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鎳氫電池知識

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瀏覽:- 發布日期:2018-08-04 19:21:54【

鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成,電量儲備比鎳鎘電池多30%,比鎳鎘電池更輕,使用壽命也更長,并且對環境無污染。鎳氫電池的缺點是價格比鎳鎘電池要貴好多,性能比鋰電池要差。

化學成分

鎳氫電池中的“金屬”部分實際上是金屬互化物。許多種類的金屬互化物都已被運用在鎳氫電池的制造上,它們主要分為兩大類。最常見的是AB5一類,A是稀土元素的混合物(或者)再加上鈦(Ti);B則是鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn),(或者)還有鋁(Al)。而一些高容量電池的“含多種成分”的電極則主要由AB2構成,這里的A則是鈦(Ti)或者釩(V),B則是鋯(Zr)或鎳(Ni),再加上一些鉻(Cr)、鈷(Co)、鐵(Fe)和(或)錳(Mn)。所有這些化合物扮演的都是相同的角色:可逆地形成金屬氫化物。電池充電時,氫氧化鉀(KOH)電解液中的氫離子(H+)會被釋放出來,由這些化合物將它吸收,避免形成氫氣(H2),以保持電池內部的壓力和體積。當電池放電時,這些氫離子便會經由相反的過程而回到原來的地方。

重量

以每一個單元電池的電壓來看,鎳氫與鎳鎘都是1.2V,而鋰電池確為3.6V,鋰電池的電壓是其他兩者的3倍。并且同型電池的重量鋰電池與鎳鎘電池幾乎相等,而鎳氫電池卻比較重??芍?,每一個電池本身重量不同,但鋰電池因3.6V高電壓,在輸出同等電壓的情況下使的單個電池組合時數目可減少三分之一而使成型后的電池重量和體積減小。

記憶效應

鎳氫電池與鎳鎘電池相同都有記憶效應。因此,定期的放電管理也是必須的。這種定期放電管理屬于模糊狀態下被處理,甚至也有些在不正確的知識下進行放電(每次放電或者使用幾次后進行放電都因公司的不同而有所差異)這種煩瑣的放電管理在使用鎳氫電池時是無法避免的。相對而言,鋰電池因為完全沒有記憶效應,在使用上非常方便簡單。它完全不必理會殘余電壓多少,直接可進行充電,充電時間自然可以縮短。

充電

當快速充電時,可以透過充電器內的微電腦去避免電池過充的情況產生?,F今的鎳氫電池含有一種催化劑,可以及時的解除因為過充所造成的危險。2H2+O2--催化劑-->2H2O,但是這個反應只有從過充開始的時間算起的C/10小時內有效(C=電池標示的容量)。當充電程序開始后,電池的溫度會上升的很明顯,有些急速充電器(低于1小時)內含風扇來避免電池過熱。

有的廠商認為:使用一些簡單的恒流(且電流要?。┏潆娖?,不管有沒有計時器,都可以安全地為鎳氫電池充電,允許的長時間充電電流為C/10h(電池的標稱電量除以10小時)。實際上,一些造價低廉的無線電話基地臺和最便宜的電池充電器正是這樣工作的。盡管這可能是安全的,但對電池的壽命可能會有不良影響。根據松下公司(Panasonic)的《鎳氫電池充電指南》(鏈接在頁面底部),長期使用涓流方式(以很小的電流長時間充電)充電有可能導致電池損壞;為了防止損傷電池,涓流充電的電流應限制在0.033×C每小時到0.05×C每小時之間,最長充電時間為20小時。

對于鎳氫電池的長期保養來說,使用低頻脈沖-大電流的充電方式要比使用涓流充電方式更能保持好電池狀態。

新買回來的,或者是長時間未使用的鎳氫電池,需要一段“激活”時間來回復電池電量。因此,一些新的鎳氫電池需要經過幾次充電-放電循環才能達到它們的標稱電量。

放電

在電池的使用過程中,也必須小心。對于串聯在一起的幾顆電池(比如數碼相機中4顆AA電池的通常排列方式),要避免電池完全耗盡電能,進而發生“反向充電”(Reversecharging)。這會對電池產生不可挽回的損害。不過,通常這些設備(比如之前提到的數碼相機)能夠檢測串聯電池的放電電壓,當它下降到一定程度時,便自動關閉,以保護電池。單顆電池并不會有以上的危險,只會一直放電,直到電壓為0。這不會對電池造成損害,實際上,周期性地將電放完然后再充滿有利于保持電池的容量與質量。

鎳氫電池具有較高的自放電效應,約為每個月30%或更多。這要比鎳鎘電池每月20%的自放電速率高。電池充得越滿,自放電速率就越高;當電量下降到一定程度時,自放電速率又會稍微下降。電池存放處的溫度對自放電速率有十分大的影響。正因如此,長時間不用的鎳氫電池最好是充到40%的“半滿”狀態。

