镍氢电池的性能特点

MH-Ni电池的特点是能量密度高,无记忆效应,耐过充过放能力强,无污染,被称为绿色电池。MH-Ni电池性能通常指物理性能和电性能,电性能包括充放电性能、温度特性、循环寿命、自放电特性等。

1、MH-Ni电池充、放电特性

(1)镍氢电池的充电特性

H-Wi电池充电曲线与Cd-Ni电池相似,但充电后期础-Ni电池充电电压比C-vi电池低(图1-5(a))。温度与充电速率对充电电压有明显的影响,温度高,充电电压低(见图1-5(b));充电速率快,充电电压高(见图1-5(c))。

镍氢电池的充电特性图

(a)MH-Ni电池与Cd-Ni电池充电过程比较,充电电流:1C,20℃;

(b)不同温度下的充电曲线,充电电流:0.3C;

(c)不同充电电流下的充电曲线,20℃;

(2)镍氢电池的放电特性

MH-Ni电池的放电电压与cd-Ni电池相似,但放电容量几乎是Cd-Ni电池的二倍。电池放电过程中的容量和电压与使用条件有关,如放电倍率,环境温度等。一般,放电倍率越大,放电容量与放电电压越低。如图1一6所示。

MH-Ni电池设计时,容量设计由正极限制,负极容量过剩,以保证充电时,正极产生的O2到负极的复合反应,消除氧气压力,实现电池密封,并保证电池的安全。为了达到电池的质量指标,标称容量指标,并合理有效利用电池的内部空间,必须使正、负极具有一定的比容量即质量比容量和体积比容量。对AA型电池,一般要求负极容量大于1500mAh,正极容量大于1050mAh。要达到这样的指标,要求负极贮氢材料组成合理,比能量高,同时有良好的组装工艺。

2、温度特性

图(1-5(b))是不同的环境温度下,电池电压与充电容量的曲线。可见,在各种环境温度下,当充电容量接近标称容量的75%时,由于阳极板产生的氧气使得电池电压升高,充电容量达标称容量的百分之百时,电池电压达最大值。随后,由于电池的自热,导致电池电压的降低。引起这种现象的原因是因为电池电压有一个负的温度系数。由于充电效率依赖于温度,因此,在较高的温度下充电时,电池的放电容量会降低。

镍氢电池的放电特性

环境温度不同,虽放电倍率相同,但放电电压不同(见图1-7(a),随着放电倍率提高,温度对放电容量的影响越来越显著,特别是在低温条件下放电时,放电容量下降更明显(见图1-7(b))。

3、自放电特性

MH-Ni电池的自放电比Cd-vi电池大。图1-8表示MH-Ni电池的自放电特性,引起电池自放电的因素很多,其中贮氢合金的组成、使用温度、电池的组装工艺是主要因素。温度越高,自放电越大。

贮氢合金的析氢平台压力偏高,则吸收的氢气易从合金中逸出,从而引起电池的自放电。为此,要求贮氢合金的析氢平台压力在10*~0.1MPa之间。

隔膜选择不当,组装不合理,循环中合金粉的脱落,微枝晶的形成均可引起自放电,甚至电池短路。

MH-Ni电池自放电引起的容量损失是可逆的,长期贮存的MH-Ni电池,经过三次小电流充放电后可使电池容量恢复。

4、循环寿命

图1-9是MH-Ni电池的电池容量与循环次数的关系。

循环寿命

在密封的MH-Ni电池中,在充电-放电循环过程中,容量降低的历程包括下列几个步骤:

①在过度充电过程中,阳极析出的氧气大部分与吸收在阴极合金中的氢气发生了反应。但是一部分氧气在合金粉末表面与碱性溶液接触将稀土金属氧化成了Ln(OH):(Ln 稀土金属)。

②在充电放电循环中,在合金粉末的表面形成的Ln(OH);的增加,会引起合金吸收氢气减少。所以,电池内氢气的分压会在内部气体总压力中逐渐上升。

③当电池的内压高于密封的通气孔的固定压力时,就会发生气体的泄漏,

随着电解质数量的减少,内部阻抗增大,容量降低。所以要提高电池的循环寿命,除了改善电极的性能之外,还要改善电池的组装工艺。

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