镍氢电池知识及发展

发布时间:2022-07-07

镍氢电池

一、镍氢电池简介


镍氢电池的产生是环境意识的提升和电子信息产业发展的必然结果,而它的发展与进步则离不开航天高压镍氢电池的发展与应用。镍氢电池有着极为复杂的组成结构,具体包含正负极板、隔板、密封垫片、绝缘盖板、金属外壳、塑料套管、电解液、负极桶以及正极盖等。

此外,镍氢电池作为碱性电池,正极为镍电极,负极为氢氧化物电极,电解质为氢氧化钾水溶液。当镍氢电池充电时,镍氢电池的正极Ni(OH)2将转化成NiOOH,覆盖在电极上的水分子会在负极上还原成氢原子,还原后的氢原子会吸附在电极上,形成吸附状态MH,它被吸收并扩散到负极储氢合金中,形成固体MH。

当储氢合金中溶解的氢原子增加时,氢原子与合金反应形成β-MH合金扩散缓慢,即控制充电过程。镍氢电池放电时,NiOOH因为获得电子而转化为 N(iOH)2,MH内部的氢原子扩散到表面而形成氢原子,且呈吸附态,进而再产生电化学反应形成水分子与贮氢合金。

二、镍氢电池的出现


随着空间技术的发展,人们对电源的要求越来越高。20世纪70年代中期,美国成功开发了功率大、重量轻、寿命长、成本低的镍氢电池,并于1978年成功应用于导航卫星。与同一体积的镍镉电池相比,镍氢电池的容量可以翻倍,重金属镉没有污染问题。

其工作电压与镍镉电池完全相同,工作寿命一般相同,但具有良好的过充放电性能。近年来,镍氢电池受到了世界各国的关注,各种新技术层出不穷。镍氢电池刚问世时,氢气应该用高压容器储存。后来,人们用金属氢化物储存氢气,从而制成低压甚至常压镍氢电池。1992年,每月可生产200万台镍氢电池。目前,中国已有20多个单位开发生产镍氢电池。

三、镍氢电池的充放电


1、放电

镍氢电池具有较高的自放电效果,约为每月30[%]或更多。这高于镍镉电池每月20[%]的自放电速率。电池充满时,自放电速率越高;当电量下降到一定程度时,自放电速率会略有下降。电池存储处的温度对自放电速率有很大影响。因此,长期不使用的镍氢电池较好充电到40[%]的半满状态。

在使用电池的过程中,我们也必须小心。对于几个串联在一起的电池(相机中的4个)AA电池的一般排列方式),避免电池完全耗尽电能,然后发生反向充电(Reverse charging)。这将对电池造成不可弥补的损坏。

不过,通常这些设备(比如之前提到的数码相机)能够检测串联电池的放电电压,当它下降到一定程度时,便自动关闭,以保护电池。单颗电池并不会有以上的危险,只会一直放电,直到电压为0。这不会对电池造成损害,实际上,周期性地将电放完然后再充满有利于保持电池的容量与质量。

2、充电

新购买的镍氢电池或长期未使用的镍氢电池需要一段时间来激活电池电量。因此,一些新的镍氢电池需要几次充放电循环才能达到标称电量。

一些制造商认为,无论是否有计时器,使用一些简单的恒流(电流较小)充电器都可以安全地为镍氢电池充电,允许的长期充电电流为C/10h(电池的标称电量除以10小时)。

事实上,一些低成本的无线电话基地和较便宜的电池充电器就是这样工作的。虽然这可能是安全的,但它可能会对电池寿命产生不利影响。对于镍氢电池的长期维护,低频脉冲-大电流的充电方式比涓流充电更能保持电池状态。

快速充电时,可以通过充电器中的微机避免电池过充。今天的镍氢电池快速充电管理芯片电池含有催化剂,可以及时消除过充造成的危险。

2H2 O2--催化剂-->2H2O但这种反应只从过充开始的时间开始C÷10小时内有效(C=电池标记的容量)。充电程序开始时,电池温度会明显升高,一些快速充电器(不到1小时)含有风扇,以避免电池过热。

我国镍氢电池的发展


小型镍氢电池市场整体饱和甚至产量过剩,随着电动汽车全球化的战略需求,大型镍氢电池将有更大的发展空间。镍氢电池的主要应用领域是零售市场、无绳电话、无绳真空吸尘器、个人护理产品、照明灯具、电动工具和电动汽车。

除电动汽车外,其他应用程序也呈下降趋势。同时,面对镍镉电池和锂电池的竞争,小型镍氢电池的应用领域对产品本身提出了更高的要求,以反映其竞争力,使客户在购买电池后可以直接使用,而无需充电。产品本身正朝着更方便、差异化、成本效益的方向发展,在行业中略有生存。

