В чем разница между никель-металлогидридным аккумулятором и литиевым аккумулятором?

Перезаряжаемые батареи в основном включают свинцово-кислотные батареи и щелочные батареи. Используемые в настоящее время никель-кадмиевые (NiCd), никель-водородные (NiMH) и литий-ионные (Li-Ion) батареи являются щелочными батареями.

Базовая конструкция не требующей обслуживания свинцово-кислотной аккумуляторной батареи с клапанным регулированием для свинцово-кислотных аккумуляторов показана на рисунке 1. Она состоит из положительных и отрицательных пластин, сепараторов, электролитов, предохранительных клапанов, газовых пробок и внешних кожухов. Активным материалом на пластине положительного электрода является диоксид свинца (PbO 2), а активным материалом на пластине отрицательного электрода является губчатый чистый свинец (Pb). Электролит готовится из дистиллированной воды и чистой серной кислоты в определенном соотношении. После зарядки электролита определенной плотности в аккумуляторном элементе между положительной и отрицательной пластинами возникает электродвижущая сила около 2,1 В из-за электрохимической реакции.

При первом использовании нового свинцово-кислотного аккумулятора его необходимо полностью зарядить. При зарядке со скоростью 0,1 C это займет от 55 до 75 часов. После того, как аккумулятор будет использован в обычном режиме, его следует немедленно зарядить. Обычно используемые методы: (1) метод зарядки постоянным током; (2) низковольтный метод зарядки с постоянным напряжением (с зарядкой нагрузки); (3) метод быстрой зарядки. Начальное время быстрой зарядки составляет менее 5 часов, а нормальное время зарядки можно сократить примерно до 1 часа.

Никель-кадмиевый аккумулятор. Активный материал на положительной пластине никель-кадмиевого аккумулятора состоит из порошка оксида никеля и порошка графита. Графит не участвует в химической реакции, и его основная функция - повышение проводимости. Активный материал на пластине отрицательного электрода состоит из порошка оксида кадмия и порошка оксида железа. Функция порошка оксида железа состоит в том, чтобы придать порошку оксида кадмия высокую диффузионную способность, предотвратить агломерацию и увеличить емкость электродной пластины. Активные материалы соответственно завернуты в перфорированную стальную полосу и после пресс-формования становятся положительной и отрицательной пластинами батареи. Пластины разделены изолирующим стержнем из твердой резины, устойчивым к щелочам, или перфорированным гофрированным картоном из поливинилхлорида. Электролит обычно представляет собой раствор гидроксида калия. Скорость саморазряда батареи NiCd (то есть скорость, с которой батарея теряет заряд, когда она не используется) является умеренной по сравнению с другими батареями. Когда используется никель-кадмиевый аккумулятор, если разряд не завершен, он будет снова заряжен. Когда он снова разрядится, он не сможет разрядить всю мощность. Например, после высвобождения 80% мощности и полной зарядки аккумулятор может выдавать только 80% энергии. Это так называемый эффект памяти. Конечно, несколько полных циклов разрядки / зарядки вернут никель-кадмиевую батарею в нормальный режим работы. Из-за эффекта памяти NiCd аккумулятора, если он не полностью разряжен, перед зарядкой каждую батарею следует разрядить ниже 1 В.

Материал положительной пластины никель-водородной батареи NiMH - NiOOH, а материал пластины отрицательного электрода - сплав, поглощающий водород. Электролит обычно представляет собой 30% -ный водный раствор КОН с добавлением небольшого количества NiOH. Сепаратор изготовлен из пористого винилонового нетканого материала или нейлонового нетканого материала. Батареи NiMH доступны как в цилиндрических, так и в квадратных размерах. Конструкция герметичного никель-металлгидридного аккумулятора цилиндрической формы показана на рисунке 2.

Никель-металлогидридные батареи - хороший аккумулятор. Никель-металлогидридные батареи подразделяются на высоковольтные никель-водородные батареи и низковольтные никель-водородные батареи. Активным материалом положительного электрода никель-водородной батареи является Ni (OH) 2 (называемый электродом NiO), активным материалом отрицательного электрода является гидрид металла, также называемый сплавом для хранения водорода (электрод, называемый электродом для хранения водорода), а электролит - 6. моль / л раствора гидроксида калия. Никель-водородные батареи все больше привлекают внимание как важное направление для применения в водородной энергетике.

Поскольку ископаемого топлива становится все меньше и меньше в случае крупномасштабного развития и использования людей, развитию и использованию водородной энергии в последние годы уделяется все больше внимания. Никель-водородные батареи становятся все более и более важным направлением для применения в водородной энергии. Хотя никель-металлогидридные батареи действительно являются батареями с хорошими характеристиками, аэрокосмические никель-металлогидридные батареи представляют собой высоковольтные никель-водородные батареи (давление водорода до 3,92 МПа или 40 кг / см2), такой водород высокого давления хранится в тонких -стенные контейнеры. Его легко взорвать, и никель-металлогидридные батареи также нуждаются в драгоценных металлах в качестве катализаторов, что делает их стоимость очень дорогой, что трудно принять для гражданского использования. Поэтому зарубежные низковольтные никель-металлогидридные батареи исследуются с 1970-х годов. Никель-металлогидридные батареи подразделяются на высоковольтные никель-водородные батареи и низковольтные никель-водородные батареи. Высоковольтные никель-металлогидридные батареи были впервые разработаны в начале 1970-х годов М. Кляйном и Дж. Ф. Стокелем из США. Сформировалась тенденция замены никель-водородных аккумуляторов на никель-водородные батареи и их применения на различных спутниках.

