镍氢电池中的“金属”与“氢化物2+O2”

镍氢电池中的“金属”与“氢化物2+O2”

镍氢电池是由氢离子和镍金属构成的，比镍镉电池多储存30%的电量，比镍镉电池更轻，使用寿命更长，而且环保。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池贵很多，性能比锂电池差。

镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属氢化物。

用于制造镍氢电池的金属主要分为两类。最常见的是AB5型，其中A是稀土元素（可能）加上钛（Ti）的混合物；B是镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）和（可能）铝（Al）。一些高容量电池具有“多组分”电极，主要由AB2组成，其中A是钛（Ti）或钒（V），B是锆（Zr）或镍（Ni），再加上一些铬（Cr）、钴（Co）、铁（Fe）和（或）锰（Mn）。所有这些化合物都起着相同的作用：可逆地形成金属氢化物。当电池充电时，氢氧化钾（KOH）电解质中的氢离子（H+）被这些化合物释放并吸收，以防止形成氢气（H2），从而维持电池内部的压力和体积。当电池放电时，这些氢离子通过逆过程返回到原来的位置。

工作准则

收费

快速充电时，充电器内的微电脑可以防止电池过充。如今的镍氢电池含有催化剂，可以及时消除过充风险。2H2+O2--催化剂-->2H2O

但这种反应只在过充开始后C÷10小时内有效（C=电池标称容量）。充电过程开始时，电池温度会显著上升。一些超快速充电器（少于1小时）带有风扇，以防止电池过热。

一些制造商认为，使用简单的恒流（和低电流）充电器（带或不带定时器）可以安全地对镍氢电池进行充电，允许的长期充电电流为 C/10h（电池的标称容量除以 10 小时）。实际上，一些低成本的无线电话基站和最便宜的电池充电器都以这种方式工作。虽然这可能是安全的，但可能会对电池的寿命产生不利影响。根据松下（）的《镍氢电池充电指南》：长时间使用涓流充电（长时间用非常小的电流充电）可能会损坏电池；为避免损坏电池，涓流充电电流应限制在每小时 0.033×C 和每小时 0.05×C 之间，最长充电时间为 20 小时。

对于镍氢电池的长期维护，低频脉冲大电流充电方式比涓流充电方式更能维持电池状态。

新买的或者长期不用的镍氢电池，需要经过一段时间的“激活”才能恢复电池电量。因此，有些新的镍氢电池需要经过几次充放电循环才能达到其标称电量。给电池充电时，要注意充电器周围的散热情况，没必要太刻意地使用风扇，但要注意不要在充电器周围放置过多的杂物。普通用户在使用电池的过程中，往往没有专门的电池收纳袋；更换电池后，用户会习惯性地将电池收起来，不管放置的地方是否干净、潮湿。结果就是电池容易变脏、触点容易接触到钥匙等金属物体、容易受潮，这些都是电池的大敌。建议：用户应设置专门的电池放置点，并保持电池的清洁。

释放

在使用电池的过程中，也需要小心谨慎。对于几节串联的电池（比如数码相机中常见的4节AA电池的排列方式），需要防止电池完全没电，这样会造成“反向充电”（）。这会对电池造成不可修复的损害。不过，一般这些设备（比如上面提到的数码相机）都可以检测串联电池的放电电压，当其降至一定水平时，就会自动关机以保护电池。单节电池则不会出现上述风险，它只会不断放电，直到电压为0。这并不会对电池造成危害。事实上，定期将电量放完再充满电，有助于保持电池的容量和质量。

NiMH 电池的自放电率较高，每月约 30% 以上。这高于 NiCd 电池每月 20% 的自放电率。电池充电越充分，自放电率就会越高；当电池电量下降到一定程度时，自放电率会略有下降。电池存放场所的温度对自放电率影响很大。为此，长时间不使用的 NiMH 电池最好充电至 40% 的“半满”状态。