世界上镍氢电池的发展


全球小型镍氢电池制造商的出货统计显示,镍氢电池制造商的集中度进一步提高。

全球小型镍氢电池市场趋于饱和甚至过剩,产品向高性价比方向发展。随着电动汽车全球化的步伐,大型镍氢电池的稳定销售将进一步增长。

日本镍氢电池产业发展相对稳定,但也出现了并购重组的趋势。通过对多年来我国镍氢电池的生产、销售和出口情况的分析,我国镍氢电池产业的发展正朝着更加集约化的方向发展。分析表明,全球镍氢电池产业集中度进一步提高,并购重组不断发生。

中国和日本主要生产镍氢电池,中国主要生产小型镍氢电池。

六、镍氢电池废物回收问题


废镍氢电池的回收具有很高的经济价值,因为它们有大量珍贵的矿产资源,如镍、钻井和稀土。增加废镍氢电池的回收不仅有利于降低电池成本,而且有效促进社会经济效益的提高,对社会的可持续发展具有重要的现实意义。

然而从目前情况来看,我国针对于废旧镍氢电池的回收,仍然处于起步阶段,其回收利用水平与西方等发达国家仍然存在着一定的差距,而究其原因,主要是由以下三个方面造成的。

1.与发达国家相比,镍氢电池的生产和销售较少,故障废电池数量不足,导致相关技术人员对废电池回收技术研究重视不够。

2.人们的回收意识薄弱,环保意识薄弱,未能认识到废镍氢电池回收的重要性。废镍氢电池经常与生活垃圾一起丢弃和处理。

3、镍氢电池的化学成分较为复杂,即镍氢电池不仅在内部金属构造上较为繁杂,在存在形式方面也较为复杂,这便使的回收利用废旧镍氢电池的难度有所增强。

七、镍氢电池回收处理技术


到目前为止,处理废镍氢电池的技术主要包括湿冶金、火冶金、生物冶金和废镍氢电池的直接再生技术。具体讨论如下。

1、火法冶金

火法冶金技术是处理废电池的理想方法。它利用废镍氢电池中各种金属在熔点和沸点上的差异加热和分离废电池,使电池中的化合物和金属氧化、还原、分解和冷凝,从而达到回收金属的目的。火法冶金技术可分为真空冶金法和常压冶金法。前者在密封环境中进行,后者在大气中进行。火法冶金处理技术可操作性强,而且回收率高,应用广泛。

2.废镍氢电池直接再生技术

该技术不仅利用含镍离子的浓硫酸清洁电池内部,而且在保持一定温度的基础上给电池充电,从而有效恢复废电池隔膜的亲水性和正负极容量,从而实现镍氢电池的再生。直接再生技术可操作性强,资源回收率高。但由于该技术对原材料质量要求高,杂质含量高,该技术的应用有限。

湿法冶金技术

该技术是利用镍氢电池中各种化合物和金属溶解在酸溶液中的一种技术,促进其形成离子溶液,并通过化学沉淀、更换和选择性浸出回收有价金属。湿冶金技术可以有效回收镍氢电池中的各种金属,回收产品的纯度也较高。但这种方法也有一些缺点,即技术过程过于复杂,此外,浸出液体具有很强的腐蚀性。如果处理方法不当,很容易造成二次污染。此外,原材料消耗成本大,经济效益不够明显。因此,该方法在废镍氢电池回收中的应用也呈逐年减少的趋势。

4.生物冶金技术

生物冶金技术利用嗜酸微生物及其代谢物的直接或间接作用,产生氧化、还原、组合、吸附或溶解,并分离和提取不溶性成分。该技术原理来自矿物行业的生物湿冶金技术,因此生物冶金法也可称为生物沥青过滤。生物冶金技术的优缺点更为明显,其优点是工艺简单,操作方便,消耗成本低;缺点是浸泡时间长,浸泡率低。

因此,随着社会的发展和环境污染问题的加剧,废电池的回收已逐渐成为世界性的阳光工程。中国要做好发展前景,必须充分认识废镍氢电池回收的重要性,废镍氢电池处理技术不断研究、创新、改进和应用,只有这样,才能不断提高镍氢电池的回收效率,促进我国社会经济效益的不断提高。

镍氢电池和锂电池的区别


锂电池是爱迪生发明的一种以锂金属或锂合金为负极材料,采用非水电解质溶液的电池。电池的反应方程是:Li MnO2=LiMnO2反应是氧化还原反应和放电。过去,由于锂金属的化学性质非常活跃,对加工、保存和使用的环境要求非常高,锂电池长期没有应用。随着现代科学的发展,锂电池已成为主流。

