镍氢(Ni-MH)电池是一种碱性电池,镍氢电池的标称电压是12V,比能量可达到70~80W·h/kg,有利于延长电动汽车的行驶里程。比功率可达到200W/kg,是铅酸蓄电池的2倍,可以提高车辆的启动性能和加速性能。有高倍率的放电特性,短时间能够以3C的电量放电,瞬时脉冲放电率很大。镍-氢电池的过充电和过放电性能好,可以带电充电,并可以快速充电,在15min内可充60%的容量,1h内能够完全充满,应急补充充电的时间短。在80%的放电深度下,循环寿命可达到1000次以上,是铅酸蓄电池的3倍。采用全封闭外壳,可以在真空环境中正常工作。低温性能良好,能够长时间存放。镍氢电池中没有Pb和Cd等重金属元素,不会对环境产生污染,镍-氢电池可以随充随放,不会出现其他电池在没有放完电后即充电而产生的“记忆效应”。
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镍-氢电池负极的关键技术是储氢合金,要求储氢合金可以稳定地经受反复的储气和放气的循环。储氢合金是一种允许氢原子进入或分离的多金属合金的晶格基块,用钛-钒-锆镍铬(Ti-V-Zr-Ni-Cr)五种基本元素,并与钴、锰等金属元素烧结的合金,通过加氢、粉碎、成形和烧结成负极板。储氢合金的种类与性能对镍-氢电池的性能有直接的影响。负极在充电或放电过程中既不溶解,也不结晶,电极不会有结构性的变化,在保持自身化学功能的同时,还确保本身的机械坚固性。储氢合金通常需要进行热处理和表面处理,以增加储氢合金的防腐性能,这有利于提高镍-氢电池的比能量、比功率及使用寿命。
电解质是水溶性氢氧化钾和氢氧化锂的混合物。在电池充电过程中,水在电解质溶液中分解为氢离子与氢氧根离子,氢离子被负极吸收,负极从金属转化为金属氢化物。在放电过程中,氢离子离开了负极,氢氧根离子离开了正极,氢离子与氢氧根离子在电解质氢氧化钾中结合成水并释放电能。
(3)镍-氢电池的放电和充电特性。
①放电特性 D型镍-氢电池(6个单体电池组件)放电时,2C功率输出时的质量比功率可达到600W/kg以上,3C功率输出时的质量比功率可达到500W/kg以上,深度放电范围内质量比功率的变化比较平稳,电池的寿命可以达到10万千米以上。
②充电特性 D型镍氢电池的充电接收性很好,充电效率几乎达到100%,可以有效地接收汽车在制动时反馈的电能。另外,因为能量损耗较小,镍氢电池的发热量被抑制在最小的极限范围内,能够有效地控制剩余电量,并用电流来显示电池的剩余电量。
镍-氢电池用于电动汽车,主要优点是启动加速性能好,一次充电后的行驶里程较长不会对周围环境造成污染,易维护,迅速补充充电时间短。
镍氢电池在充电过程中极易发热,发热产生的高温会对镍氢电池产生负面影响。高温状态下,正极板的充电效率变差,并且加速正极板的氧化,使电池的寿命缩短。镍氢电池在充电后期,会生成大量的氧气,在高温环境条件下,将加快负极储氢合金氧化,并使储氢合金平衡压力增加,使储氢合金的储氢量减少而降低镍-氢电池的性能。尼龙无纺布隔膜在高温的作用下,会发生降解与氧化。尼龙无纺布隔膜发生降解时,产生氨根离子和硝酸根离子,加快了镍-氢电池的自放电。尼龙无纺布隔膜发生氧化时,氧化成碳酸根,使镍-氢电池的内阻增大。在镍-氢电池充电的过程中,电池温度快速升高,会使充电效率降低,并产生大量氧气,若安全阀不能及时开启,会有发生爆炸的危险。
在镍氢电池的制造技术上进行一些改进,如正极板采取多极板技术,负极板采用端面焊接技术,在电解液中适当加入LiOH与NaOH,采用抗氧化能力强的聚丙烯毡作隔膜等,可以有效地提高镍-氢电池耐高温能力。在镍-氢动力电池组的单体镍-氢电池之间,增加散热间隙,采取有效的散热措施并建立自动热管理系统,以确保镍氢电池正常工作并延长使用寿命。镍氢电池的应用情况见表2-4。
