镉镍蓄电池的工作特性研究论文

镉镍蓄电池极板的活性物质在充电后，正极板为氧基氢氧化镍，负极板为金属镉。而放电终止时，正极板转化为氢，氧化亚镍，负极板转化为氢氧化镉。电解液选用氢氧化钾溶液添加少量的氢氧化锂，蓄电池在充电时将化学能转变为电能贮存起来，放电时将化学能变为电能，两极的化学反应是可逆的。

镍氢电池是早期的镍镉电池的替代产品，它是目前最环保的电池，不再使用有毒的镉，可以消除重金属元素对环境带来的污染问题。镍氢电池具有较大的能量密度比，这意味着可以在不为数码设备增加额外重量的情况下，使用镍氢电池能有效地延长设备的工作时间。镍氢电池另一个优点是：大大减小了镍镉电池中存在的“记忆效应”，这使镍氢电池可以更方便地使用。镍氢电池和镍镉电池外形上相似，而且镍氢电池的正极与镍镉电池也基本相同，都是以氢氧化镍为正极，主要区别在于镍镉电池负极板采用的是镉活性物质，而镍氢电池是以高能贮氢合金为负极，因此镍氢电池具有更大的能量。同时镍氢电池在电化学特性方面与镍镉电池亦基本相似，故镍氢电池在使用时可完全替代镍镉电池

镍镉蓄电池的工作原理镍镉蓄电池的正极材料为氢氧化亚镍和石墨粉的混合物，负极材料为海绵状镉粉和氧化镉粉，电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。当环境温度较高时，使用密度为～(15℃时)的氢氧化钠溶液。当环境温度较低时，使用密度为～(15℃时)的氢氧化钾溶液。在-15℃以下时，使用密度为(15℃时)的氢氧化钾溶液。为兼顾低温性能和荷电保持能力，密封镍镉蓄电池采用密度为(15℃时)的氢氧化钾溶液。为了增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中加入少量的氢氧化锂(大约每升电解液加15~20g)。镍镉蓄电池充电后，正极板上的活性物质变为氢氧化镍〔NiOOH〕，负极板上的活性物质变为金属镉;镍镉电池放电后，正极板上的活性物质变为氢氧化亚镍，负极板上的活性物质变为氢氧化镉。1.放电过程中的电化学反应(1)负极反应负极上的镉失去两个电子后变成二价镉离子Cd2+，然后立即与溶液中的两个氢氧根离子OH-结合生成氢氧化镉Cd(OH)2，沉积到负极板上。(2)正极反应正极板上的活性物质是氢氧化镍(NiOOH)晶体。镍为正三价离子(Ni3+)，晶格中每两个镍离子可从外电路获得负极转移出的两个电子，生成两个二价离子2Ni2+。与此同时，溶液中每两个水分子电离出的两个氢离子进入正极板，与晶格上的两个氧负离子结合，生成两个氢氧根离子，然后与晶格上原有的两个氢氧根离子一起，与两个二价镍离子生成两个氢氧化亚镍晶体。2.充电过程中的化学反应充电时，将蓄电池的正、负极分别与充电机的正极和负极相连，电池内部发生与放电时完全相反的电化学反应，即负极发生还原反应，正极发生氧化反应。(1)负极反应充电时负极板上的氢氧化镉，先电离成镉离子和氢氧根离子，然后镉离子从外电路获得电子，生成镉原子附着在极板上，而氢氧根离子进入溶液参与正极反应。(2) 正极反应在外电源的作用下，正极板上的氢氧化亚镍晶格中，两个二价镍离子各失去一个电子生成三价镍离子，同时，晶格中两个氢氧根离子各释放出一个氢离子，将氧负离子留在晶格上，释出的氢离子与溶液中的氢氧根离子结合，生成水分子。然后，两个三价镍离子与两个氧负离子和剩下的二个氢氧根离子结合，生成两个氢氧化镍晶体。蓄电池充电终了时，充电电流将使电池内发生分解水的反应，在正、负极板上将分别有大量氧气和氢气析出。从上述电极反应可以看出，氢摒化钠或氢氧化钾并不直接参与反应，只起导电作用。从电池反应来看，充电过程中生成水分子，放电过程中消耗水分子，因此充、放电过程中电解液浓度变化很小，不能用密度计检测充放电程度。3. 端电压充足电后，立即断开充电电路，镍镉蓄电池的电动势可达左右，但很快就下降到。 镍镉蓄电池的端电压随充放电过程而变化，可用下式表示：U充=E充+I充R内U放=E放-I放R内从上式可以看出，充电时，电池的端电压比放电时高，而且充电电流越大，端电压越高;放电电流越大，端电压越低。当镍镉蓄电池以标准放电电流放电时，平均工作电压为。采用8h率放电时，蓄电池的端电压下降到后，电池即放完电。4. 容量和影响容量的主要因素蓄电池充足电后，在一定放电条件下，放至规定的终止电压时，电池放出的总容量称为电池的额定容量，容量Q用放电电流与放电时间的乘积来表示，表示式如下：Q=I·t(Ah)镍镉蓄电池容量与下列因素有关：① 活性物质的数量;② 放电率;③ 电解液。放电电流直接影响放电终止电压。在规定的放电终止电压下，放电电流越大，蓄电池的容量越小。使用不同成分的电解液，对蓄电池的容量和寿命有一定的影响。通常，在高温环境下，为了提高电池容量，常在电解液中添加少量氢氧化锂，组成混合溶液。实验证明：每升电解液中加入15~20g含水氢氧化锂，在常温下，容量可提高4%~5%，在40℃时，容量可提高20%。然而，电解液中锂离子的含量过多，不仅使电解液的电阻增大，还会使残留在正极板上的锂离子(Li+)慢慢渗入晶格内部，对正极的化学变化产生有害影响。电解液的温度对蓄电池的容量影响较大。这是因为随着电解液温度升高，极板活性物质的化学反应也逐步改善。 电解液中的有害杂质越多，蓄电池的容量越小。主要的有害杂质是碳酸盐和硫酸盐。它们能使电解液的电阻增大，并且低温时容易结晶，堵塞极板微孔，使蓄电池容量显著下降。此外，碳酸根离子还能与负极板作用，生成碳酸镉附着在负极板表面上，从而引起导电不良，使蓄电池内阻增大，容量下降。5. 内阻镍镉蓄电池的内阻与电解液的导电率、极板结构及其面积有关，而电解液的导电率又与密度和温度有关。电池的内阻主要由电解液的电阻决定。氢氧化钾和氢氧化钠溶液的电阻系数随密度而变。18℃时氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液的电阻系数最小。6. 效率与寿命在正常使用的条件下，镍镉电池的容量效率ηAh为67%-75%，电能效率ηWh为55%~65%，循环寿命约为2000次。容量效率ηAh和电能效率ηWh计算公式如下：I放·t放ηAh= ---------- X 100%I充·t充U放·I放·t放ηAh= --------------- X 100%U充·I充·t(U充和U放应取平均电压)7. 记忆效应镍镉电池使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能放出全部电量。比如，镍镉电池只放出80%的电量后就开始充电，充足电后，该电池也只能放出80%的电量，这种现象称为记忆效应。电池全部放完电后，极板上的结晶体很小。电池部分放电后，氢氧化亚镍没有完全变为氢氧化镍，剩余的氢氧化亚镍将结合在一起，形成较大的结晶体。结晶体变大是镍镉电池产生记忆效应的主要原因。

