随着空间技术的发展,人们对电源的要求越来越高。70年代中期,美国研制成功了功率大、重量轻、寿命长、成本低的镍氢电池,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的污染问题。它的工作电压与镍镉电池完全相同,工作寿命也大体相当,但它具有良好的过充电和过放电性能。近年来,镍氢电池受到世界各国的重视,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,
国产镍氢电池的综合性能已经达到国际先进水平。+ k0 n
镍氢电池的工作原理 4 ^) h
镍氢电池和同体积的镍镉电池相比,容量增加一倍,充放电循环寿命也较长,并且无记忆效应。镍氢电池正极的活性物质为NiOOH(放电时)和Ni(OH)2(充电时),负极板的活性物质为H2(放电时)和H2O(充电时),电解液采用30%的氢氧化钾溶液,充放电时的电化学反应如下:
充电
正级Ni(OH)2+OH- -e <------->NiOOH+H2O" @! d3 N2 z: A- |
放电
充电
负极H2O+e<------>1/2H2+OH-
放电
充电
总反应 Ni(OH)2 <---->NiOOH+1/2H2/ I# f4 r% x'' b: V
放电) [0 b
从方程式看出:充电时,负极析出氢气,贮存在容器中,正极由氢氧化亚镍变成氢氧化镍(NiOOH)和H2O;放电时氢气在负极上被消耗掉,正极由氢氧化镍变成氢氧化亚镍。( r7 k( L- _$ Z- T# U
蓄电池过量充电时,正极板析出氧气,负极板析出氢气。由于有催化剂的氢电极面积大,而且氢气能够随时扩散到氢电极表面,因此,氢气和氧气能够很容易在蓄电池内部再化合生成水,使容器内的气体压力保持不变,这种再化合的速率很快,可以使蓄电池内部氧气的浓度,不超过千分之几。
从以上各反应式可以看出,镍氢电池的反应与镍镉电池相似,只是负极充放电过程中生成物不同,从后两个反应式可以看出,镍氢电池也可以做成密封型结构。镍氢电池的电解液多采用KOH水溶液,并加入少量的LiOH。
隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。为了防止充电过程后期电池内压过高,电池中装有防爆装置。: A. x'' W$ o
镍氢电池的充电特性与镍镉电池类似,充电终止时,镍镉电池电压下降比镍氢电池要大得多。当电池容量达到额定容量的80%以前,镍镉电池的温度缓慢上升,当电池容量达到90%以后,镍镉电池的温度才很快上升。当电池基本充足电时,镍镉/镍氢电池的温度上升率基本相同。
