金技术的优缺点相当显著，优点是工艺流程简单、操作方便、消耗成本低；缺点是浸出时间长，浸出率低。
因此，随着社会的发展，环境污染的日益严重，废旧电池回收利用逐渐成为全球性的“阳光工程”。我国要想做好这项充满希望的工作，就必须充分认识到回收利用废旧镍氢电池的重要性，不断研究、创新、改进和应用废旧镍氢电池处理技术。只有这样，才能不断提高镍氢电池的回收利用效率，从而促进我国社会效益和经济效益的不断提高。
8.镍氢电池与锂电池的区别
锂电池是爱迪生发明的一种以锂金属或锂合金为负极材料，非水电解质溶液为电解液的电池。电池运作的反应方程式为：Li+MnO2=此反应为氧化还原反应，放电。过去因为锂金属的化学性质非常活泼，加工、储存、使用及环境要求非常高，所以锂电池很长一段时间没有被使用。随着现代科学的发展，锂电池现在已经成为主流。
1. 充电方式
锂电池的充电要求与镍镉/镍氢电池不同，可充电锂电池单体电压为3.6V（部分电池块标称电压可能为3.7V），随着电池充满电，锂电池电压会慢慢升高，这也是锂电池是否充满电的一个标志，一般厂家建议停止充电电压为4.2V（针对单节锂电池）。
锂电池一般采用限压限流充电，如果要独立给锂电池充电需要注意的是，它的充电方式和镍镉/镍氢电池采用的恒流充电方式不同，不能使用普通的镍镉/镍氢电池充电器。
2. 权力
锂电池比能量高，体积小，单节锂电池电压是镍氢电池的三倍，没有记忆效应，随用随充。但用过一次后就不能再充电，充放电次数过多会影响电池寿命。锂电池不宜长期存放，时间长了会永久损失部分容量，最好充到40%后放冰箱冷藏。
3. 音量
可充电锂电池由于体积更小（相对而言）、重量更轻、自放电率更低、没有记忆效应等特点，被广泛应用于许多新型移动设备中。我们平时使用的手机、笔记本电脑、PDA 等移动设备的电池已逐渐被锂电池取代。镍氢电池的记忆效应不是很明显。有一点就是，急需时，不必先放电再充电，正常使用时最好先放电再充电。
9.镍氢电池的保养
随着人们手中镍氢电池的数量不断增多，科学使用与保养也逐渐跳入大家的视线。众所周知，品牌镍氢电池的使用寿命按照官方宣称可以充电500-1000次。其实这只是一个理想值，很多时候达不到这样的寿命。不过只要我们合理使用充电器，对镍氢电池有更深的了解，还是可以让它“越用越久”的。
1、镍氢电池保养注意事项
电池通常都是以电池组的形式使用，也就是4个或者6个电池串联起来。这时候保持每个电池的均衡就非常重要了，不然一个电池出现问题就会影响整个电池组的运行。首先电池容量要一致，最好选择同时购买的同一品牌、同一型号的电池。然后电池里面的电量要一致，简单来说就是电池组要么满电，要么空电。
如果电池较多，要组成几个电池组，可以试着“挑选”。具体就是把容量、电压等参数相近的电池单体串联成一个电池组。由于条件不足，一般测一下放电后的电压和充电后的电压就可以了。
2.镍氢电池保养注意事项
慢充不伤电池但充电时间太长；快充能省时间但对电池有害。即使是市面上最好的Bico 8160充电器也只能减轻损害程度，但不能完全避免。解决矛盾的办法是买一个快充和一个慢充，用快充充一段时间后，比如5次、10次，再换用慢充充一两次，这样电池性能就恢复到最佳状态了。
3.镍氢电池保养注意事项
慢充电流较小，一般在200mA左右，比如常见的充电电流在160mA左右，充电时间较长，充完一块镍氢电池大概需要16个小时，虽然时间慢了点，但是充电会比较充足，不会损伤电池。快充电流一般在400mA以上，充电时间明显缩短，3-4个小时就可以充满，也深得大家的喜爱。快充的种类很多，价格也各有不同。
那么大家经常会疑惑，快充充电器的价格为什么差别这么大呢？好的充电器，特别是好的快充充电器，都有防过充保护功能，比如常见的比佳、八槽充电器8160在这方面表现就特别好，优秀的芯片软件设计能力，在给电池充电时，也把快充对电池的伤害降到最低。
4.镍氢电池保养注意事项
经过几个月的存放，长时间不使用的镍氢电池自然会进入“休眠”状态，大大降低电池的使用寿命。如果镍氢电池已经存放了很长时间，建议大家先用慢速充电器充电。这就涉及到另一个关键问题：对于镍氢电池来说，存放前应该完全放电，还是带电存放？这两种截然不同的观点应该采取哪一种呢？很多人认为应该采取前者，但笔者认为带电存放电池更为合理。因为：根据试验，存放镍氢电池的最佳状态是电量在80%左右时存放。
