MH-Ni 电池：新一代二次电池，容量大、无污染、快速充电、寿命长

MH-Ni 电池：新一代二次电池，容量大、无污染、快速充电、寿命长

氢镍电池是继镍镉电池（Cd-Ni）之后的新一代二次电池，与镉镍电池相比，氢镍电池容量提高50%以上，消除了镉对环境的污染，可实现快速充电。氢镍电池电压为1.2V，高能氢镍电池比能量可达95W·h/kg，高功率氢镍电池比功率可达900W/kg，循环寿命大于1000次，工作环境温度为-40~+55℃，高低温下容量损失小。

氢镍电池发展历史

镍氢电池最早在20世纪90年代初被开发出来，并于1991年首次实现商业化。随后，松下、VARTA等公司也开始生产镍氢电池。镍氢电池的发展历史大致可分为以下几个阶段：

起步阶段（20世纪90年代初至21世纪初）：镍氢电池技术逐渐成熟，商业应用领域逐渐扩大，主要应用于无绳电话、笔记本电脑、数码相机、便携式音响设备等小型便携式电子消费产品。

中期阶段（2000年代中期至2010年代初期）：随着移动互联网的发展，智能手机、平板电脑等智能终端设备的普及，镍氢电池得到更加广泛的应用。同时镍氢电池的性能得到进一步提升，能量密度不断提高，循环寿命也随之增加。

近期（2010年代中期至今）：镍氢电池已成为电动及混合动力汽车的主要动力电池之一。随着技术的不断进步，镍氢电池的能量密度不断提高，安全性和循环寿命也得到进一步改善。同时，随着全球环保意识的不断增强，镍氢电池也因其无污染、安全、稳定的特性而受到青睐。

MH-Ni电池的工作原理

MH-Ni电池是一种碱性电池，负极采用储氢材料的氢化物电极作为活性物质，正极采用氢氧化镍（简称镍电池），电解液为氢氧化钾水溶液。其电化学式可表示为：

（-）M/MH | KOH（6摩尔/升）| Ni(OH)2/NiOOH（+）

式中M代表储氢合金，MH代表金属氢化物。其工作原理如下：

（1）正常充放电反应

正极反应：Ni(OH)2+OH−⇔NiOOH+H2O+e−" role="">��(��)2+��−⇔�����+�2�+�−

负极反应：M+xH2O+xe−⇔MHx+xOH−" role="">�+��2�+��−⇔���+���−

总体反应：xNi(OH)2+M⇔MHx+" role="">���(��)2+�⇔���+������

（从左到右为充电反应，从右到左为放电反应）

充电时，正极发生Ni(OH)2向NiOOH的转变，负极发生水分解反应，氢气吸附在合金表面形成氢化物，放电过程为逆反应。

图 MH-Ni电池示意图

MH-Ni电池在充放电过程中正极发生的电化学反应均为固相转变机理，整个反应过程中无中间可溶金属离子产生，也无任何电解质成分的消耗和生成。因此，MH-Ni电池可实现完全密封、免维护，其充放电过程可看作是氢原子或质子从一个电极向另一个电极转移的往复过程。充电过程中，正极活性物质中的H+首先扩散至正极/溶液界面与溶液中的OH-发生反应生成水，随后溶液中游离的H+经电解液扩散至负极/溶液界面发生电化学反应生成氢原子，并进一步扩散至负极材料储氢合金中与其结合生成合金氢化物，放电过程则相反。

（2）过充放电反应

正极过充反应（析氧）：4OH−→2H2O+O2↑+4e−" role="">

4��−→2�2�+�2↑+4�−

负极过充反应（消耗氧气）：

正极过放电反应（析氢）：2H2O+2e−→H2↑+2OH−" role="">

2�2�+2�−→�2↑+2��−

负极过放电反应（消耗氢气）：

由于储氢合金的催化作用，可以消除正极产生的氢气和氧气，使得MH-Ni电池具有耐过充电和过放电的性能。

设计上，负极的容量大于正极，这样在过充之后，正极上释放出来的氧气可以透过隔膜扩散到负极表面与氢气重新结合还原为水和OH-进入电解液，从而避免电池内部压力累积增高的现象。

根据镍氢电池的原理和工作条件，储氢电极合金必须满足以下基本要求：

（1）高的可逆储氢容量和合适的吸收/解吸平台压力；

（2）对氢的吸放吸具有良好的电化学催化作用，在碱性电解液中具有优良的电化学稳定性；

（3）良好的充放电动力学，实现高效运行和长循环寿命；

（4）工作温度范围宽；

（5）资源丰富、廉价、易于产业化。

参考

[1] 唐有根，镍氢电池，北京，化学工业出版社，2007

[2] 杨建军，杨文斌，等. Ni-MH电源中的锂离子电池性能研究[J]. 电池，2017，200：164-178。

结尾