Was ist der Unterschied zwischen einer Nickel-Metallhydrid-Batterie und einer Lithium-Batterie?

Wiederaufladbare Batterien umfassen hauptsächlich Blei-Säure-Batterien und Alkalibatterien. Derzeit verwendete Nickel-Cadmium- (NiCd), Nickel-Wasserstoff- (NiMH) und Lithium-Ionen- (Li-Ionen) Batterien sind Alkalibatterien.

Die Grundstruktur der ventilgeregelten wartungsfreien Blei-Säure-Batterie für Blei-Säure-Batterien ist in Abbildung 1 dargestellt. Sie besteht aus positiven und negativen Platten, Separatoren, Elektrolyten, Sicherheitsventilen, Gasstopfen und Außengehäusen. Das aktive Material auf der positiven Elektrodenplatte ist Bleidioxid (PbO 2), und das aktive Material auf der negativen Elektrodenplatte ist schwammiges reines Blei (Pb). Der Elektrolyt wird in einem bestimmten Verhältnis aus destilliertem Wasser und reiner Schwefelsäure hergestellt. Nachdem eine bestimmte Elektrolytdichte in die Batteriezelle geladen wurde, wird aufgrund der elektrochemischen Reaktion eine elektromotorische Kraft von etwa 2,1 V zwischen der positiven und der negativen Platte erzeugt.

Wenn Sie zum ersten Mal eine neue Blei-Säure-Batterie verwenden, muss diese vollständig aufgeladen sein. Beim Laden mit einer Laderate von 0,1 ° C dauert es etwa 55 bis 75 Stunden. Nachdem der Akku normal verwendet wurde, sollte er sofort aufgeladen werden. Üblicherweise verwendete Verfahren sind: (1) Einstufen des Konstantstrom-Lademethodens; (2) Niederspannungs-Konstantspannungs-Lademethode (mit Lastladung); (3) Schnelllademethode. Die anfängliche Ladezeit für das Schnellladen beträgt weniger als 5 Stunden, und die normale Ladezeit kann auf etwa 1 Stunde verkürzt werden.

Nickel-Cadmium-Batterie Das aktive Material auf der positiven Platte der NiCd-Batterie besteht aus Nickeloxidpulver und Graphitpulver. Graphit ist nicht an chemischen Reaktionen beteiligt und hat die Hauptfunktion, die Leitfähigkeit zu verbessern. Das aktive Material auf der negativen Elektrodenplatte besteht aus Cadmiumoxidpulver und Eisenoxidpulver. Die Funktion des Eisenoxidpulvers besteht darin, das Cadmiumoxidpulver hoch diffusionsfähig zu machen, eine Agglomeration zu verhindern und die Kapazität der Elektrodenplatte zu erhöhen. Die aktiven Materialien werden jeweils in das perforierte Stahlband eingewickelt und werden nach dem Pressformen zu den positiven und negativen Platten der Batterie. Die Platten sind durch einen alkalibeständigen Hartgummi-Isolierstab oder eine perforierte Polyvinylchlorid-Wellplatte getrennt. Der Elektrolyt ist üblicherweise eine Kaliumhydroxidlösung. Die Selbstentladungsrate des NiCd-Akkus (dh die Rate, mit der der Akku bei Nichtgebrauch seine Ladung verliert) ist im Vergleich zu anderen Akkus moderat. Wenn der NiCd-Akku verwendet wird und die Entladung nicht vollständig ist, wird er erneut aufgeladen. Wenn es wieder entladen wird, kann es nicht die gesamte Energie entladen. Beispielsweise kann der Akku nach dem Loslassen von 80% des Stroms und dem anschließenden vollständigen Laden nur 80% des Stroms abgeben. Dies ist der sogenannte Memory-Effekt. Natürlich bringen mehrere vollständige Entlade- / Ladezyklen den normalen Betrieb des NiCd-Akkus zurück. Aufgrund des Memory-Effekts des NiCd-Akkus sollte jeder Akku vor dem Laden unter 1 V entladen werden, wenn er nicht vollständig entladen ist.

