圆柱形电池结构与原理

由于化石燃料在人类大规模开发利用的情况下越来越少，近年来，氢能源的开发利用日益受到重视。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。虽然镍氢电池确实是一种性能良好的蓄电池，但航天用镍氢电池是高压镍氢电池(氢压可达3.92MPa，即40kg/cm2)，这样的高压力氢气贮存在薄壁容器内使用容易爆炸，而且镍氢电池还需要贵金属做催化剂，使它的成本变得很贵，这就很难为民用所接受，因此，国外自70年代开始探索民用的低压镍氢电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。高压镍氢电池是20世纪70年代初由美国的M.Klein和J.F.Stockel等首先研制。用镍氢电池代替镉镍电池并应用于各种卫星上的趋势已经形成。

结构与原理

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(电极称储氢电极)，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。活性物质构成电极极片的工艺方式主要有烧结式、拉浆式、泡沫镍式、纤维镍式及嵌渗式等，不同工艺制备的电极在容量、大电流放电性能上存在较大差异，一般根据使用条件不同的工艺生产电池。通讯等民用电池大多采用拉浆式负极、泡沫镍式正极构成电池。充放电化学反应如下：

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;反应式从左到右的过程为充电过程;反应式从右到左的过程为放电过程。

充电时正极的Ni(OH)2和OH-反应生成NiOOH和H2O，同时释放出e-一起生成MH和OH-，总反应是Ni(OH)2和M生成NiOOH，储氢合金储氢;放电时与此相反，MHab释放H+，H+和OH-生成H2O和e-，NiOOH、H2O和e-重新生成Ni(OH)2和OH-。电池的标准电动势为1.319V。