镍氢电池（柱式）的结构、原理以及特性

镍氢电池(柱式)是一种性能良好的蓄电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。镍氢电池正极活性物质为Ni（OH）2（称NiO电极），负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金（电极称储氢电极），电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。

由于化石燃料在人类大规模开发利用的情况下越来越少，近年来，氢能源的开发利用日益受到重视。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。虽然镍氢电池确实是一种性能良好的蓄电池，但航天用镍氢电池是高压镍氢电池（氢压可达3.92MPa，即40kg/cm2），这样的高压力氢气贮存在薄壁容器内使用容易爆炸，而且镍氢电池还要贵金属做催化剂，使它的成本变得很贵，这就很难为民用所接受，因此，国外自70年代开始探索民用的低压镍氢电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。高压镍氢电池是20世纪70年代初由美国的M.Klein和J.F.Stockel等首先研制。用镍氢电池代替镉镍电池并应用于各种卫星上的趋势已经形成。

镍氢电池正极活性物质为Ni（OH）2（称NiO电极），负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金（电极称储氢电极），电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。活性物质构成电极极片的工艺方式重要有烧结式、拉浆式、泡沫镍式、纤维镍式及嵌渗式等，不同工艺制备的电极在容量、大电流放电性能上存在较大差异，一般根据使用条件不同的工艺生产电池。通讯等民用电池大多采用拉浆式负极、泡沫镍式正极构成镍氢电池。充放电化学反应如下：

正极：Ni（OH）2+OH-=NiOOH+H2O+e-

负极：M+H2O+e-=MHab+OH-

总反应：Ni（OH）2+M=NiOOH+MH

注：氢合金（M）,吸附氢(Hab),反应式从左到右的过程为充电过程,反应式从右到左的过程为放电过程。

充电时正极的Ni（OH）2和OH-反应生成NiOOH和H2O，同时释放出e-一起生成MH和OH-，总反应是Ni（OH）2和M生成NiOOH，储氢合金储氢；放电时与此相反，MHab释放H+，H+和OH-生成H2O和e-，NiOOH、H2O和e-重新生成Ni（OH）2和OH-。镍氢电池的标准电动势为1.319V。

镍氢电池的重要有6大特性：表现工作特性的充电特性与放电特性，表现储存特性的自放电特性与长期储存特性，表现综合的循环寿命特性与安全特性。它们都决定于镍氢电池的结构，表现于所处环境，显著特点是受温度与电流影响巨大。

1、充电特性：当镍氢电池充电电流增大和（或）充电温度降低时会导致电池充电电压上升。一般在0℃～40℃之间的环境温度下采用不大于1C的恒定电流充电，而在10℃～30℃之间充电能获得较高的充电效率。

假如经常在高温或低温环境中对镍氢电池充电，会导致镍氢动电池性能的降低，关于0.2C以上的快速充电，充电控制措施是必不可少的。反复的过充也会降低镍氢电池的性能，所以，高低温以及大电流充电的保护措施一定要到位。

2、放电特性：镍氢电池的放电平台是1.2V，电流越大，温度越低，镍氢电池放电电压和放电效率都会降低，镍氢电池的最大持续放电电流为1C-2C。

镍氢电池的放电截止电压一般设定在0.9V，IEC标准充放电模式设定为1.0V，因为，1.0V以下一般还可以供应稳定的电流，而0.9V以下还可以供应略小一些的电流，因此，镍氢电池的放电截止电压可以看作0.9V~1.0V的一个电压区间，有些镍氢电池则可以下标到0.8V。一般情况下，假如截止电压设定得太高，则镍氢电池容量不能被充分利用，反之，则容易引起镍氢电池过放。

3、自放电特性：是指镍氢电池充足电开路（无负载）存放时容量自耗的现象，自放电特性重要受环境温度的影响，温度越高，镍氢电池存放后容量自耗就越大。

4、长期存放特性：重要是指镍氢电池的电量恢复能力。经过较长时间（如一年）存放后使用时，镍氢电池的容量可能会比存放前的容量小，但经过几次充放循环后，镍氢电池能恢复到存放前的容量。

5、循环寿命特点：镍氢电池的循环寿命受充放电制度、温度和使用方法的影响。按照IEC标准充放电时，一次完全充放电就是镍氢电池的充电周期，多次的充电周期就构成了循环寿命，镍氢电池的充放电循环可以超过500次。

6、安全性：镍氢电池的安全性能是电池设计中较好的，这固然与其所采用的物质材料有关，也与其结构有密不可分的关系。在使用过程中，假如镍氢电池使用不正当造成过充、过放、短路，而促使镍氢电池内部压力升高，这时，一个可恢复的安全阀将会打开，就能够起到降低内部压力，从而防止电池爆炸的用途。

镍氢电池的用途

（1）电气设备：电力仪表、自动化控制、测绘仪器。

（2）家用便携式：便携式血压、血糖测试仪、多参数监护仪、按摩器、便携式DVD等。

（3）灯具：探照灯、手电筒、应急灯、太阳能灯。

（4）电子玩具：飞机航模、遥控车、遥控船。

（5）电动工具：电钻、电刨、电锯、电批消费性电子产品镍氢电池被普及地应用在消费性电子产品中。

镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池

低压镍氢电池具有以下特点：

（1）电池电压为1.2~1.3V，与镉镍电池相当。

（2）能量密度高，是镉镍电池的1.5倍以上。

（3）可快速充放电，低温性能良好。

（4）可密封，相对其它电池耐过充放电能力强。

（5）无树枝状晶体生成，可防止电池内短路（柱式型）。

（6）安全可靠对环境无污染，无记忆效应等。

高压镍氢电池具有如下特点：

（1）可靠性强。具有较好的过放电、过充电保护，可耐较高的充放电率并且无枝晶形成。具有良好的比特性。其质量比容量为60Ah/kg，是镉镍电池的5倍。

（2）循环寿命长，可达数500以上。

（3）全密封，维护少。

（4）低温性能优良，在-10℃时，容量没有明显改变。

镍氢电池在使用时应注意维护

（1）使用过程忌过充电。在循环寿命之内，使用过程切忌过充电，这是因为过充电容易使正、负极发生膨胀，造成活性物脱落和隔膜损坏，导电网络破坏和电池欧姆极化变大等问题。

（2）防止电解液变质。在镍氢电池循环寿命期，应抑制电池析氢。

（3）镍氢电池的存放。保存镍氢电池应在充足电后，假如在电池中没有储存电能的情况下长期保存电池，将使电池负极储氢合金的功能减弱，并导致电池寿命减短。