镍氢电池是一种可充放电的二次电池,负极采用储氢合金,正极采用氢氧化镍。
与同样在正极中使用镍的镍镉电池相比,锂离子电池由于使用储氢合金代替镉,因此价格更高,但其特点是能够使用大电流进行充电和放电,并且单位质量的电池容量较大。
另一个特点是,与其他充电电池相比,记忆效应(电池在未 放电的情况下反复充电时放电时电压下降的效应)相对较小,这意味着电池可以反复使用而不会出现性能下降。
镍氢电池因其高性能和长寿命而得到充分发挥,并用于需要高输出和可靠性的用途,例如汽车电池、笔记本电脑和干电池。
近年来,锂离子电池由于没有记忆效应和自放电、单位质量的电池容量较大、工作电压较高而开始普及,但由于其优异的输入输出特性和制造成本,两者仍然继续一起使用。
镍氢电池由电极(正极:羟基氧化镍、负极:储氢合金)、烯烃类无纺布等隔膜、氢氧化钾电解液构成。干电池则将这些电极卷绕在一起,装入罐内。
图1显示了镍氢电池的化学反应式。镍氢电池放电时,正极的羟基氧化镍在水的存在下接受电子,生成氢氧化镍和氢氧根离子。负极的储氢合金在氢氧根离子的存在下释放出氢离子和电子,生成水。
放电时,反应方向相反:氢氧根离子在正极与氢氧化镍发生反应,生成羟基氧化镍,并释放电子。负极则通过提供电子吸附氢气。
镍氢电池的充放电过程很简单,就是吸收氢气并生成水。例如,汽车使用的铅酸电池是通过电极上的析出和溶解反应进行充放电的,因此反复充放电必然会导致电极劣化。镍氢电池不存在这种劣化模式,只要电极本身不劣化,就可以半地使用,因此是一种长寿命电池。
钴合金曾主要用于负极储氢合金,以实现高容量,但主要出于成本方面的考虑,目前已开始转向无钴合金。随着研发的不断推进,无钴高容量储氢合金也已开发出来。正极方面,充电状态下的氢氧化镍导电性良好,但放电状态下的氢氧化镍为绝缘体,这会导致放电过程中电子路径损失等问题。因此,人们添加了氢氧化钴等材料来提高导电性。
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