1、充电方法

锂电池的充电要求不同于镍镉/镍氢电池。锂电池的单体电压为3.6V(有些电池块可能会被标称为3.7V)。随着充电,锂电池电压会缓慢上升,这也是判断锂电池是否充满的标志。一般厂家建议暂停充电电压4.2V(单节锂电池)。

锂电池的充电一般采用限压限流法。如果朋友想独立给锂电池充电,需要注意的是,它的充电方法不同于镍镉/镍氢电池中使用的恒流充电方法。普通镍镉/镍氢电池的充电器不能使用。

2、电量

锂电池比能量大,电池小;单个锂电池的电压是镍氢电池的3倍;如果没有记忆效应,可以随时充电。但是,你不能一次充电。如果充放电次数过多,会影响电池的使用寿命。锂电池不宜长期存放,部分容量会随着时间的推移*丧失。充电40%后较好放在冰箱的冰箱里。

3、体积

与普通镍镉/镍氢电池相比,可充电锂电池具有体积小(相对)、重量轻、自放电率低、无记忆效应等优点,广泛应用于许多新型移动设备中。我们通常使用移动电话、笔记本电脑PDA等待移动设备的电池已逐渐被锂电池所取代。镍氢电池的记忆效果不是很明显。有一点,当你想紧急使用它时,你不必在充电前放光电。较好在放光后充分使用。

九、镍氢电池的维护


随着镍氢电池数量的不断增加,科学的使用和维护逐渐进入人们关注的视线。众所周知,根据官方声称,品牌镍氢电池的使用寿命可充电500-1000次。事实上,这只是一个理想的价值,往往达不到这样的寿命。但只要充电器的合理使用和对镍氢电池的更深入的了解,我们仍然可以让她延长寿命。

1.镍氢电池维护注意事项1

使用电池时,一般是电池组,即4节或6节串联。此时,保持每个电池的平衡非常重要,否则整个电池组的工作将受到其中一个电池问题的影响。首先,为了确保电池容量一致,较好选择同一品牌和型号的电池。然后,为了保持电池内部的功率一致,简单地说,电池组的功率要么是满的,要么是空的。

如果有更多的电池组成几组电池组,你可以尝试选择。具体来说,将容量、电压等参数相似的电池单体串联成一组电池组。由于条件不足,一般可以测量放电后的电压和冲洗电压。

2.镍氢电池维护注意事项2

慢充电不会损坏电池,但充电时间太长;快速充电可以节省时间,但会损坏电池。即使是世界上较好的,8160的八槽充电器也只能很好地减少损坏程度,但不能完全避免。解决冲突的方法是购买快速充电和慢速充电。使用快速充电一段时间,例如,5或10次后,使用慢速充电一到两次。这将使电池的性能恢复到较佳状态。

3.镍氢电池维护注意事项3


价格不一。价格不一。

所以我们经常有疑问,为什么同样是快速充电,价格差别很大?好的充电器,特别是好的快速充电,具有过度充电保护功能能的,比方我们常见的比苛,八槽充电器8160在这方面表现尤为出色,优秀的芯片软件设计能力在对电池充电时,也把快充对电池的伤害降到了较低。

4、镍氢电池保养注意事项四

长期不用的镍氢电池会在存放几个月后,电池自然进入一种“休眠”状态,电池寿命大大降低。如果镍氢电池已经放置了很长的时候,建议你先用慢充进行充电为宜。这里涉及到另一个关键问题:对于镍氢电池,电池是应该完全放电后再保存,还是带电保存?这两种截然不同的观点,应该采用哪种呢?许多人都认为应采用前者,但笔者却认为电池带电保存比较合理。因为:据,镍氢电池保存的较佳条件是带电80%左右保存。

这是因为镍氢电池的自放电较大(一个月10%-15%左右),如果电池完全放电后再保存,很长时间内不使用,电池的自放电现象就会造成电池的过放电,会损坏电池。不信?那你想一想新买的镍氢充电电池是不是都还有电的,其中就是这个道理。建议:多比较,纠正错误的观点,从正确的方向入手保养电池,否则会事与愿违。

5、镍氢电池保养注意事项五


电池充电时,要注意充电器周围的散热,太刻意用什么风扇吹没有什么必要,但要注意的是充电器周围不要放置太多杂物。普通用户在使用电池的过程中,电池往往没有专用的存放包;用户在替换电池后,会习惯性的把电池随手放好,而不管所放的地方是否干净、潮湿。