低自放電效應的鎳氫電池在2005年推出市面,生產商宣稱在20℃室溫存放一年后仍可保存70%至85%電量,而且可以以一般的鎳氫電池充電機進行充電。某些低自放電效應的鎳氫電池在低溫下有比堿性電池及鋰離子電池更佳的放電特性。

容量

不同型號(特別是不同體積)的電池,容量越高,提供使用的時間越長.拋開體積和重量的因素,當然容量越高越好.但是同樣的電池型號,標稱容量(比如600mAh)也相同,實際測的初始容量不同:比如一個為660mAh,另一個是605mAh,那么660mAh的就比605mAh的好。

實際情況可能是容量高的是因為電極材料中多了增加初始容量的東西,而減少了電極穩定用的東西,其結果就是循環使用幾十次以后,容量高的電池迅速容量衰竭,而容量低的電池卻依然堅挺。許多國內的電芯廠家往往以這個方式來獲得高容量的電池。而用戶使用半年以后待機時間卻是差得一塌糊涂。

民用的那些AA鎳氫電池(就是五號電池),一般是1400mAh,卻也有標超高容量的(1600mAh),道理也是一樣。

提高容量的代價就是犧牲循環壽命,廠家不在電池材料的改性上下文章,是不可能真正提高電池容量的。電池材料比表面積研究是非常重要的,電池材料比表面積檢測數據只有采用BET方法檢測出來的結果才是真實可靠的,國內目前有很多儀器只能做直接對比法的檢測,現在國內也被淘汰了。目前國內外比表面積測試統一采用多點BET法,國內外制定出來的比表面積測定標準都是以BET測試方法為基礎的,請參看中國國家標準(GB/T19587-2004)-氣體吸附BET原理測定固態物質比表面積的方法。比表面積檢測其實是比較耗費時間的工作,由于樣品吸附能力的不同,有些樣品的測試可能需要耗費一整天的時間,如果測試過程沒有實現完全自動化,那測試人員就時刻都不能離開,并且要高度集中,觀察儀表盤,操控旋鈕,稍不留神就會導致測試過程的失敗,這會浪費測試人員很多的寶貴時間。F-Sorb2400比表面積測試儀是真正能夠實現BET法檢測功能的儀器(兼備直接對比法),更重要的F-Sorb2400比表面積測試儀是迄今為止國內唯一完全自動化智能化的比表面積檢測設備,其測試結果與國際一致性很高,穩定性也很好,同時減少人為誤差,提高測試結果精確性。

保養與使用

(1)一般情況下,新的鎳氫電池只含有少量的電量,大家購買后要先進行充電然后再使用。但如果電池出廠時間比較短,電量很足,推薦先使用然后再充電。

(2)新買的鎳氫電池一般要經過3-4次的充電和使用,性能才能發揮到最佳狀態,很多朋友第一次充電碰到的小問題,比方第一次充電后拍片數量沒有想象的那么多。在3-4次充電和使用后就都迎刃而解了。

(3)雖然鎳氫電池的記憶效應小,仍然推薦大家盡量每次使用完后再充電,并且是一次性充滿,不要充一會用一會然后再充。這可是“延年益壽”的重要一點。

(4)電池充電時,要注意充電器周圍的散熱,太刻意用什么風扇吹沒有什么必要,但要注意的是充電器周圍不要放置太多雜物。普通用戶在使用電池的過程中,電池往往沒有專用的存放包;用戶在替換電池后,會習慣性的把電池隨手放好,而不管所放的地方是否干凈、潮濕。這樣的后果就是電池容易弄臟、觸點易與金屬?比如鑰匙等接觸、容易受潮,而這些都是電池的大敵。建議:用戶應該設置一個電池專用放置點,并保持電池的清潔。為了避免電量流失等問題發生,保持電池兩端的接觸點和電池蓋子的內部干凈,必要時使用柔軟、清潔的干布輕擦。

(5)長時間不用的時候,記得把電池從電池倉中取出,置于干燥的環境中推薦放入牌電池盒中,可以避免電池短路。

(6)長期不用的鎳氫電池會在存放幾個月后,電池自然進入一種“休眠”狀態,電池壽命大大降低。如果鎳氫電池已經放置了很長的時候,建議你先用慢充進行充電為宜。因為:據測試,鎳氫電池保存的最佳條件是帶電80%左右保存。這是因為鎳氫電池的自放電較大(一個月10%-15%左右),如果電池完全放電后再保存,很長時間內不使用,電池的自放電現象就會造成電池的過放電,會損壞電池。不信?那你想一想新買的鎳氫充電電池是不是都還有電的,其中就是這個道理。建議:多比較,糾正錯誤的觀點,從正確的方向入手保養電池,否則會事與愿違。

