鉅大LARGE | 點擊量：2103次 | 2021年04月25日
詳解鎳氫電池（柱式）的結構、原理以及特性介紹
鎳氫電池(柱式)是一種性能良好的蓄電池。鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。鎳氫電池正極活性物質為Ni（OH）2（稱NiO電極），負極活性物質為金屬氫化物，也稱儲氫合金（電極稱儲氫電極），電解液為6mol/L氫氧化鉀溶液。鎳氫電池作為氫能源應用的一個重要方向越來越被人們注意。
由于化石燃料在人類大規(guī)模開發(fā)利用的情況下越來越少，近年來，氫能源的開發(fā)利用日益受到重視。鎳氫電池作為氫能源應用的一個重要方向越來越被人們注意。雖然鎳氫電池確實是一種性能良好的蓄電池，但航天用鎳氫電池是高壓鎳氫電池（氫壓可達3.92MPa，即40kg/cm2），這樣的高壓力氫氣貯存在薄壁容器內使用容易爆炸，而且鎳氫電池還要貴金屬做催化劑，使它的成本變得很貴，這就很難為民用所接受，因此，國外自70年代開始探索民用的低壓鎳氫電池。鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。高壓鎳氫電池是20世紀70年代初由美國的M.Klein和J.F.Stockel等首先研制。用鎳氫電池代替鎘鎳電池并應用于各種衛(wèi)星上的趨勢已經形成。
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鎳氫電池正極活性物質為Ni（OH）2（稱NiO電極），負極活性物質為金屬氫化物，也稱儲氫合金（電極稱儲氫電極），電解液為6mol/L氫氧化鉀溶液?；钚晕镔|構成電極極片的工藝方式重要有燒結式、拉漿式、泡沫鎳式、纖維鎳式及嵌滲式等，不同工藝制備的電極在容量、大電流放電性能上存在較大差異，一般根據使用條件不同的工藝生產電池。通訊等民用電池大多采用拉漿式負極、泡沫鎳式正極構成鎳氫電池。充放電化學反應如下：
正極：Ni（OH）2+OH-=NiOOH+H2O+e-
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
負極：M+H2O+e-=MHab+OH-
總反應：Ni（OH）2+M=NiOOH+MH
注：氫合金（M）,吸附氫(Hab),反應式從左到右的過程為充電過程,反應式從右到左的過程為放電過程。
充電時正極的Ni（OH）2和OH-反應生成NiOOH和H2O，同時釋放出e-一起生成MH和OH-，總反應是Ni（OH）2和M生成NiOOH，儲氫合金儲氫；放電時與此相反，MHab釋放H+，H+和OH-生成H2O和e-，NiOOH、H2O和e-重新生成Ni（OH）2和OH-。鎳氫電池的標準電動勢為1.319V。
鎳氫電池的重要有6大特性：表現(xiàn)工作特性的充電特性與放電特性，表現(xiàn)儲存特性的自放電特性與長期儲存特性，表現(xiàn)綜合的循環(huán)壽命特性與安全特性。它們都決定于鎳氫電池的結構，表現(xiàn)于所處環(huán)境，顯著特點是受溫度與電流影響巨大。
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1、充電特性：當鎳氫電池充電電流增大和（或）充電溫度降低時會導致電池充電電壓上升。一般在0℃～40℃之間的環(huán)境溫度下采用不大于1C的恒定電流充電，而在10℃～30℃之間充電能獲得較高的充電效率。
假如經常在高溫或低溫環(huán)境中對鎳氫電池充電，會導致鎳氫動電池性能的降低，關于0.2C以上的快速充電，充電控制措施是必不可少的。反復的過充也會降低鎳氫電池的性能，所以，高低溫以及大電流充電的保護措施一定要到位。
