镍镉电池原理及充电方法.doc

镍镉/镍氢电池原理及充电方法作者:镍镉/镍氢电池发展1899年,WaldmarJungner在开口型镍镉电池中,首先使用了镍极板,几乎与此同时,ThomasEdison发明了用于电动车镍铁电池。遗憾是,由于当时这些碱性蓄电池极板材料比其它蓄电池村料贵得多,因此实际应用受到了极大限制。后来,Jungner镍镉电池经过几次重要改进,性能明显改善。其中最重要改进是在1932年,科学家在镍电池中开始使用了活性物质。他们将活性物质放入多孔镍极板中,然后再将镍极板装入金属壳内。镍镉电池发展史上另一个重要里程碑是1947年密封型镍镉电池研制成功。在这种电池中,化学反应产生各种气体不用排出,可以在电池内部化合。密封镍镉电池研制成功,使镍镉电池应用范围大大增加。密封镍镉电池效率高、循环寿命长、能量密度大、体积小、重量轻、结构紧凑,并且不需要维护,因此在工业与消费产品中得到了广泛应用。随着空间技术发展,人们对电源要求越来越高。70年代中期,美国研制成功了功率大、重量轻、寿命长、成本低镍氢电池,并且于1978年成功地将这种电池应用在导航卫星上,镍氢电池与同体积镍镉电池相比,容量可提高一倍,而且没有重金属镉带来污染问题。它工作电压与镍镉电池完全相同,工作寿命也大体相当,但它具有良好过充电与过放电性能。近年来,镍氢电池受到世界各国重视,各种新技术层出不穷。镍氢电池刚问世时,要使用高压容器储存氢气,后来人们采用金属氢化物来储存氢气,从而制成了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多个单位研制生产镍氢电池。蓄电池参数蓄电池五个主要参数为:电池容量、标称电压、内阻、放电终止电压与充电终止电压。电池容量通常用Ah(安时)表示,1Ah就是能在1A电流下放电1小时。单元电池内活性物质数量决定单元电池含有电荷量,而活性物质含量则由电池使用材料与体积决定,因此,通常电池体积越大,容量越高。与电池容量相关一个参数是蓄电池充电电流。蓄电池充电电流通常用充电速率C表示,C为蓄电池额定容量。例如,用2A电流对1Ah电池充电,充电速率就是2C;同样地,用2A电流对500mAh电池充电,充电速率就是4C。电池刚出厂时,正负极之间电势差称为电池标称电压。标称电压由极板材料电极电位与内部电解液浓度决定。当环境温度、使用时间与工作状态变化时,单元电池输出电压略有变化,此外,电池输出电压与电池剩余电量也有一定关系。(),。电池内阻决定于极板电阻与离子流阻抗。在充放电过程中,极板电阻是不变,但是,离子流阻抗将随电解液浓度变化与带电离子增减而变化。蓄电池充足电时,极板上活性物质已达到饱与状态,再继续充电,蓄电池电压也不会上升,此时电压称为充电终止电压。~,。表1-1镍镉电池不同放电率时放电终止电压放电终止电压是指蓄电池放电时允许最低电压。如果电压低于放电终止电压后蓄电池继续放电,电池两端电压会迅速下降,形成深度放电,这样,极板上形成生成物在正常充电时就不易再恢复,从而影响电池寿命。放电终止电压与放电率有关。镍镉电池放电终止电压与放电速率关系如表1-1所列,镍氢电池放电终止电压一般规定为1V。镍镉蓄电池工作原理镍镉蓄电池正极材料为氢氧化亚镍与石墨粉混合物,负极材料为海绵状镉粉与氧化镉粉,电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。当环境温度较高时,~(15℃时)氢氧化钠溶液。当环境温度较低时,~(15℃时)氢氧化钾溶液。在-15℃以下时,~(15℃时)氢氧化钾溶液。为兼顾低温性能与荷电保持能力,(15℃时)氢氧化钾溶液。为了增加蓄电池容量与循环寿命,通常在电解液中加入少量氢氧化锂(大约每升电解液加15~20g)。镍镉蓄电池充电后,正极板上活性物质变为氢氧化镍〔NiOOH〕,负极板上活性物质变为金属镉;镍镉电池放电后,正极板上活性物质变为氢氧化亚镍,负极板上活性物质变为氢氧化镉。(1)负极反应负极上镉失去两个电子后变成二价镉离子Cd2+,然后立即与溶液中两个氢氧根离子OH-结合生成氢氧化镉Cd(OH)2,沉积到负极板上。(2)正极反应正极板上活性物质是氢氧化镍(NiOOH)晶体。镍为正三价离子(Ni3+),晶格中每两个镍离子可从外电路获得负极转移出两个电子,生成两个二价离子2Ni2+。与此同时,溶液中每两个水分子电离出两个氢离子进入正极板,与晶格上两个氧负离子结合,生成两个氢氧根离子,然后与晶格上原有两个氢氧根离子一起,与两个