Das positive Plattenmaterial der Nickel-Wasserstoff-Batterie NiMH-Batterie ist NiOOH, und das negative Plattenmaterial der Elektrode ist eine wasserstoffabsorbierende Legierung. Der Elektrolyt ist üblicherweise eine 30% ige wässrige KOH-Lösung mit einer geringen Menge an zugesetztem NiOH. Der Separator besteht aus einem porösen Vinylon-Vliesstoff oder einem Nylon-Vliesstoff. NiMH-Batterien sind sowohl in zylindrischer als auch in quadratischer Größe erhältlich. Die Struktur der zylindrisch versiegelten NiMH-Batterie ist in Abbildung 2 dargestellt.

Nickel-Metallhydrid-Batterien sind eine gute Batterie. Nickel-Metallhydrid-Batterien werden in Hochspannungs-Nickel-Wasserstoff-Batterien und Niederspannungs-Nickel-Wasserstoff-Batterien eingeteilt. Das aktive Material der positiven Elektrode der Nickel-Wasserstoff-Batterie ist Ni (OH) 2 (als NiO-Elektrode bezeichnet), das aktive Material der negativen Elektrode ist Metallhydrid, auch als Wasserstoffspeicherlegierung (Elektrode als Wasserstoffspeicherelektrode bezeichnet), und der Elektrolyt ist 6 mol / l Kaliumhydroxidlösung. Nickel-Wasserstoff-Batterien ziehen als wichtige Richtung für Wasserstoff-Energieanwendungen zunehmend Aufmerksamkeit auf sich.

Da fossile Brennstoffe bei der großflächigen Entwicklung und Nutzung von Menschen immer weniger geworden sind, hat die Entwicklung und Nutzung von Wasserstoffenergie in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Nickel-Wasserstoff-Batterien sind als wichtige Richtung für Wasserstoff-Energieanwendungen immer wichtiger geworden. Obwohl Nickel-Metallhydrid-Batterien in der Tat eine hochleistungsbatterie sind, sind Nickel-Metallhydrid-Batterien für die Luft- und Raumfahrt Hochspannungs-Nickel-Wasserstoff-Batterien (Wasserstoffdruck bis zu 3,92 MPa oder 40 kg / cm²) -wandige Container. Es ist leicht zu explodieren, und Nickel-Metallhydrid-Batterien benötigen auch Edelmetalle als Katalysatoren, was die Kosten sehr hoch macht, was für den zivilen Gebrauch schwer zu akzeptieren ist. Daher wurden seit den 1970er Jahren ausländische Niederspannungs-Nickel-Metallhydrid-Batterien untersucht. Nickel-Metallhydrid-Batterien werden in Hochspannungs-Nickel-Wasserstoff-Batterien und Niederspannungs-Nickel-Wasserstoff-Batterien eingeteilt. Hochspannungs-Nickel-Metallhydrid-Batterien wurden erstmals in den frühen 1970er Jahren von M. Klein und JF Stockel aus den USA entwickelt. Der Trend, Nickel-Wasserstoff-Batterien durch Nickel-Wasserstoff-Batterien zu ersetzen und auf verschiedene Satelliten anzuwenden, hat sich gebildet.

Das aktive Material der positiven Elektrode der Nickel-Wasserstoff-Batterie ist Ni (OH) 2 (als NiO-Elektrode bezeichnet), das aktive Material der negativen Elektrode ist Metallhydrid, auch als Wasserstoffspeicherlegierung (Elektrode als Wasserstoffspeicherelektrode bezeichnet), und der Elektrolyt ist 6 mol / l Kaliumhydroxidlösung. Das Verfahren zum Bilden der Elektrodenschicht des aktiven Materials umfasst hauptsächlich Sintertyp, Aufschlämmungstyp, Schaumnickeltyp, Fasernickeltyp und Inlaytyp. Die durch verschiedene Verfahren hergestellten Elektroden weisen große Kapazitätsunterschiede und eine große Stromentladungsleistung auf. Die Batterie wird nach einem Verfahren unter verschiedenen Bedingungen hergestellt. Die meisten Verbraucherbatterien wie die Kommunikation verwenden eine negative Elektrode vom Aufschlämmungstyp und eine positive Elektrode vom geschäumten Nickeltyp, um eine Batterie zu bilden. Die chemische Ladung-Entladung-Reaktion ist wie folgt [1]:

Positive Elektrode: Ni (OH) 2 + OH- = NiOOH + H2O + e-

Negative Elektrode: M + H2O + e- = MHab + OH-

Gesamtreaktion: Ni (OH) 2 + M = NiOOH + MH

Anmerkung: M: Wasserstofflegierung; Hab: Adsorption von Wasserstoff; der Reaktionsprozess von links nach rechts ist der Ladevorgang; Der Reaktionsprozess von rechts nach links ist der Entladungsprozess.

