镍基蓄电池是指用氢氧化亚镍作正极活性物质的碱性蓄电池。所谓碱性蓄电池,是指以氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)水溶液作为电解质的蓄电池。目前在电动汽车上使用的镍基蓄电池主要有镍镉(Ni-Cd)蓄电池、镍锌(Ni-Zn)蓄电池和镍氢(Ni-MH)蓄电池等。镍镉蓄电池和铅酸蓄电池相比,比能量能够达到55W·h/kg,比功率能够达到200W/kg,循环寿命可达到2000次,而且可以快速充电,虽说其价格为铅酸蓄电池的4~5倍,但由于其在比能量和使用寿命方面的优势,因此其长期的实际使用成本并不高。由于其含有重金属镉,在使用中不注意回收的话,就会造成环境污染,目前许多发达国家都已限制发展和使用镍镉蓄电池。而镍氢蓄电池则是一种绿色镍金属电池,它的正负极分别为镍氢氧化物和储氢合金材料,不存在重金属污染问题,且其在工作过程中不会出现电解液增减现象,蓄电池可以实现密封设计。镍氢蓄电池在比能量、比功率及循环寿命等方面都比镍镉蓄电池有所提高,使用镍氢蓄电池的电动汽车一次充电后的续驶里程曾经达到过600km,目前在欧洲及美国已实现了批量生产和使用。 镍氢(Ni-MH)蓄电池是镍镉(Ni-Cd)蓄电池的新发展,是目前人们看好的第二代蓄电池之一,是取代镍镉蓄电池的产品,当然也是取代铅酸蓄电池的产品。镍氢蓄电池刚刚进入成熟期,是目前电动汽车所用动力电池体系中唯一被实际验证并被商业化、规模化的动力电池体系,全世界已经批量生产的混合动力汽车一般采用镍氢动力电池体系。
(1)镍氢(Ni-MH)蓄电池的结构和类型镍氢(Ni-MH)蓄电池可以分为方形和圆柱形两种类型,如图2-14及图2-15所示。镍氢蓄电池主要由正极、负极、极板、隔板、电解液等组成。隔板采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。为了防止充电过程后期蓄电池内压过高,蓄电池中装有防爆装置。
(2)镍氢(Ni-MH)蓄电池的工作原理镍氢蓄电池正极活性物质采用氢氧化亚镍,负极活性物质为储氢合金,电解液为氢氧化钾溶液,电池充电时,正极的氢进入负极储氢合金中,放电时过程正好相反。充电时,负极析出氢气,储存在容器中,正极由氢氧化亚镍变成羟基氧化镍(NiOOH)和H2O;放电时氢气在负极上被消耗掉,正极由羟基氧化镍变成氢氧化亚镍。
蓄电池过量充电时,正极板析出氧气,负极板析出氢气。由于有催化剂的氢电极面积大,而且氢气能够随时扩散到氢电极表面,因此,氢气和氧气能够很容易在蓄电池内部再化合生成水,使容器内的气体压力保持不变,这种再化合的速率很快,可以有效控制蓄电池内部氧气的浓度。
镍氢蓄电池的电极反应与镍镉蓄电池相似,只是负极奈放电过程中生成物不同,镍氢蓄电池也可以做成密封型结构。镍氢蓄电池的电解液多采用KOH水溶液,并加入少量的LiOH。镍氢(Ni-MH)蓄电池化学反应如下