低自放电镍氢电池于 2005 年投入市场。制造商声称，在 20°C 下存放一年后，它们仍可保留 70% 至 85% 的电量，并可使用普通镍氢电池充电器进行充电。一些低自放电镍氢电池在低温下具有比碱性电池和锂离子电池更好的放电特性。

应用

消费类电子产品

镍氢电池广泛应用于消费电子产品中。

老式的镍氢电池由于自放电，充电后数月甚至数周内就会失去电量，只能用于需要短时间供电的场合，例如红外遥控器或家用电器的时钟。

新型低漏电镍氢电池在大多数场合基本可以替代碱性电池，但一些老款、低功耗电子产品（如老款收音机）在使用镍氢电池时，会因为电压问题导致性能下降。

遥控玩具

一些特别大功率的镍氢电池，其容量、输出电池和功率都比镍镉电池大，所以在电动遥控玩具(如遥控汽车)中已取代了镍镉电池。

混合动力汽车

高功率的镍氢电池也用于混合动力汽车。最好的例子是丰田的普锐斯，它采用特殊的充电和放电方案，使电池的充放电寿命足以让车辆使用十年。其他使用镍氢电池的混合动力汽车包括：

本田

福特轿车

雪佛兰

本田

纯电池供电车辆

虽然比锂离子电池重，但一些纯电池供电的汽车仍然使用镍氢电池，例如：

通用汽车

本田

福特轿车

能量再生系统

松下近期推出了使用镍氢充电电池的怠速停止车辆能量再生系统。该系统将镍氢充电电池与传统铅酸电池结合使用，将减速时产生的能量储存在镍氢充电电池中以供重复使用，不仅提高了燃油效率，还减轻了铅酸电池的负担并延长了铅酸电池的寿命。未来不仅可以为车载用电设备供电，还可以为辅助驱动启动电机供电，有望进一步提高燃油效率。

分类

（1）铅酸电池

阀控铅酸蓄电池的基本结构如图所示，由正负极板、隔板、电解液、安全阀、气塞、外壳等组成。正极板上的活性物质为二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质为海绵状的纯铅（Pb）。电解液由蒸馏水和​​纯硫酸按一定比例配制而成。一定密度的电解液灌入电池槽后，由于电化学反应，正负极板间将产生约2.1V的电动势。新铅酸蓄电池首次使用时，必须先充满电，若采用0.1C充电率充电，约需55～75小时。电池在正常使用过程中放电完毕后，应立即充电。常用的方法有：（1）分级恒流充电法；（2）低压恒压充电法（带负载充电）；（3）快速充电法。 快充初始充电时间不超过5小时，普通充电时间可缩短至1小时左右。

（2）碱性蓄电池

镍镉电池NiCd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，其主要作用是增强导电性。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分散性，防止团聚，提高极板的容量。活性物质分别被包裹在穿孔钢带中，经压制成型后，便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。电解液一般为氢氧化钾溶液。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量的速度)适中。NiCd电池在使用过程中，若未完全放电后再充电，则下次放电时无法将电量全部放完。 例如，在放完 80% 的电量后再充满电，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 电池的记忆效应，如果没有完全放电，应将每个电池放电至 1V 以下后再进行充电。

镍氢电池正极板材料为NiOOH，负极板材料为吸氢合金。电解液一般为30%KOH水溶液，并加入少量NiOH。隔膜采用多孔维纶无纺布或尼龙无纺布。镍氢电池有圆柱形和方形两种形状。镍氢电池低温放电特性好，即使在-20℃环境温度下，放电电流（以1C放电速率）也能达到标称容量的85%以上。但镍氢电池在高温下（+40℃以上）储存容量会下降5-10%。这种由自放电（温度越高，自放电速率越大）引起的容量损失是可逆的，经过几次充放电循环后可恢复最大容量。镍氢电池的开路电压为1.2V，与镍镉电池相同。