Активным материалом положительного электрода никель-водородной батареи является Ni (OH) 2 (называемый электродом NiO), активным материалом отрицательного электрода является гидрид металла, также называемый сплавом для хранения водорода (электрод, называемый электродом для хранения водорода), а электролит - 6. моль / л раствора гидроксида калия. Процесс формирования электродного листа из активного материала в основном включает тип спекания, тип суспензии, тип пеноникеля, тип никелевого волокна и тип вкладыша. Электроды, изготовленные с помощью различных процессов, имеют большие различия в емкости и большом токе разрядки. Батарея производится в соответствии с технологическим процессом в различных условиях. В большинстве потребительских батарей, таких как коммуникационные, для формирования батареи используются отрицательный электрод суспензионного типа и положительный электрод из вспененного никеля. Химическая реакция заряда-разряда выглядит следующим образом [1]:

Положительный электрод: Ni (OH) 2 + OH- = NiOOH + H2O + e-

Отрицательный электрод: M + H2O + e- = MHab + OH-

Общая реакция: Ni (OH) 2 + M = NiOOH + MH

Примечание: M: водородный сплав; Hab: адсорбция водорода; процесс реакции слева направо - процесс зарядки; процесс реакции справа налево - это процесс разряда.

Ni (OH) 2 и OH- положительного электрода реагируют с образованием NiOOH и H2O во время зарядки и вместе высвобождают e- с образованием MH и OH-. Общая реакция представляет собой Ni (OH) 2 и M с образованием NiOOH, сплава для хранения водорода; разряд Напротив, MHab высвобождает H +, H + и OH- с образованием H2O, а e-, NiOOH, H2O и e- регенерируют Ni (OH) 2 и OH-. Стандартная электродвижущая сила аккумулятора составляет 1,319 В.

Никель-металлогидридные батареи подразделяются на высоковольтные никель-водородные батареи и низковольтные никель-водородные батареи.

Низковольтная никель-водородная батарея имеет следующие характеристики: (1) напряжение батареи составляет 1,2 ~ 1,3 В, что эквивалентно кадмиево-никелевой батарее; (2) плотность энергии высока, в 1,5 раза или больше, чем у кадмиево-никелевой батареи; (3) быстрая зарядка и разрядка, низкая температура Хорошая производительность; (4) герметичное, сильное сопротивление перезарядке и разрядке; (5) отсутствие образования дендритных кристаллов, может предотвратить короткое замыкание внутри батареи; (6) безопасно и надежно, без загрязнения окружающей среды, без эффекта памяти. [1]

Высоковольтная никель-водородная батарея обладает следующими характеристиками: (1) Высокая надежность. Он имеет лучшую защиту от переразряда и перезарядки, выдерживает высокие скорости зарядки и разрядки и не дает образования дендритов. Имеет хорошие передаточные характеристики. Его удельная массовая емкость составляет 60 А · ч / кг, что в пять раз больше, чем у кадмиево-никелевых аккумуляторов. (2) Жизненный цикл долгий, до тысяч раз. (3) Полностью герметичный и требует меньшего обслуживания. (4) Низкотемпературные характеристики превосходны, а емкость существенно не меняется при -10 ° C.

Никель-металл-гидридные батареи следует обслуживать во время использования.

(1) Избегайте использования процесса зарядки. В течение жизненного цикла процесс использования не должен чрезмерно заряжаться, поскольку избыточный заряд легко вызывает разбухание положительного и отрицательного электродов, вызывая отслаивание активного материала и повреждение диафрагмы, повреждение проводящей сети и увеличение омической поляризации батареи.

(2) Не допускайте ухудшения электролита. Во время жизненного цикла никель-металлгидридных аккумуляторов выделение водорода из аккумуляторов должно подавляться.

(3) Хранение никель-металлогидридных аккумуляторов. Никель-металлогидридный аккумулятор следует хранить в полностью заряженном состоянии. Если аккумулятор хранится в течение длительного периода времени без накопления электроэнергии в аккумуляторе, функция отрицательного сплава для хранения водорода в аккумуляторе будет ослаблена, и срок службы аккумулятора сократится.

(4) Зарядка после разрядки аккумулятора. Никель-металлогидридные батареи и никель-кадмиевые батареи обладают одним и тем же «эффектом памяти», то есть, если батарея повторно заряжается, пока батарея все еще находится в процессе разряда, батарея скоро станет недоступной.

Страница содержит содержимое машинного перевода.