鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成,電量?jī)?chǔ)備比鎳鎘電池多30%,比鎳鎘電池更輕,使用壽命也更長(zhǎng),并且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。鎳氫電池的缺點(diǎn)是價(jià)格比鎳鎘電池要貴好多,性能比鋰電池要差。
化學(xué)成分鎳氫電池中的“金屬”部分實(shí)際上是金屬互化物。許多種類(lèi)的金屬互化物都已被運(yùn)用在鎳氫電池的制造上,它們主要分為兩大類(lèi)。最常見(jiàn)的是AB5一類(lèi),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(gòu)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(shí),氫氧化鉀(KOH)電解液中的氫離子(H+)會(huì)被釋放出來(lái),由這些化合物將它吸收,避免形成氫氣(H2),以保持電池內(nèi)部的壓力和體積。當(dāng)電池放電時(shí),這些氫離子便會(huì)經(jīng)由相反的過(guò)程而回到原來(lái)的地方。
重量以每一個(gè)單元電池的電壓來(lái)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(gè)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(gè)電池組合時(shí)數(shù)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(yīng)鎳氫電池與鎳鎘電池相同都有記憶效應(yīng)。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(tài)下被處理,甚至也有些在不正確的知識(shí)下進(jìn)行放電(每次放電或者使用幾次后進(jìn)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(shí)是無(wú)法避免的。相對(duì)而言,鋰電池因?yàn)橥耆珱](méi)有記憶效應(yīng),在使用上非常方便簡(jiǎn)單。它完全不必理會(huì)殘余電壓多少,直接可進(jìn)行充電,充電時(shí)間自然可以縮短。
充電
當(dāng)快速充電時(shí),可以透過(guò)充電器內(nèi)的微電腦去避免電池過(guò)充的情況產(chǎn)生?,F(xiàn)今的鎳氫電池含有一種催化劑,可以及時(shí)的解除因?yàn)檫^(guò)充所造成的危險(xiǎn)。2H2+O2--催化劑-->2H2O,但是這個(gè)反應(yīng)只有從過(guò)充開(kāi)始的時(shí)間算起的C/10小時(shí)內(nèi)有效(C=電池標(biāo)示的容量)。當(dāng)充電程序開(kāi)始后,電池的溫度會(huì)上升的很明顯,有些急速充電器(低于1小時(shí))內(nèi)含風(fēng)扇來(lái)避免電池過(guò)熱。
有的廠(chǎng)商認(rèn)為:使用一些簡(jiǎn)單的恒流(且電流要小)充電器,不管有沒(méi)有計(jì)時(shí)器,都可以安全地為鎳氫電池充電,允許的長(zhǎng)時(shí)間充電電流為C/10h(電池的標(biāo)稱(chēng)電量除以10小時(shí))。實(shí)際上,一些造價(jià)低廉的無(wú)線(xiàn)電話(huà)基地臺(tái)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(duì)電池的壽命可能會(huì)有不良影響。根據(jù)松下公司(Panasonic)的《鎳氫電池充電指南》(鏈接在頁(yè)面底部),長(zhǎng)期使用涓流方式(以很小的電流長(zhǎng)時(shí)間充電)充電有可能導(dǎo)致電池?fù)p壞;為了防止損傷電池,涓流充電的電流應(yīng)限制在0.033×C每小時(shí)到0.05×C每小時(shí)之間,最長(zhǎng)充電時(shí)間為20小時(shí)。
對(duì)于鎳氫電池的長(zhǎng)期保養(yǎng)來(lái)說(shuō),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(tài)。
新買(mǎi)回來(lái)的,或者是長(zhǎng)時(shí)間未使用的鎳氫電池,需要一段“激活”時(shí)間來(lái)回復(fù)電池電量。因此,一些新的鎳氫電池需要經(jīng)過(guò)幾次充電-放電循環(huán)才能達(dá)到它們的標(biāo)稱(chēng)電量。
