鎳氫電池

鎳氫電池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套用的一個重要方向越來越被人們注意。

基本介紹

• 中文名：鎳氫電池
• 外文名：Ni-MH battery 
• 正極：NiO電極
• 負極：金屬氫化物
• 分類：高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池 
• 特點：性能良好的蓄電池

鎳氫電池出現

由於化石燃料在人類大規模開發利用的情況下越來越少，近年來，氫能源的開發利用日益受到重視。鎳氫電池作為氫能源套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，而且鎳氫電池還需要貴金屬做催化劑，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等首先研製。用鎳氫電池代替鎘鎳電池並套用於各種衛星上的趨勢已經形成。

結構與原理

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。活性物質構成電極極片的工藝方式主要有燒結式、拉漿式、泡沫鎳式、纖維鎳式及嵌滲式等，不同工藝製備的電極在容量、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採用拉漿式負極、泡沫鎳式正極構成電池。充放電化學反應如下：

正極：Ni（OH）₂+OH^-=NiOOH+H₂O+e^-

負極：M+H₂O+e^-=MH_ab+OH^-

總反應：Ni（OH）₂+M=NiOOH+MH

註：M：氫合金；H_ab：吸附氫；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，MH_ab釋放H⁺，H⁺和OH^-生成H₂O和e^-，NiOOH、H₂O和e^-重新生成Ni（OH）₂和OH^-。電池的標準電動勢為1.319V。

分類

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，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；（6）安全可靠對環境無污染，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並且無枝晶形成。具有良好的比特性。其質量比容量為60A·h/kg，是鎘鎳電池的5倍。（2）循環壽命長，可達數千次之多。（3）與鎳鎘電池相比，全密封，維護少。（4）低溫性能優良，在-10℃時，容量沒有明顯改變。

使用時的維護

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、負極發生膨脹，造成活性物脫落和隔膜損壞，導電網路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後，如果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，並導致電池壽命減短。

發展趨勢

鎳氫電池已經是一種成熟的產品，目前國際市場上年生產鎳氫電池數量約7億隻，日本鎳氫電池產業規模和產量一直高居各國前列，美國和德國僅此於日本，在鎳氫電池領域也開發和研製多年。我國製造鎳氫電池原材料的稀土金屬資源豐富，已經探明儲量占世界已經探明總儲量的80%以上。目前國內研製開發的鎳氫電池原材料加工技術也日趨成熟。鎳氫電池可以和鋅錳電池、鎘鎳電池互換使用，今後圓形電池主要朝著產品規格的多樣性和商業化方面發展，而方形電池的發展重點是作為動力車的動力源。