鎳氫電池的設計源于鎳鎘電池,但在改善鎳鎘電池的記憶效應上,有極大的進展。其主要的改變,在以儲氫合金取代負極原來使用之鎘,因此鎳氫電池可以說是材料革新的典型代表。1982?年美國OVONIC公司請求儲氫合金用于電極制造之專利,使得此一材料受到重視,繼之為1985年荷蘭飛利浦公司突破了儲氫合金在充放電過程中容量衰減的問題,終使鎳氫電池脫穎而出。目前在日本有8家以上鎳氫電池制造廠,德國、美國、香港、***亦有鎳氫電池生產,市場反應良好。而且鎳氫電池所造成之污染,會比含有鎘之鎳鎘電池小很多,因此,目前鎳鎘電池已逐漸被鎳氫電池取代.
鎳氫電池特點
1、優點
????①高能量密度
?????體積能量密度250-300Wh/L?;重量能量密度50-60Wh/LKg
????②長環壽命可長達500次以上
????③快速充電
????④安全無公害?
2、缺點
????①高溫特性差
?????②自放電率高
?????③輕微記憶效應?鎳氫電池反應原理?
正極反應:
Ni(OH)2+OH-<->NiOOH+H2O+e-?E0?=?0.490V
負極反應:
M+H2O+e-<->Mhab+OH-???????E0?=?-0.828V
電池總反應:
Ni(OH)2+M<->NiOOH+Mhab
M:儲氫合金?Mhab:金屬氫化物
????從上面總的化學反應式來看,主要特性是,在充放電過程中,只有氫氣在正負極間轉移,電解液沒有參加反應,其數量在反應中不會減少或增多。右面所示的電池充放電機理會有助于了解電池通過質子轉移所發生的有用的化學反應。通過使負極儲氫合金富余,可以復合過充時正極釋放出來的氧氣,使電池的內壓保持恒定,這樣才可能對電池進行密封。?
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實現密封的原理
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鎳氫電池的組成
????以氫氧化鎳為主要活性物質的正極,以儲氫合金粉為活性物質的負極,細纖維制成的隔膜,堿性電解液,金屬外殼,裝有自密封安全閥的密封蓋帽。其基本結構與鎳鎘電池完全一樣。制造圓柱形鎳氫電池時,將正極與負極用隔膜隔開,再卷成電芯,然后裝進外殼內,最后用有絕緣密封墊片的密封蓋帽進行密封。
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1、氧化鎳正極
???①氧化鎳簡介
???鎳氫電池正極除主要的活性物質氫氧化鎳粉末外,還包括導電劑、粘結劑、集電體及其它助劑。氫氧化鎳用于電池已有百年歷史,更已經多次品質改良,因此相關之制造方法很多。不過,依各廠商制程不同,最終所得產品品質迥異。目前市場所使用的材料以球型結構之高容量氫氧化鎳品質最佳。此乃導因于鎳電極之制作已從鎳鎘電池之燒結式極板,轉變為黏結式鎳極,因而可促使電容量大幅提升,相對搭配之氫氧化鎳材料也要求更高之電容量。
常見品質要求的指針除電容量外,組成成分分析、形狀、晶型、粒徑及密度都相當重要。鎳氫電池所使用之氫氧化鎳,一方面要求其純度,一方面又與其它金屬共沈淀作為改質之用,常使用的鈷有提高電流放電活性的功能,而鋅與電極膨脹率有關。當氫氧化鎳本身密度越高時,單位體積的電容量可更高,而均勻的球型取代不定型氫氧化鎳,可使粉末流動性良好,易于填充。另一方面由于材料之間的空隙減少,也可提高在有限體積內之材料的填充量,進而使電池有更好之性能。?1、氧化鎳正極
????②氧化鎳的制造
右圖為市售氫氧化鎳制造流程?
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