放電在電池的使用過(guò)程中,也必須小心。對(duì)于串聯(lián)在一起的幾顆電池(比如數(shù)碼相機(jī)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(jìn)而發(fā)生“反向充電”(Reversecharging)。這會(huì)對(duì)電池產(chǎn)生不可挽回的損害。不過(guò),通常這些設(shè)備(比如之前提到的數(shù)碼相機(jī))能夠檢測(cè)串聯(lián)電池的放電電壓,當(dāng)它下降到一定程度時(shí),便自動(dòng)關(guān)閉,以保護(hù)電池。單顆電池并不會(huì)有以上的危險(xiǎn),只會(huì)一直放電,直到電壓為0。這不會(huì)對(duì)電池造成損害,實(shí)際上,周期性地將電放完然后再充滿(mǎn)有利于保持電池的容量與質(zhì)量。
鎳氫電池具有較高的自放電效應(yīng),約為每個(gè)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(mǎn),自放電速率就越高;當(dāng)電量下降到一定程度時(shí),自放電速率又會(huì)稍微下降。電池存放處的溫度對(duì)自放電速率有十分大的影響。正因如此,長(zhǎng)時(shí)間不用的鎳氫電池最好是充到40%的“半滿(mǎn)”狀態(tài)。
低自放電效應(yīng)的鎳氫電池在2005年推出市面,生產(chǎn)商宣稱(chēng)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(jī)進(jìn)行充電。某些低自放電效應(yīng)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(hào)(特別是不同體積)的電池,容量越高,提供使用的時(shí)間越長(zhǎng).拋開(kāi)體積和重量的因素,當(dāng)然容量越高越好.但是同樣的電池型號(hào),標(biāo)稱(chēng)容量(比如600mAh)也相同,實(shí)際測(cè)的初始容量不同:比如一個(gè)為660mAh,另一個(gè)是605mAh,那么660mAh的就比605mAh的好。
實(shí)際情況可能是容量高的是因?yàn)殡姌O材料中多了增加初始容量的東西,而減少了電極穩(wěn)定用的東西,其結(jié)果就是循環(huán)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(jiān)挺。許多國(guó)內(nèi)的電芯廠(chǎng)家往往以這個(gè)方式來(lái)獲得高容量的電池。而用戶(hù)使用半年以后待機(jī)時(shí)間卻是差得一塌糊涂。
民用的那些AA鎳氫電池(就是五號(hào)電池),一般是1400mAh,卻也有標(biāo)超高容量的(1600mAh),道理也是一樣。
提高容量的代價(jià)就是犧牲循環(huán)壽命,廠(chǎng)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(cè)數(shù)據(jù)只有采用BET方法檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果才是真實(shí)可靠的,國(guó)內(nèi)目前有很多儀器只能做直接對(duì)比法的檢測(cè),現(xiàn)在國(guó)內(nèi)也被淘汰了。目前國(guó)內(nèi)外比表面積測(cè)試統(tǒng)一采用多點(diǎn)BET法,國(guó)內(nèi)外制定出來(lái)的比表面積測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)都是以BET測(cè)試方法為基礎(chǔ)的,請(qǐng)參看中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T19587-2004)-氣體吸附BET原理測(cè)定固態(tài)物質(zhì)比表面積的方法。比表面積檢測(cè)其實(shí)是比較耗費(fèi)時(shí)間的工作,由于樣品吸附能力的不同,有些樣品的測(cè)試可能需要耗費(fèi)一整天的時(shí)間,如果測(cè)試過(guò)程沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化,那測(cè)試人員就時(shí)刻都不能離開(kāi),并且要高度集中,觀察儀表盤(pán),操控旋鈕,稍不留神就會(huì)導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程的失敗,這會(huì)浪費(fèi)測(cè)試人員很多的寶貴時(shí)間。F-Sorb2400比表面積測(cè)試儀是真正能夠?qū)崿F(xiàn)BET法檢測(cè)功能的儀器(兼?zhèn)渲苯訉?duì)比法),更重要的F-Sorb2400比表面積測(cè)試儀是迄今為止國(guó)內(nèi)唯一完全自動(dòng)化智能化的比表面積檢測(cè)設(shè)備,其測(cè)試結(jié)果與國(guó)際一致性很高,穩(wěn)定性也很好,同時(shí)減少人為誤差,提高測(cè)試結(jié)果精確性。