NiCd/NiMH电池的充电过程很相似，都需要恒流充电。两者的主要区别在于快速充电的终止检测方式，以防止电池过充。充电器以恒流对电池充电，同时检测电池电压等参数。当电池电压缓慢升至峰值时，NiMH电池的快速充电终止，而NiCd电池的快速充电则是在电池电压第一次下降-△V时终止。为防止损坏电池，电池温度过低时不能启动快速充电。当电池温度Tmin低于10℃时，应切换为涓流充电方式。一旦电池温度达到规定值，必须立即停止充电。

阳极是用复合金属氧化物在铝板上形成，阴极是用锂碳化合物在铜板上形成，极板间夹有具有亚微米级孔隙的聚烯烃薄膜隔膜，电解液为有机溶剂。为防止因使用不当而造成电池损坏，锂离子电池内装有三种安全机制：（1）正温度系数元件（PTC）。当电池内部温度过高时，PTC的电阻上升，会自动切断正极引线与正极之间的电路；（2）特殊材料制成的隔膜。当电池内部温度升到一定值时，隔膜上的微孔会自动溶解，从而停止电池内的反应；（3）安全阀。当电池内压升到一定值时，安全阀会自动打开。

锂电池易发生过充、深度放电和短路等现象。单节锂离子电池的充电电压必须严格限制，充电速率一般不超过1C，最低放电电压为2.7-3.0V，如果继续放电，电池就会受损。锂离子电池采用恒流、恒压方式充电，当以1C电流充电至4.1V时，充电器应立即转为恒压充电，充电电流逐渐减小。当电池充满后，将进入涓流充电过程。为了防止过充或过放，锂离子电池不仅内部有安全机制，充电器也必须采取安全保护措施，监控锂离子电池的充放电状态。

随着新材料、新工艺的出现，更加先进、耐用的充电电池也不断涌现，国外最新研发的固体聚合物（电解质）锂离子电池和锂金属电池，不仅解决了漏液问题，而且容量更大、体积更小、更安全可靠，必将成为极具潜力的新一代电池产品。

（3）低温镍氢电池

低温镍氢电池是具有自主知识产权的在-40℃低温环境下使用的镍氢电池，于2000年5月16日研制成功，由中科院长春应用化学研究所稀土化学与物理开放实验室科技人员委托，采用研制多年的新型氢镍电池低温负极材料，有AA型和D型电池两种。经实际测试，AA型电池在常温下充电后，在-40℃环境下放置8小时，在-40℃环境下以0.2C放电，其电池容量为常温容量的50%以上，完全可以满足使用要求；而普通氢镍电池在相同温度条件下的容量仅为常温容量的1/10，完全无法使用。目前正对D型电池的低温性能进行测试。 -40℃适用镍氢电池的问世，填补了我国能源领域的一项空白。

选择指南

1、普通用户在购买镍氢电池时，往往会忽略电压的问题。例如，在比较3.6V的电池和7.2V、900mA的电池时，很多用户会选择3.6V的电池，因为毫安越高，每小时能释放的电量就越大。但实际情况并非如此。如果只考虑两者的使用时间，第二块电池，也就是7.2V 900mA的电池，其实电量更大。打个不恰当的比喻，这就叫“细水长流”。虽然单位时间输出的电量小，但它的电压比第一块电池高很多，所以它的使用寿命也比第一块电池好。所以，在输出毫安相差不大的情况下，建议购买电压更高的镍氢充电电池，以获得更长的使用时间（当然也要参考机器的额定电压）。

2、镍氢电池的“关键精髓”在于其所用的电芯，目前较好的电芯还是日本厂家生产的，因此，有条件的用户应优先购买进口电芯的充电电池。

保护与维护

1、镍氢电池刚买来的时候一定要充分放电（空腹充电），一般要充3~5次左右才能测量出镍氢电池的容量是否正常，电池内的带电粒子才会被充分激活。

2、严格按照说明书上的时间控制镍氢电池的充电时间（不存在所谓的充电10到24小时），如果你被告知是8小时，那就充8小时（时间控制在1小时以内）。超过这个范围（电池过放）会严重降低电池的带电粒子功能或造成不可逆的容量损失。