(7)對鎳氫進行放電。專家建議。盡量不要對鎳氫電池放電,過放會導致充電失敗,這樣做的危害遠遠大于鎳氫電池本身的記憶效應。

(8)萬用表自檢電池充滿與否。一般鎳氫電池在充電前,電壓在1.2V以下,充滿后正常電壓在1.4V左右。大家以此判斷,也就很容易判斷電池的狀態了。

(9)充電器主要分為快充和慢充。慢充電流小,通常在200mA左右,比如我們常見的充電電流是在160mA左右。充電時間長,充電1800mAh的鎳氫電池要16個小時左右。時間雖然是慢了些,可是充電會充的很足,并且不傷電池??斐潆娏魍ǔ6荚?00mA以上,充電時間明顯減少很多,3-4個小時就可以搞定,也贏得了大家的喜愛??斐浞N類很多,價格不一。所以大家也常常有疑問,同是快充,價格為什么相差甚大呢?好的充電器特別是好的快充都帶有防過度充電保護功能的,比方我們常見的松下極品充電器BQ390在這方面表現尤為出色,優秀的芯片軟件設計能力在對電池充電時,也把快充對電池的傷害降到了最低。

(10)矛盾出現,慢充不傷電池但是充電時間太長;快充可以節省時間,但對電池有傷害,即使是目前世面上最好的松下極品充電器BQ390也只能很好的降低傷害程度,但不可完全避免。解決矛盾的方法就是要買一個快充和一個慢充。用快充充一段時間,比方5至10次之后,改用慢充充電一兩次。這樣就又把電池的性能恢復到最佳狀態。

(11)電池使用時一般都是電池組,就是4節或6節串聯起來,這時候,保持每節電池的平衡就很重要了,否則因為其中的一節電池問題而影響整個電池組的工作。首先要保證電池容量一致,最好選擇相同牌子相同型號同時購買的電池。然后,要保持電池內部的電量一致,簡單的說,就是電池組的電要么都是滿的,要么都是空的。如果有比較多的電池組成若干組電池組,可以試著“精選”一下。具體就是說,將容量、電壓等參數相近的電池單體串聯成一組電池組,由于條件不足,一般情況下測一下放完點后的電壓和沖好電的電壓就可以了。

(12)最后談談充放電。高檔的NI-MH充電器用的是-DELTAV檢測電池電壓來判斷電池是否充滿。電池充電時的電壓曲線和放電時有點相似,開始時是比較快的上升,之后緩慢上升,等到充好的時候,電壓又開始快速下降,只是下降的幅度不是很大。之前常用的鎳鎘電池也類似,只是下降的速度和幅度比NI-MH都大。而市場上最多的充電器(比較便宜的那種)常常用的就是恒壓充電,比如老GP充電寶就是1.4V恒壓,就是電池沖到1.4V時由于沒有電壓差了,充電就結束了。這樣的結果,往往就是電池無法充滿,特別是一些比較舊的電池,由于內阻增大,真正加在電池上的電壓更低。而且這種充電器電流往往較小,充電往往要10多個小時。而用-DELTAV自動切斷的充電器,由于能夠準確地控制充電時間,因此可以比較可靠的使用大電流充電。大電流充電對于鎳氫電池的損害并沒有大家想象的利害,相反的時,現在DC的使用狀況,更需要大電流充電。首先是時間問題,不用講了。然后,鎳氫電池有個特性,就是你充的電流越大,它能放出的電流也就越大,現在DC都是電老虎,電流都不小,因此相對來說使用相對來說較大的電流充電是個明智的選擇,可以讓電池放得更加干凈。一般5號充電電流不能超過1.5C,C為電池容量,就是1000MAH的電池,不要超過1.5A。我一般用0.5C進行充電(我的充電器可調電流)。放電方面,一般情況下,DC黑屏后拿去充就可以了,NI-MH記憶效應很小。不過在一段時間使用后,以及要平衡電池、激活電池的時候,要控制好電池放電的終止電壓。NI-MH電池的終止電壓為0.9V,放電的時候注意不要過放電,放到每節電池0.9V時就可以停止放電了。NI-MH電池沒有鎳鎘電池強悍,對過充過放以及高溫都比較敏感。充放電溫度。一般來說,不要讓電池的溫度高于45度。電池充滿的時候,電池會發熱,大電流充滿時溫度應該為42度左右,不要超過45度,否則壽命會很快降低,電池內阻將會增大。還有,充電后電池溫度較高,等冷卻后才可對其充電,充電前也要等電池冷卻。長時間不用后重新使用,最好充放幾遍重新激活電池。平時使用的時候要注意保持包裝皮的完整,不能有破損,以免短路。不要摔打沖擊電池,不要火燒等等。

電化學原理

主要為KOH作電解液(電解質7moL/LKOH+15g/LLiOH)

充電時

正極:Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-

負極:M+H2O+e-→MH+OH-

總反應:M+Ni(OH)2→MH+NiOOH

放電時

正極:NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-

負極:MH+OH-→M+H2O+e-

總反應:MH+NiOOH→M+Ni(OH)2

以上式中M為儲氫合金,MH為吸附了氫原子的儲氫合金。最常用儲氫合金為LaNi5。

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