Ni (OH) 2 und OH- der positiven Elektrode reagieren während des Ladens unter Bildung von NiOOH und H2O und setzen e- zusammen frei, um MH und OH- zu bilden. Die Gesamtreaktion ist Ni (OH) 2 und M, um NiOOH, Wasserstoffspeicherlegierung Wasserstoffspeicher zu bilden; Entladung Im Gegensatz dazu setzt MHab H +, H + und OH- frei, um H2O und e-, NiOOH, H2O zu bilden und Ni (OH) 2 und OH- zu regenerieren. Die elektromotorische Standardkraft der Batterie beträgt 1,319 V.

Nickel-Metallhydrid-Batterien werden in Hochspannungs-Nickel-Wasserstoff-Batterien und Niederspannungs-Nickel-Wasserstoff-Batterien eingeteilt.

Die Niederspannungs-Nickel-Wasserstoff-Batterie weist die folgenden Eigenschaften auf: (1) Die Batteriespannung beträgt 1,2 bis 1,3 V, was der Cadmium-Nickel-Batterie entspricht. (2) die Energiedichte ist hoch, das 1,5-fache oder mehr der Cadmium-Nickel-Batterie; (3) das schnelle Laden und Entladen, niedrige Temperatur Gute Leistung; (4) versiegelbare, starke Beständigkeit gegen Überladung und Entladung; (5) keine dendritische Kristallbildung kann einen Kurzschluss innerhalb der Batterie verhindern; (6) sicher und zuverlässig, keine Umweltverschmutzung, kein Memory-Effekt. [1]

Die Hochspannungs-Nickel-Wasserstoff-Batterie weist die folgenden Eigenschaften auf: (1) Hohe Zuverlässigkeit. Es hat einen besseren Überentladungs- und Überladungsschutz und hält hohen Lade- und Entladeraten und keiner Dendritenbildung stand. Hat eine gute Verhältnischarakteristik. Seine massenspezifische Kapazität beträgt 60 A · h / kg, was dem Fünffachen von Cadmium-Nickel-Batterien entspricht. (2) Die Zykluslebensdauer ist bis zu tausendfach lang. (3) Vollständig versiegelt und weniger Wartung. (4) Die Leistung bei niedrigen Temperaturen ist ausgezeichnet und die Kapazität ändert sich bei -10 ° C nicht wesentlich.

NiMH-Batterien sollten während des Gebrauchs gewartet werden.

(1) Vermeiden Sie das Laden. Innerhalb der Zykluslebensdauer sollte der Verwendungsprozess nicht überladen werden, da eine Überladung leicht dazu führt, dass die positiven und negativen Elektroden anschwellen, wodurch sich aktives Material ablöst und die Membran beschädigt, das leitende Netzwerk beschädigt wird und die ohmsche Polarisation der Batterie größer wird.

(2) Verhindern Sie eine Verschlechterung des Elektrolyten. Während der Lebensdauer von Ni-MH-Batterien sollte die Wasserstoffentwicklung der Batterie unterdrückt werden.

(3) Lagerung von Nickel-Metallhydrid-Batterien. Die Nickel-Metallhydrid-Batterie sollte vollständig aufgeladen gelagert werden. Wenn die Batterie über einen längeren Zeitraum gelagert wird, ohne elektrische Energie in der Batterie zu speichern, wird die Funktion der negativen Wasserstoffspeicherlegierung der Batterie geschwächt und die Batterielebensdauer verkürzt.

(4) Laden nach Entladen des Akkus. Nickel-Metallhydrid-Batterien und Nickel-Cadmium-Batterien haben den gleichen "Memory-Effekt", dh wenn die Batterie wiederholt geladen wird, während sich die Batterie noch in der Mitte der Entladung befindet, ist die Batterie bald nicht mehr verfügbar.

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