镍锌电池的发展过程是什么

日期: 2024-07-03 16:09:05|浏览: 15|编号: 78202

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镍锌电池的发展过程是什么

镍和锌都是比较容易找到的金属。与需要大量稀土材料的镍氢电池相比,镍锌电池除了需要镍之外,主要还需要锌,而锌比稀土更容易找到。其实,一个世纪前,托马斯·爱迪生就认识到了镍锌电池的潜力,并对其进行了研究。但由于当时技术的限制,镍锌电池并没有得到很好的发展。如今,镍镉和镍氢化学物(镍镉电池和镍氢电池)已经成功商业化,并广泛应用于要求苛刻的应用中。然而,这些技术已经达到了它们的技术极限。目前,我们常见的AA(5号)可充电镍镉电池是最不环保的,有记忆效应,濒临淘汰。镍氢电池虽然没有记忆效应和剧毒问题,但有钝化现象(自放电率高),对环境温度的要求也更苛刻。 2010年初,一家不知名的美国公司宣布推出“全新”的NiZn镍锌充电电池。之所以引用“全新”二字,是因为镍锌电池技术其实已经有100多年的历史了,据说最早是由爱迪生发明的。这项老技术被翻新改良,特别是改进了电解液和电极配方,才生产出我们今天看到的新一代NiZn镍锌充电电池。

镍锌(NiZn)电池是一种可以替代镍氢电池的新型电池,标称电压为1.6V,常见型号有AA 5号、AA 7号。与镍氢、镍镉电池相比,具有电压高、放电电流强等特点,在数码相机、手电筒、电动玩具等领域有着无可比拟的优势。

镍锌电池电压较高,与老式的AA电池相比,其电压达到1.6V,远高于镍氢电池的1.2V,更适合使用1.5V电池的传统电器,可以使手电筒充电更快,可以使数码相机充分使用电量。但很多数码相机使用的镍氢电池,由于电量不足,使用30%左右就关机了。(2010年12月)AA电池的容量只有10000焦耳左右,但其放电能量却达到8300焦耳以上,与目前最好的镍氢电池相比,差别并不大,放电能量约为9000焦耳。

镍锌电池的放电电流很大。它们已经在电动汽车中使用。AA 镍锌电池在 2A 电流放电下可以释放超过 7200 焦耳的能量。镍锌电池更环保,因为镍和锌都是可回收且易于回收的金属。

截止到2013年,镍锌电池还是比较新的产品,全球主要由一家美国公司生产,所以价格还比较高,相信在未来几年内,其价格会下降到与镍氢电池相同的水平。

关于镍锌电池的安全电压范围,大众根据其充电器满电压1.9v判断最低安全电压为1.2v,也就是1.2v~1.9v。实际使用中,有些人会对电池进行过充过放,导致电池失效或损坏。详情可搜索“镍锌过放”查看小白鼠志愿者的投稿。

镍和锌都是比较容易找到的金属。与镍氢电池所需的大量稀土材料相比,镍锌电池除了镍之外,主要还需要锌,而锌比稀土更容易找到。事实上,托马斯·爱迪生在一个世纪前就认识到了镍锌电池的潜力并对其进行了研究。但由于当时技术的限制,镍锌电池并没有得到很好的发展。如今,镍镉和镍氢化学物质(镍镉和镍氢电池)已经成功商业化,并广泛应用于要求苛刻的应用中。然而,这些技术已经达到了技术极限。

目前最常见的AA(5号)充电式镍镉电池是最不环保的,而且有记忆效应,所以濒临淘汰;镍氢电池虽然没有记忆效应和毒性问题,但有钝化(自放电率高),对环境温度的要求也比较高。

2010年初,一家名不见经传的美国公司宣布推出“全新”的NiZn镍锌充电电池。之所以将“全新”一词打上引号,是因为镍锌电池技术其实已有百余年历史,据说最早是由爱迪生发明的。这项古老的技术被翻新改良,特别是电解液和电极配方,才生产出我们今天看到的新一代NiZn镍锌充电电池。

镍正极

镍电极的主要活性物质是Ni(OH)2,目前使用的镍电极主要分为烧结型和非烧结型,非烧结型正极相对于烧结型正极具有容量高、活性高的特点,一般采用孔隙率较高的纤维镍或泡沫镍材料作为载体,包覆球形氢氧化镍得到镍正极。

锌阳极

锌负极的主要制备方法有糊状涂覆法、电沉积法、压制法、化学化成法和烧结法。锌负极可制成充电态和放电态两种状态,主要看初始材料是ZnO(充电态)还是Zn(放电态)。一般一次电池采用放电态Zn电极,二次电池多采用充电态ZnO。但由于ZnO具有半导体性质,导电性较差,制备的镍锌二次电池的锌负极材料若全部为ZnO,将有较高的初始电阻。其电极必须用小电流进行充电活化,还原一定比例的ZnO生成Zn,利用金属锌Zn良好的导电性,降低锌负极的电阻,提高充放电效率,改善电极的电化学性能。 因此在镍锌二次电池中,锌负极活性物质主要以ZnO(充电态)为主,并加入一些金属Zn(放电态)以降低初次充电时的高阻,还加入一些缓蚀剂以改善锌负极的性能。由于ZnO在碱性电解液中有一定的溶解度,会造成锌负极枝晶变形、钝化等不良影响。

隔膜

隔膜位于电池正负极之间,防止正负极活性物质直接接触而引起电池短路。隔膜不仅要具有抵抗锌枝晶渗透的能力,还必须耐强碱、抗氧化、不易被电解液浸润、有较好的机械强度和较强的柔韧性、较低的电阻和较高的离子电导率。

电解质

电池正负极材料的性能直接受电解液种类和浓度的影响。碱性电池常选用氢氧化钾溶液作为电解液。负极活性物质ZnO为两性氧化物,在碱性电解液中有一定的溶解度,直接影响锌负极活性物质的利用率。因此,电解液中通常加入少量的LiOH。Li会吸附在正极活性物质颗粒表面,避免活性物质颗粒的团聚,提高电极活性物质的利用率。Li还能防止电极膨胀,提高充电过程中电极反应的可逆性和析氧极化,延长电极的使用寿命。

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