镍镉电池：原理、充电过程及优势详解

镍镉电池：原理、充电过程及优势详解

简述镍镉电池的原理和充电过程。镍镉电池可反复充放电500次以上，经济耐用。它内阻小，内阻小，可快速充电，并能向负载提供大电流。而且放电时电压变化很小，是一种特别理想的直流电源电池。镍镉电池的原理：负极的镉（Cd）和氢氧化钠（NaOH）中的氢氧离子（OH-）结合生成氢氧化镉，氢氧化镉附着在正极上，同时也释放出电子。电子沿着导线向负极行进，与负极的二氧化镍和氢氧化钠溶液中的水发生反应，生成氢氧化镍和氢氧离子。氢氧化镍会附着在正极上，氢氧离子会回到氢氧化钠溶液中，所以氢氧化钠溶液的浓度不会随着时间的推移而降低。 放电反应： 负极反应：Cd+2OH-Cd(OH)2+2e- 正极反应：2e-+NiO2+(OH)2+2OH- 总反应：Cd+NiO2+(OH)2+Ni(OH)2 充电反应： 正极反应：Ni(OH)2+2OH-2e-+NiO2+2H2O 负极反应：Cd(OH)2+2e-Cd+2OH- 总反应：Cd(OH)2+Ni(OH)2Cd+NiO2+2H2O 镍镉电池正极板上的活性物质是由氧化镍粉和石墨粉组成，石墨不参与化学反应，它的主要作用是增加导电性，负极板上的活性物质是由氧化镉粉和氧化铁粉组成， 氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的浓度，防止结块，提高极板的容量。

将活性物质包裹在穿孔钢带中，压制成型，形成电池的正极板和负极板，极板间用耐碱硬橡胶绝缘棒或穿孔聚氯乙烯波纹板隔开。电解液通常为氢氧化钾溶液。与其他电池相比，NiCd电池的自放电率（即电池在不使用时失去电荷的速率）适中。NiCd电池在使用过程中，若未完全放电后再充电，则下次放电时将无法放出全部电量。例如，在放出80%的电量后再完全充电，电池只能放出80%的电量。这就是所谓的记忆效应。当然，经过几次完整的放电/充电循环，NiCd电池就会恢复正常工作。由于NiCd电池存在记忆效应，若未完全放电，则每节电池应放电至1V以下后再充电。 镍镉电池的充电过程：在0.05C至大于1C的范围内对NiCd电池进行恒定电流充电。一些低成本的充电器采用一定的温度来终止充电。这种充电终止方法虽然简单、成本低廉，但并不准确。更好的方法是通过检测电池充满电时的电压降来终止充电。对于充电率为0.5C或更高的NiCd电池，-ΔV方法最有效。-充电终止检测应与电池温度检测相结合，因为老化的电池和不匹配的电池可能会降低ΔV。通过检测温升率（dT/dt）可以实现更准确的满充电检测，这比固定温度终止对电池更好。基于ΔT/dt组合的充电终止方法可以避免电池过充并延长电池寿命。

快速充电可以提高充电效率。在1C的充电速率下，效率可接近1.1（91%），充满一块空电池仅需1小时多一点的时间。在0.1C充电时，效率降至1.4（71%），充电时间约为14小时。由于镍镉电池吸收近100%的电能，因此在充电的前70%期间，几乎所有的能量都被吸收，电池保持不发热的状态。超快速充电器利用这一特性，在几分钟内将电池充电至70%，以几0.02C的电流充电而不产生热量。充电至70%后，继续以较低的速率对电池充电，直至充满。最后以0.02C至0.1C的涓流充电结束充电。镍镉电池可反复充放电500次以上，经济耐用。 它的内阻小，可快速充电，并能给负载提供大电流，放电时电压变化小，是一种特别理想的直流电源电池。镍镉电池的原理：负极处的镉（Cd）和氢氧化钠（NaOH）中的氢氧离子（OH-）结合生成氢氧化镉，氢氧化镉附着在正极上并放出电子。电子沿着导线移动到负极与负极的二氧化镍和氢氧化钠溶液中的水发生反应，生成氢氧化镍和氢氧离子。氢氧化镍会附着在正极上，而氢氧离子会回到氢氧化钠溶液中，所以氢氧化钠溶液的浓度不会随着时间的推移而降低。 放电反应式：负极反应：Cd+2OH-Cd(OH)2+2e- 正极反应：2e-+NiO2+(OH)2+2OH- 总反应：Cd+NiO2+(OH)2+Ni(OH)2 充电反应式：正极反应：Ni(OH)2+2OH-2e-+NiO2+2H2O 负极反应：Cd(OH)2+2e-Cd+2OH- 总反应：Cd(OH)2+Ni(OH)2Cd+NiO2+2H2O 镍镉电池正极板上的活性物质是由氧化镍粉和石墨粉组成的，石墨不参与化学反应，它的主要作用是增加导电性。

负极板上的活性物质由氧化镉粉和氧化铁粉组成。氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的浓度，防止结块，提高极板的容量。活性物质分别被包裹在穿孔钢带内，经压制成型后，就成为电池的正极板和负极板。极板间用耐碱硬橡胶绝缘棒或穿孔聚氯乙烯波纹板隔开。电解液通常为氢氧化钾溶液。与其它电池相比，NiCd电池的自放电率(即电池在不使用时失去电量的速度超过电池)适中。NiCd电池在使用过程中，如果电池在放电不完全后再充电，下次放电时就不能把所有的电放完。例如，在放完80%的电后再完全充电，电池就只能放出80%的电。这就是所谓的记忆效应。 当然，几个完整的放电/充电循环就会使NiCd电池恢复正常工作。由于NiCd电池有记忆效应，如果未完全放电，则每节电池应放电至1V以下再充电。镍镉电池的充电过程：在0.05C至大于1C的范围内对NiCd电池进行恒流充电。有些低成本的充电器采用一定的温度来终止充电。这种充电终止方法虽然简单、成本低廉，但并不准确。更好的方法是通过检测电池充满时的电压降来终止充电。对于充电率为0.5C或更高的NiCd电池，-ΔV法最有效。-充电终止检测应与电池温度检测相结合，因为老化的电池和不匹配的电池可能会降低ΔV。通过检测温升率（dT/dt）可以实现更准确的充满检测，这比固定温度终止对电池更有利。

基于ΔT/dt组合的充电终止方法可以避免电池过充，延长电池寿命。快速充电可以提高充电效率。在1C的充电速率下，效率可以接近1.1（91%），充满一块空电池只需1小时多一点的时间。在0.1C充电时，效率降至1.4（71%），充电时间约为14小时。由于NiCd电池接受近100%的功率，因此在充电的前70%期间几乎所有的能量都被提取出来，电池保持冷却状态。超快速充电器利用这一特性，在几分钟内将电池充电至70%，以几0.02C的电流充电而不产生热量。充电至70%后，继续以较低的速率对电池充电，直到电池充满。最后以0.02C至0.1C的涓流充电终止充电。