保養(yǎng)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(gòu)買(mǎi)后要先進(jìn)行充電然后再使用。但如果電池出廠(chǎng)時(shí)間比較短,電量很足,推薦先使用然后再充電。
(2)新買(mǎi)的鎳氫電池一般要經(jīng)過(guò)3-4次的充電和使用,性能才能發(fā)揮到最佳狀態(tài),很多朋友第一次充電碰到的小問(wèn)題,比方第一次充電后拍片數(shù)量沒(méi)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(yīng)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(mǎn),不要充一會(huì)用一會(huì)然后再充。這可是“延年益壽”的重要一點(diǎn)。
(4)電池充電時(shí),要注意充電器周?chē)纳幔桃庥檬裁达L(fēng)扇吹沒(méi)有什么必要,但要注意的是充電器周?chē)灰胖锰嚯s物。普通用戶(hù)在使用電池的過(guò)程中,電池往往沒(méi)有專(zhuān)用的存放包;用戶(hù)在替換電池后,會(huì)習(xí)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(diǎn)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(hù)應(yīng)該設(shè)置一個(gè)電池專(zhuān)用放置點(diǎn),并保持電池的清潔。為了避免電量流失等問(wèn)題發(fā)生,保持電池兩端的接觸點(diǎn)和電池蓋子的內(nèi)部干凈,必要時(shí)使用柔軟、清潔的干布輕擦。
(5)長(zhǎng)時(shí)間不用的時(shí)候,記得把電池從電池倉(cāng)中取出,置于干燥的環(huán)境中推薦放入牌電池盒中,可以避免電池短路。
(6)長(zhǎng)期不用的鎳氫電池會(huì)在存放幾個(gè)月后,電池自然進(jìn)入一種“休眠”狀態(tài),電池壽命大大降低。如果鎳氫電池已經(jīng)放置了很長(zhǎng)的時(shí)候,建議你先用慢充進(jìn)行充電為宜。因?yàn)椋簱?jù)測(cè)試,鎳氫電池保存的最佳條件是帶電80%左右保存。這是因?yàn)殒嚉潆姵氐淖苑烹娸^大(一個(gè)月10%-15%左右),如果電池完全放電后再保存,很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不使用,電池的自放電現(xiàn)象就會(huì)造成電池的過(guò)放電,會(huì)損壞電池。不信?那你想一想新買(mǎi)的鎳氫充電電池是不是都還有電的,其中就是這個(gè)道理。建議:多比較,糾正錯(cuò)誤的觀點(diǎn),從正確的方向入手保養(yǎng)電池,否則會(huì)事與愿違。
(7)對(duì)鎳氫進(jìn)行放電。專(zhuān)家建議。盡量不要對(duì)鎳氫電池放電,過(guò)放會(huì)導(dǎo)致充電失敗,這樣做的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鎳氫電池本身的記憶效應(yīng)。
(8)萬(wàn)用表自檢電池充滿(mǎn)與否。一般鎳氫電池在充電前,電壓在1.2V以下,充滿(mǎn)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(tài)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(jiàn)的充電電流是在160mA左右。充電時(shí)間長(zhǎng),充電1800mAh的鎳氫電池要16個(gè)小時(shí)左右。時(shí)間雖然是慢了些,可是充電會(huì)充的很足,并且不傷電池??斐潆娏魍ǔ6荚?00mA以上,充電時(shí)間明顯減少很多,3-4個(gè)小時(shí)就可以搞定,也贏得了大家的喜愛(ài)??斐浞N類(lèi)很多,價(jià)格不一。所以大家也常常有疑問(wèn),同是快充,價(jià)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(guò)度充電保護(hù)功能的,比方我們常見(jiàn)的松下極品充電器BQ390在這方面表現(xiàn)尤為出色,優(yōu)秀的芯片軟件設(shè)計(jì)能力在對(duì)電池充電時(shí),也把快充對(duì)電池的傷害降到了最低。
(10)矛盾出現(xiàn),慢充不傷電池但是充電時(shí)間太長(zhǎng);快充可以節(jié)省時(shí)間,但對(duì)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(mǎi)一個(gè)快充和一個(gè)慢充。用快充充一段時(shí)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(fù)到最佳狀態(tài)。