这是因为镍氢电池自放电较大（每个月约10%-15%），如果电池完全放电后再存放，长时间不使用，电池自放电就会造成电池过放而损坏。不相信？那就想想新买的镍氢充电电池是否还有电，就是这个原因。建议：多做比较，纠正错误的观点，从正确的方向入手进行电池保养，否则会适得其反。
5.镍氢电池保养注意事项
给电池充电时，要注意充电器周围的散热，不一定要用风扇吹，但要注意不要在充电器周围放置太多杂物。普通用户使用电池时，往往没有专用的收纳袋；更换电池后，用户会习惯性地将电池收起来，不管放置的地方是干净的还是潮湿的。
后果就是电池容易变脏，触点容易与钥匙等金属接触，容易受潮，这些都是电池的最大敌人。建议：用户应为电池设置专门的地方，并保持电池的清洁。为避免电量损耗等问题，请保持电池两端触点和电池盖内部清洁，必要时用柔软、干净的干布轻轻擦拭。
6.镍氢电池保养注意事项
虽然镍氢电池的记忆效应较小，但还是建议大家每次使用完后都立即充满电，而不是充一会儿，用一会儿，再充电，这是“延长寿命”的重点。
7.镍氢电池保养注意事项
一般新买的镍氢电池需要充电使用3-4次才能发挥出最佳性能。很多朋友在第一次充电时都会遇到一些小问题，比如第一次充电后的PP数没有预想的多？经过充电使用3-4次后，这些问题就迎刃而解了。
8.镍氢电池保养注意事项
一般而言，新的镍氢电池只剩下少量的电量，因此使用前应先充电。但如果电池出厂时间不长，且电量较大，则建议先使用后充电。
10.镍氢电池的性能要求
1. 离子交换率
如果离子交换率太小或者为零，意味着离子无法穿过隔膜，充放电化学反应就无法正常进行。
2. 孔隙率和透气性
孔隙率过大，两极处的化学物质会相互渗透，造成短路；孔隙率过小，离子难以通过。增加隔膜电阻不能保证电池的大电流放电。电池过充时，正极产生的氧气必须通过隔膜，与负极处的氢气结合，否则电池内压升高，会导致电池漏液。
3. 绝缘
确保正负极不会短路。
4. 抵抗
隔膜的内阻要低，隔膜内阻过高，会增加电池的内耗，导致电池不能大电流放电。
5.厚度
在满足以上指标的前提下，隔膜越薄越好，过厚的隔膜会占用更多的空间，在同等条件下，电池的容量会下降。
6.机械强度高
隔膜必须具有较高的干、湿强度。这是因为在生产过程中，隔膜随正负极材料一起卷绕，卷绕速度非常快，受到的拉力很大，这就要求隔膜具有较高的干强度。另外，由于隔膜浸泡在碱溶液中，并反复充放电，因此要求隔膜具有较高的湿强度。在卷绕过程中，卷绕针和极板都可能刺穿隔膜。
7.液体保留率高
隔膜吸收的电解液越多，正极和负极之间的化学反应越充分，电池容量越大，寿命越长。原文地址：8.吸液速度快
隔膜吸液速度快，有利于电池的生产。
9.化学稳定性
镍氢电池的电解液为30%-40%的KOH，因此隔膜在强碱性电解液中必须具有良好的化学稳定性，包括耐碱性、抗氧化性等，主要是为了防止隔膜在碱性溶液中发生化学反应影响电池的放电。
11. 镍氢电池在汽车市场的应用
根据美国ABC和日本公司对各类电动汽车电池性能及发展潜力的对比论证，综合考虑电池可靠性、安全性、电池材料的资源环境问题以及电池性能的发展趋势，确定镍氢电池为近中期电动汽车首选动力电池。混合动力汽车（HEV）主要采用镍氢电池，锂离子电池占比极小。PHEV/EV由于技术相对成熟且有长期技术应用沉淀，具有不需要辅助基础设施、节能高效等优势，尚处于市场发展初期，相比乘用车更适合点对点的交通运输解决方案。
混合动力汽车是新能源汽车中最早实现产业化发展的汽车类型。
石化能源供给的趋紧意味着镍氢电池在新能源汽车、风电储能、太阳能储能等新兴领域有着巨大的发展潜力，前景十分光明，未来几十年内镍氢电池仍将有着巨大的应用空间。
大尺寸车用镍电池生产全部集中在日本，但随着国内大尺寸车用镍氢电池产业化进程的逐步加快，储氢合金的市场需求将不断扩大。近年来，城市空气质量、地球石油资源危机等问题越来越受到人们的重视，保护环境、节约能源的呼声越来越高，促使人们对电动汽车及相关技术的发展给予了高度重视。我国已在“十五”“863”计划中明确将电动汽车列为重大项目，并组织各大汽车制造集团牵头的研发组重点发展电动汽车，其中混合动力汽车必须在“十五”期间实现产业化。
我国应积极启动镍氢电池混合动力汽车的鼓励战略，使其在新能源汽车的开发应用上处于全球领先水平，真正实现减少排放、改善环境的目标。同时，应积极为镍氢电池的回收再利用做好积极的政策和制度规划。
总结：其实镍氢电池相对于其他电池，特别是锂电池还是有差距的，但从某种程度上来说，镍氢电池还是有很大的优势的，从目前国际上镍氢电池的发展现状和前景来看，镍氢电池确实是值得推广和广泛使用的一种电池。