3、镍氢电池具有记忆性，充电前必须完全放电。

4、请使用原装或同一品牌的充电器，尽量不要将不同品牌的电池和充电器混合使用。

5、不同电量、容量的镍氢电池不能一起充电。

6、如果您一次购买4节电池，而相机每次使用2节电池，那么一定要分组使用（例如：1节和2节一起/3节和4节一起），避免不同容量的电池一起充电。

7、镍氢电池若长时间不使用，最好先充满电，下次使用时再充电。

8、冬季使用时，尽量多备几节镍氢电池，防止因为天气原因导致电池电量不足（建议温度为-17度）。

9. 镍氢电池不应碰撞或掉落在地上，因为这会降低电池的性能。

10.请勿将镍氢电池与金属物体（钥匙）放在一起，以防止短路。

笔记

1. 新的镍氢电池可以立即使用吗？

一般新的镍氢电池只剩下很少的电量，所以我们在使用前需要先充电。但如果电池出厂时间不长，电量又很多，建议先使用后充电。

2.为什么慧眼的容量比标称值低？

新买的镍氢电池一般要充电使用3~4次才能发挥其最佳功效，由于智能充电器对新电池充电的判断不可靠，所以第一次充电后的电池容量与电池上标注的容量是有差异的，有可能充不满电。三洋和国产的4y5y充电器都存在这个问题，因为快充电流有点大-高，所以充不满电或者激活不了，导致测量的容量比实际容量小。建议大家用慢充即小电流充电器充电10个小时，这样可以很好的保护电池，激活电池，然后再用智能充电器放电，3次循环后就会达到最大容量，必须测量放电容量。这些问题其实在充3~4次使用后就解决了。

3.充电电流的大小会损坏电池吗？

充电器主要分为快充和慢充，慢充电流较小，一般在200mA左右，比如我们常见的充电电流在160mA左右，充电时间较长，给镍氢电池充电大概需要16个小时，虽然时间慢了点，但是充电会比较充足，不会损伤电池。快充电流一般都在400mA以上，充电时间明显缩短，3到4个小时就可以充满，也深得我们的青睐。快充的种类很多，价格也各有不同，所以我们经常会疑惑，同样的快充，为什么价格差别这么大呢？好的充电器，尤其是好的快充，都有防过充保护功能，优秀的芯片软件设计能力，在给电池充电时，也会将快充对电池的损伤降到最低。

4、应该选择快充还是慢充？

这是一对矛盾：慢充不伤电池但充电时间太长；快充可以节省时间，但对电池有害。即使是市面上最好的充电器，也只能减轻损害程度，但不能完全防止。解决矛盾的办法是买一个快速充电器和一个慢速充电器。用快速充电器充电一段时间后，比如5次、10次，换用慢速充电器充电一两次。这样可以让电池的性能恢复到最佳状态。

5.需要随时给电池充电吗？

虽然镍氢电池的记忆效应较小，但还是建议我们尽量每次用完就充电，并且一次性充满，而不是充一会儿，用一会儿，再充，这是“长寿”的重点。

6. 可以用小电灯泡给电池放电吗？

绝对禁止人为地用小灯泡环路、短路等方式对电池进行放电！这样会导致电池电压趋近0V，对电池造成不可逆的永久性损坏！正确的放电方式是当电压达到0.8V-1V区间时，立即停止放电，并立即转入充电过程，这样才能达到“放电干净，但不伤电池”的效果。

7.如何计算充电时间？

充电时间取决于充电器的输出电流mA，我们可以用这个公式[电池容量×1.5÷充电器输出电流mA=大约充电时间（小时）]，比如说，用充电电流500ma的充电器给四节电池充电，那么公式可以算出来为2000×1.5÷500=大约6个小时。

