干电池、碱性电池、水银电池、锂电池、镍镉充电电池的特点及环保问题

干电池、碱性电池、水银电池、锂电池、镍镉充电电池的特点及环保问题

又称锌锰电池，是目前最常见的干电池，具有价格低廉、使用安全可靠的特点，基于环保考虑，仍含有镉成分，因此必须回收，以免破坏地球环境。 ■碱性电池又称碱性干电池，适合大量放电及长期使用，电池内阻较低，所以产生的电流较一般锰电池为大，且环保含汞量仅0.025%，所以无须回收。 ■汞电池l 汞电池因污染及容量原因，已逐渐被锂锰式取代。 ■锂电池 ■镍镉充电电池Ni-Cd()早期曾被民众广泛使用，可反复充放电约500次，但充放电约10次后就会产生记忆效应；另一缺点是在充放电过程中，正极会长出针状的镉结晶，有时会刺穿隔膜，造成内部树枝状短路。因含有镉成分，所以必须回收利用。 ■镍氢充电电池 镍氢(Ni-MH)充电电池是目前市场上主流的充电电池，它以氧化镍为正极，以吸收氢气的金属合金为正极，一般可充放电500次以上，由于不含汞及镉原料，所以无须回收利用。 ■锂充电电池 ■铅酸电池-■太阳能电池 在化学电池中，依电池能否充电恢复所储存的电能，可分为一次电池(又叫一次电池)和二次电池(又叫蓄电池，俗称充电电池，可重复使用多次)两大类。

一次电池可分为普通锌锰（中性锌锰）、碱性锌锰、锌汞、锌空气、镁锰、锌银六大系列；二次电池主要有镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、碱性锰充电电池、铅酸电池等。在数码设备中，常用的电池类型有干电池（包括碱性电池）、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。干电池：这是最常用的一种电池类型，干电池很多人都用过，但了解其结构的人不多。一般我们常用的干电池也叫锌锰电池（图1），又可分为碳锌电池（-Zinc）和氯化锌电池（Zinc-），其优点是能量密度高、电流密度适宜、易于机械化生产。在大卖场中，这两种电池都是以箱装低价拍卖的。但可惜的是，由于能量密度不足，这种电池一般只用在耗电量不大的电子产品上，例如闹钟、计算器等，如果你打算用它来驱动你的数码相机，恐怕你要大失所望了。圆柱型锌锰电池因隔膜的不同，又可分为糊式锌锰电池和纸板锌锰电池。纸板锌锰电池因配方组成的不同，其电气性能也不同，又分为C型纸板电池（碳锌电池），又称高容量电池；P型纸板电池（氯化锌电池），又称高功率电池。，一般超市或零售市场卖的都是这种类型的干电池，标记为。“C”型比“P”型电池的功率容量要低20%左右。一般随商品赠送的电池大多是这种类型。干电池的包装分为纸壳（常用“C”型）、PVC、铁壳、铅皮四种包装，同时根据汞含量（基本标准为15ppm）也有环保与非环保的区别。

碱性锌锰电池（Zinc-MnO2）：是干电池中的重要角色，这种电池就是我们常说的“碱性电池”，由于容量大、电流强、使用时间长，市场对这种电池的需求越来越高。但有些厂家的碱性电池是不环保的含汞电池，原因是这种电池如果在配料中加入氧化银，其容量可以提高约30%以上，但同时零售价格也相对提高。碱性电池是迄今为止最成功的高容量电池，也是性价比最高的电池之一。它改变了传统电池的内部结构和电化学系统，通过采用极其纯净、活性极高的正负极材料，其放电容量达到普通干电池的5-7倍，储存寿命是普通电池的两倍以上。

镍氢电池是一种性能良好的蓄电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。镍氢电池正极活性物质为Ni(OH)2(称NiO电极)，负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金(该电极称储氢电极)，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。镍氢电池是氢能应用的重要方向，越来越受到人们的重视。

在人类大规模开发利用的情况下，化石燃料越来越少，近年来氢能的开发利用日益受到重视。镍氢电池作为氢能应用的重要方向，日益受到人们的关注。虽然镍氢电池确实是性能良好的一类电池，但是航天用镍氢电池属于高压镍氢电池（氢气压力可达3.92MPa，即40kg/cm2）。这样的高压氢气存放在薄壁容器中容易发生爆炸，而且镍氢电池还需要贵重金属作为催化剂，成本十分昂贵，难以民用。因此，国外从20世纪70年代开始探索民用低压镍氢电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。高压镍氢电池最早由美国的M.Klein和JF于20世纪70年代初研制成功，用镍氢电池取代镉镍电池并应用于各类卫星的趋势已经形成。

镍氢电池正极活性物质为Ni(OH)2(称NiO电极)，负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金(该电极称储氢电极)，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。活性物质形成极板的主要工序有烧结、拉浆、泡沫镍、镍纤维和嵌入渗透等。不同工艺制备的电极，其容量和大电流放电性能差别很大，电池一般根据不同的使用条件，采用不同的工艺生产。通讯等民用电池大多采用拉浆负极、泡沫镍正极组成电池。其充放电化学反应如下[1]：

正极：Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e-

负极：M+H2O+e-=MHab+OH-

总反应：Ni(OH)2+M=NiOOH+MH

注：M：氢合金；Hab：吸附氢；反应方程中从左至右的过程为充电过程；反应方程中从右至左的过程为放电过程。

充电时正极Ni(OH)2与OH-发生反应生成NiOOH和H2O，同时放出e-生成MH和OH-。总的反应是Ni(OH)2与M生成NiOOH，储氢合金储存氢气。放电时则相反，MHab放出H+，H+和OH-生成H2O和e-，NiOOH、H2O和e-又重新生成Ni(OH)2和OH-。电池的标准电动势为1.319V。

镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。

低压镍氢电池具有以下特点：（1）电池电压为1.2~1.3V，与镍镉电池相当；（2）能量密度高，是镍镉电池的1.5倍以上；（3）可快速充放电，低温性能好；（4）可密封，抗过充、过放电性能强；（5）没有枝晶生成，可防止电池内发生短路；（6）安全可靠，对环境无污染，无记忆效应。[1]

高压镍氢电池具有以下特点：（1）可靠性高。具有良好的过放电和过充电保护，能承受高充放电率，且不形成枝晶。比容量好，质量比容量为60A·h/kg，是镉镍电池的5倍。（2）循环寿命长，可达数千次。（3）全密封，维护成本低。（4）低温性能优良，在-10℃时，容量无明显变化。[1]

镍氢电池在使用时应小心保养。

（1）使用过程中避免过充电。在循环寿命期间，使用过程中应避免过充电，因为过充电易引起正负极膨胀，造成活性物质脱落及隔膜损伤，导电网络被破坏，电池欧姆极化增大。

（2）防止电解液劣化。在镍氢电池的循环寿命期间，应抑制氢气的析出。

（3）镍氢电池的贮存。镍氢电池应充满电，如果长时间不储存电能而贮存，负极储氢合金的作用会减弱，缩短电池寿命。

（4）电池电量耗尽后要充电。镍氢电池与镍镉电池一样，具有“记忆效应”，即如果在放电时电池中尚有电量的情况下反复充电和使用，电池很快就会变得无法使用。