不一样。如何区别镍镉，镍氢?1、看标识。电池上一般标注的是英文标识。 NI-CD 镍镉电池 NI-HI 镍金属电池Li-ion锂离子电池. 2、比较重量。同等容量的镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池比较镍镉电池最重，其次镍氢、锂离子电池最轻。 何为镍镉电池？ 镍镉电池是由两个极板组成，一个是用镍做的，另一个是镉做的这两种金属在电池中发生可逆反应，因此电池可以重新充电。 镍镉电池有何优缺点？ 镍镉的特点是“结实”、价格便宜。缺点是：镉金属对于环境有污染，电池容量小，寿命短，所以镍镉电池是最低档的电池。有记忆效应。每次充电都须先放电，而后充电。 何为镍金属氢电池？ 镍金属氢电池是氢离子和金属镍合成，由于它不含镉金属，不会污染环境，因而又称为“环保电池”。 镍金属氢电池有何优缺点？ 镍氢电池的电量储备比镍镉电池多30%，使移动电话的通话时间也因而延长了30%。镍氢电池比镍镉电池更轻，使用寿命也更长。且对环境无污染，无记忆效应。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵，性能比锂电池要差。属于中档电池。

镉镍电池的主要特点有：(1)电解液只作为电流的传导体，浓度不起变化。(2)电池的充放电程度不能根据电解液的密度变化来判断,而是在充电时以电压的变化来判断。(3)在充放电过程中随着电化反应的加剧，在正极板上析出氧气,负极板上析出把氢气.(4)密封式隔镍电池在制造时使负极板上物质过量,以避免氢气的析出,而在正极上产生的氧气因电化作用而被负极板吸收,防止了蓄电池内部气体聚集,保证了蓄电池在密封条件下正常工作。