8.如何存放充电电池？

给电池充电时，要注意充电器周围的散热，不必过于刻意地使用风扇，但要注意不要在充电器周围放置过多的杂物。一般用户在使用电池的过程中，往往没有专门的电池收纳袋；在更换电池后，用户会习惯性地将电池收起来，而不管放置的地方是否干净、潮湿。结果就是电池容易变脏、接触点容易接触金属（如钥匙）、容易受潮，这些都是电池的大敌。建议：用户应设置专门的电池放置点，并保持电池的清洁。为防止电量损失等问题，请保持电池两端接触点及电池盖内部清洁，必要时用柔软、干净的干布轻轻擦拭。

9.长期不使用的电池可以放在电池仓里吗？

长期不使用时，请记得将电池从电池仓中取出，放置在干燥环境的电池盒内，以防止电池短路。

10.镍氢充电电池长期不使用会有问题吗？

这是因为镍氢电池的自放电较大（每个月约10%-15%），如果长时间不使用，电池的自放电会造成电池过放电，损坏电池。长时间不使用的镍氢电池，存放几个月后，自然会进入“休眠”状态，电池寿命会大大降低。 温馨提示：大多数充电电池不是因使用而损坏，而是因存放而损坏： 1、电池用完后一定要充电，如果用完后几个月不充电，电池可能会损坏； 2、使用电池时，电量不能完全用完，电量不足时一定要及时取出充电，否则电池容易损坏，难以维持。 总结：电池用完后，记得及时充电！

11.需要经常给电池放电吗？

镍氢充电电池使用50次后，若不科学放电，电池容量会从100%逐渐下降到87%左右。通过科学放电至0.8V-1V范围再充电，记忆效应可基本消除，容量可恢复到98%左右。最好每充电20-30次后进行科学放电。

12、电池组中的电池需要经常选择吗？

电池通常都是以电池组的形式使用，也就是4个或者6个电池串联起来。这时候保持每个电池的均衡就非常重要了，不然一个有问题的电池就会拖累整个电池组。首先电池容量要一致，最好选择一起购买的同一品牌、同一型号的电池。然后电池里面的电量要一致，简单来说就是电池组要么满，要么空。如果电池比较多，要组成几个电池组，可以试着“选”。具体就是将容量、电压等参数相近的电池单体串联起来，组成一个电池组。由于条件不足，一般测量放电后的电压和充电后的电压就可以了。

13.废旧电池如何处理？

虽然厂家宣称电池不含汞，但电池中确实含有不少重金属，废弃电池对环境的破坏是毋庸置疑的。国外有完善的废旧电池处理机制，超市可以回收旧电池，甚至多花点钱换新电池。国内没有旧电池回收渠道，建议大家少用一次性电池，多用充电电池。失效的电池不要乱扔，最好收集起来交给废品回收站。

故障排除

1、正极原因：主要发生在采用烧结电极的电池中。烧结电极制造简单，使用高重量电极。电极增重在1.9g/cm3以上，导致正极残留孔隙率太少，电极膨胀率太大，达到20%以上，或浸渍增重太高，电极变脆。电池制成后，隔膜中电解液太少，或正极结渣，硬金属颗粒刺入隔膜，造成电池内部短路，电压为零0V。

2、负极原因：主要原因是MH合金材料不稳定，在电极制作过程中破坏了材料的稳定性，使MH合金晶体结构发生变化，产生新的物质或枝晶，或者在碱中晶体发生偏析，穿透隔膜，造成短路，电压为0V。这种情况最为常见。我国MH储氢合金材料的稳定性比较差，在调质过程中，只追求高的初始容量而忽略了其他参数，导致只追求大的晶胞和大的储氢容量，而较少考虑晶格脆性，尤其是储氢合金在强碱溶液中的稳定性和偏析问题。用有偏析的合金制成的电池，常常会造成电池内部短路，电池电压为0V

3、还有一种原因是由于制造工艺不合理，储氢合金出现失氢，失氢材料无法被激活，电池电压为0V。