镍氢电池

导语

镍氢电池是有氢离子和金属镍合成,电量储备比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,使用寿命也更长,并且对环境无污染。

  镍氢电池是有氢离子和金属镍合成,电量储备比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,使用寿命也更长,并且对环境无污染。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵好多,性能比锂电池要差。

镍氢电池

  用在镍氢电池的制造上,它们主要分为两大类。最常见的是AB5一类,A是稀土元素的混合物(或者)再加上钛(Ti);B则是镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn),(或者)还有铝(Al)。而一些高容量电池的”含多种成分”的电极则主要由AB2构成,这里的A则是钛(Ti)或者钒(V),B则是锆(Zr)或镍(Ni),再加上一些铬(Cr)、钴(Co)、铁(Fe)和(或)锰(Mn)。所有这些化合物扮演的都是相同的角色:可逆地形成金属氢化物。电池充电时,氢氧化钾(KOH)电解液中的氢离子(H+)会被释放出来,由这些化合物将它吸收,避免形成氢气(H2),以保持电池内部的压力和体积。当电池放电时,这些氢离子便会经由相反的过程而回到原来的地方。

  镍氢电池作为当今迅速发展起来的一种高能绿色充电电池,凭借能量密度高、可快速充放电、循环寿命长以及无污染等优点在笔记本电脑、便携式摄像机、数码相机及电动自行车等领域得到了广泛应用。为了促进镍氢电池性能的提升,对负极储氢材料的研究从未间断。

  从狭义上讲,储氢材料是一种能与氢反应生成金属氢化物的物质;但是它与一般金属氢化物有明显的差异。即储氢材料必须具备高度的反应可逆性,而且,此可逆循环的次数必须足够多,循环次数超过5000次。实际上,它必须是能够在适当的温度、压力下大量可逆的吸收和释放氢的材料。

  对于理想的金属储氢材料应具备以下条件:1、在不太高的温度下,储氢量大,释放氢量也大;2、原料来源广,价格便宜,容易制备;3、经多次吸、放氢,其性能不会衰减;4、有较平坦和较宽的平衡压力平台区,即大部分氢均可在一持续压力范围内放出;5、易活化,反应动力学性能好。

  用于镍氢电池负极储氢材料的主要是金属(或合金)储氢材料,氢几乎可以同周期表中的各种元素反应,生成各种氢化物或氢化合物。但并不是所有金属氢化物都能做储氢材料,只有那些能在温和条件下大量可逆的吸收和释放氢的金属或合金氢化物才能做储氢材料用。

  储氢合金材料在镍氢电池中有着重要地位,因此研究储氢材料对提高镍氢电池性能有着举足轻重的作用。

  以每一个单元电池的额定电压来看,镍氢与镍镉都是1.2V,而锂电池却为3.6V,锂电池的电压是其他两者的3倍。并且同型电池的重量锂电池与镍镉电池几乎相等,而镍氢电池却比较轻。可知,每一个电池本身重量不同,但锂电池因3.6V高电压,在输出同等电压的情况下使的单个电池组合时数目可减少3分之1而使成型后的电池重量和体积减小。特性电压 = 1.2V能量∕重量 = 30-80 Wh/kg (瓦特小时/千克) 即 108-880kJ/kg (千焦耳/千克)能量∕体积 = 140-300 Wh/L (瓦特小时/公升)即 504-1188kJ/kg (千焦耳/千克)自放电率 = 一般为每月 30%,低自放电型号为每年15-30%充放电循环次数 = 500 -1000次记忆效应 镍氢电池与镍镉电池相同都有记忆效应。因此,定期的放电管理也是必需的。

  电解质

  主要为KOH作电解液(电解质7moL/LKOH+15g/LLiOH)

  充电时

  正极反应:Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e-

  负极反应:M + H2O + e- → MH + OH-

  总反应:M + Ni(OH)2 → MH + NiOOH

  放电时

  正极:NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH-

  负极:MH + OH- → M + H2O + e-

  总反应:MH + NiOOH → M + Ni(OH)2

  以上式中M为储氢合金,MH为吸附了氢原子的储氢合金。最常用储氢合金为LaNi5。

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