2、放電特性：鎳氫電池的放電平臺是1.2V，電流越大，溫度越低，鎳氫電池放電電壓和放電效率都會降低，鎳氫電池的最大持續(xù)放電電流為1C-2C。
鎳氫電池的放電截止電壓一般設定在0.9V，IEC標準充放電模式設定為1.0V，因為，1.0V以下一般還可以供應穩(wěn)定的電流，而0.9V以下還可以供應略小一些的電流，因此，鎳氫電池的放電截止電壓可以看作0.9V~1.0V的一個電壓區(qū)間，有些鎳氫電池則可以下標到0.8V。一般情況下，假如截止電壓設定得太高，則鎳氫電池容量不能被充分利用，反之，則容易引起鎳氫電池過放。
3、自放電特性：是指鎳氫電池充足電開路（無負載）存放時容量自耗的現(xiàn)象，自放電特性重要受環(huán)境溫度的影響，溫度越高，鎳氫電池存放后容量自耗就越大。
4、長期存放特性：重要是指鎳氫電池的電量恢復能力。經過較長時間（如一年）存放后使用時，鎳氫電池的容量可能會比存放前的容量小，但經過幾次充放循環(huán)后，鎳氫電池能恢復到存放前的容量。
5、循環(huán)壽命特點：鎳氫電池的循環(huán)壽命受充放電制度、溫度和使用方法的影響。按照IEC標準充放電時，一次完全充放電就是鎳氫電池的充電周期，多次的充電周期就構成了循環(huán)壽命，鎳氫電池的充放電循環(huán)可以超過500次。
6、安全性：鎳氫電池的安全性能是電池設計中較好的，這固然與其所采用的物質材料有關，也與其結構有密不可分的關系。在使用過程中，假如鎳氫電池使用不正當造成過充、過放、短路，而促使鎳氫電池內部壓力升高，這時，一個可恢復的安全閥將會打開，就能夠起到降低內部壓力，從而防止電池爆炸的用途。
鎳氫電池的用途
（1）電氣設備：電力儀表、自動化控制、測繪儀器。
（2）家用便攜式：便攜式血壓、血糖測試儀、多參數監(jiān)護儀、按摩器、便攜式DVD等。
（3）燈具：探照燈、手電筒、應急燈、太陽能燈。
（4）電子玩具：飛機航模、遙控車、遙控船。
（5）電動工具：電鉆、電刨、電鋸、電批消費性電子產品鎳氫電池被普及地應用在消費性電子產品中。
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鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池
低壓鎳氫電池具有以下特點：
（1）電池電壓為1.2~1.3V，與鎘鎳電池相當。
（2）能量密度高，是鎘鎳電池的1.5倍以上。
（3）可快速充放電，低溫性能良好。
（4）可密封，相對其它電池耐過充放電能力強。
（5）無樹枝狀晶體生成，可防止電池內短路（柱式型）。
（6）安全可靠對環(huán)境無污染，無記憶效應等。
高壓鎳氫電池具有如下特點：
（1）可靠性強。具有較好的過放電、過充電保護，可耐較高的充放電率并且無枝晶形成。具有良好的比特性。其質量比容量為60Ah/kg，是鎘鎳電池的5倍。
（2）循環(huán)壽命長，可達數500以上。
（3）全密封，維護少。
（4）低溫性能優(yōu)良，在-10℃時，容量沒有明顯改變。
鎳氫電池在使用時應注意維護
（1）使用過程忌過充電。在循環(huán)壽命之內，使用過程切忌過充電，這是因為過充電容易使正、負極發(fā)生膨脹，造成活性物脫落和隔膜損壞，導電網絡破壞和電池歐姆極化變大等問題。
（2）防止電解液變質。在鎳氫電池循環(huán)壽命期，應抑制電池析氫。
（3）鎳氫電池的存放。保存鎳氫電池應在充足電后，假如在電池中沒有儲存電能的情況下長期保存電池，將使電池負極儲氫合金的功能減弱，并導致電池壽命減短。