这样的后果就是电池容易弄脏、触点易与金属??比如钥匙等接触、容易受潮,而这些都是电池的大敌。建议:用户应该设置一个电池专用放置点,并保持电池的清洁。为了避免电量流失等问题发生,保持电池两端的接触点和电池盖子的内部干净,必要时使用柔软、清洁的干布轻擦。

6、镍氢电池保养注意事项六

虽然镍氢电池的记忆效应小,仍然推荐大家尽量每次使用完后再充电,并且是一次性充满,不要充一会用一会然后再充。这可是“延年益寿”的重要一点噢。

7、镍氢电池保养注意事项七

新买的镍氢电池一般要经过3-4次的充电和使用,性能才能发挥到较佳状态,很多朋友*次充电碰到的小问题,比方*次充电后拍PP数量没有想象的那么多呀?在3-4次充电和使用后就都迎刃而解了。

8、镍氢电池保养注意事项八

一般情况下,新的镍氢电池只含有少量的电量,大家购买后要先进行充电然后再使用。但如果电池出厂时间比较短,电量很足,推荐先使用然后再充电。

十、镍氢电池的性能要求


1、离子交换率

离子文换率太小或为零表示离子不能穿过隔膜。则充放电化学反应就不能正常进行。

2、多孔性及透气性

孔隙率太大会使两极的化学物质互相渗透造成短路,孔隙率太小不利于离子通过。增大隔膜电阻无法保证电池的大电流放电。电池在过充电时正极产生的氧气必须穿过隔膜与与负极的氢结合。否则电池的内压升高会导致电池漏液。

3、绝缘性

保证正负极不会短路。

4、电阻

隔膜的电阻要低,隔膜电阻高会使电池内耗增加,从而导致电池无法大电流放电。

5、厚度


在满足上述指标的同时越薄越好。隔膜较厚则会占据较多的空间,相同条件下电池的容量就会下降。

6、机械强度高

隔膜要具有较高的干、湿强度,因为生产中隔膜随正负极材料的卷绕速度非常快,隔膜受到较大的拉伸力作用,这就要求隔膜具有较高的干强度;又因为隔膜浸在碱液中被反复充放电,因而要求具有较高的湿强度;卷绕时卷针和极板都有可能刺破隔膜。

7、保液率高

隔膜吸收的电解液越多,阴极和阳极的化学物质反应便越充分。电池容量也就越大,寿命也就越长。原文地址:http:// .pikacn.com/news/201611/5278、吸液速率快

隔膜吸液速率快有利于电池生产的进行。

9、化学稳定性

镍氢电池的电解液为30%-40%的KOH,因此隔膜在强碱性电解质溶液中要有很好的化学稳定性,包括耐碱性和耐氧化性,主要是防止隔膜在碱液中发生化学反应以影响电池的放电。

十一、镍氢电池在汽车市场上的应用


根据美国USABC对各种电动车用电池的性能以及发展潜力比较论证,综合考虑电池的可靠性、安全性、电池材料的资源与环境问题以及电池性能的发展趋势,确定镍氢电池是近期和中期电动车用可以选择动力电池。混合动力汽车(HEV)主要使用镍氢电池,极少量使用锂离子电池。因较为成熟的技术和较长时间的技术应用沉淀,不需要辅助基础设施、节能高效而具备优势,PHEV/EV仍然处于市场发展初期,更适合点对点的交通运输方案而不是乘用车。

混合动力汽车率先其他类型的新能源汽车实现产业化生产。

石油化能源供应趋紧,使得镍氢电池在新能源汽车、风电储能和太阳能储能等新兴领域具有巨大发展潜力,远景十分光明。在未来的几十年中,镍氢电池将持续保持巨大的应用空间。


大尺寸车用镍电池生产全部集中在日本,但随着国产配套大尺寸车用镍氢电池产业化进程逐渐加快,将扩大储氢合金市场需求。近年来,人们对城市空气质量及地球石油资源危机等问题日趋重视,保护环境,节约能源的呼声日益高涨,促使人们高度重视电动车及其相关技术的发展,我国明确十五“863”计划将电动汽车列为重大专项,组织由各大汽车制造集团牵头研发团体致力于电动汽车的开发,其中混合动力汽车要在十五期间实现产业化。

中国应该积极推出鼓励镍氢电池混合动力电动车的战略,这样才有可能在新能源车的发展和应用过程中处于全球良好水平,真正达到减少排放,改善环境的目的。同时积极针对镍氢电池的回收再利用方面做积极的政策和制度层面规划。

总结:其实镍氢电池对比其他性能的电池,尤其是和锂电池的对比,两者之间的差距是有的,但是从某些程度上来讲,镍氢电池还是具有很大的优势的,从其在世界上的发展现状以及前景来看,镍氢电池确实是值得推广并且广泛使用的一种电池类型。