(11)電池使用時(shí)一般都是電池組,就是4節(jié)或6節(jié)串聯(lián)起來(lái),這時(shí)候,保持每節(jié)電池的平衡就很重要了,否則因?yàn)槠渲械囊还?jié)電池問(wèn)題而影響整個(gè)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(hào)同時(shí)購(gòu)買(mǎi)的電池。然后,要保持電池內(nèi)部的電量一致,簡(jiǎn)單的說(shuō),就是電池組的電要么都是滿(mǎn)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(shuō),將容量、電壓等參數(shù)相近的電池單體串聯(lián)成一組電池組,由于條件不足,一般情況下測(cè)一下放完點(diǎn)后的電壓和沖好電的電壓就可以了。
(12)最后談?wù)劤浞烹?。高檔的NI-MH充電器用的是-DELTAV檢測(cè)電池電壓來(lái)判斷電池是否充滿(mǎn)。電池充電時(shí)的電壓曲線(xiàn)和放電時(shí)有點(diǎn)相似,開(kāi)始時(shí)是比較快的上升,之后緩慢上升,等到充好的時(shí)候,電壓又開(kāi)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(lèi)似,只是下降的速度和幅度比NI-MH都大。而市場(chǎng)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(shí)由于沒(méi)有電壓差了,充電就結(jié)束了。這樣的結(jié)果,往往就是電池?zé)o法充滿(mǎn),特別是一些比較舊的電池,由于內(nèi)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(gè)小時(shí)。而用-DELTAV自動(dòng)切斷的充電器,由于能夠準(zhǔn)確地控制充電時(shí)間,因此可以比較可靠的使用大電流充電。大電流充電對(duì)于鎳氫電池的損害并沒(méi)有大家想象的利害,相反的時(shí),現(xiàn)在DC的使用狀況,更需要大電流充電。首先是時(shí)間問(wèn)題,不用講了。然后,鎳氫電池有個(gè)特性,就是你充的電流越大,它能放出的電流也就越大,現(xiàn)在DC都是電老虎,電流都不小,因此相對(duì)來(lái)說(shuō)使用相對(duì)來(lái)說(shuō)較大的電流充電是個(gè)明智的選擇,可以讓電池放得更加干凈。一般5號(hào)充電電流不能超過(guò)1.5C,C為電池容量,就是1000MAH的電池,不要超過(guò)1.5A。我一般用0.5C進(jìn)行充電(我的充電器可調(diào)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(yīng)很小。不過(guò)在一段時(shí)間使用后,以及要平衡電池、激活電池的時(shí)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(shí)候注意不要過(guò)放電,放到每節(jié)電池0.9V時(shí)就可以停止放電了。NI-MH電池沒(méi)有鎳鎘電池強(qiáng)悍,對(duì)過(guò)充過(guò)放以及高溫都比較敏感。充放電溫度。一般來(lái)說(shuō),不要讓電池的溫度高于45度。電池充滿(mǎn)的時(shí)候,電池會(huì)發(fā)熱,大電流充滿(mǎn)時(shí)溫度應(yīng)該為42度左右,不要超過(guò)45度,否則壽命會(huì)很快降低,電池內(nèi)阻將會(huì)增大。還有,充電后電池溫度較高,等冷卻后才可對(duì)其充電,充電前也要等電池冷卻。長(zhǎng)時(shí)間不用后重新使用,最好充放幾遍重新激活電池。平時(shí)使用的時(shí)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(xué)原理
主要為KOH作電解液(電解質(zhì)7moL/LKOH+15g/LLiOH)
充電時(shí)正極:Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-
負(fù)極:M+H2O+e-→MH+OH-
總反應(yīng):M+Ni(OH)2→MH+NiOOH
放電時(shí)
正極:NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-負(fù)極:MH+OH-→M+H2O+e-
總反應(yīng):MH+NiOOH→M+Ni(OH)2
以上式中M為儲(chǔ)氫合金,MH為吸附了氫原子的儲(chǔ)氫合金。最常用儲(chǔ)氫合金為L(zhǎng)aNi5。