鎳鎘干電池的充放電原理

原理分析

位于負(fù)極的鎘(Cd)和氫氧化鈉(NaOH)中的氫氧根離子(OH-)化合成氫氧化鎘，并附著在陽極上，同時(shí)也放出電子。電子沿著電線至陰極，和陰極的二氧化鎳與氫氧化鈉溶液中的水反應(yīng)形成氫氧化鎳和氫氧根離子，氫氧化鎳會(huì)附著在陽極上，氫氧根離子則又回到氫氧化鈉溶液中，故氫氧化鈉溶液濃度不會(huì)隨著時(shí)間而下降。

放電反應(yīng)式：

負(fù)極反應(yīng)：Cd+2OH-→Cd(OH)2+2e-

正極反應(yīng)：2e-+NiO2+2H2O→Ni(OH)2+2OH-

總反應(yīng)：Cd+NiO2+2H2O→Cd(OH)2+Ni(OH)2

充電反應(yīng)式：

正極反應(yīng)：Ni(OH)2+2OH-→2e-+NiO2+2H2O

負(fù)極反應(yīng)：Cd(OH)2+2e-→Cd+2OH-

總反應(yīng)：Cd(OH)2+Ni(OH)2→Cd+NiO2+2H2O

鎳鎘電池正極板上的活性物質(zhì)由氧化鎳粉和石墨粉組成，石墨不參加化學(xué)反應(yīng)，其主要作用是增強(qiáng)導(dǎo)電性。負(fù)極板上的活性物質(zhì)由氧化鎘粉和氧化鐵粉組成，氧化鐵粉的作用是使氧化鎘粉有較高的擴(kuò)散性，防止結(jié)塊，并增加極板的容量。活性物質(zhì)分別包在穿孔鋼帶中，加壓成型后即成為電池的正負(fù)極板。極板間用耐堿的硬橡膠絕緣棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔開。電解液通常用氫氧化鉀溶液。與其它電池相比，NiCd電池的自放電率(即電池不使用時(shí)失去電荷的速率超科電池)適中。NiCd電池在使用過程中，如果放電不完全就又充電，下次再放電時(shí)，就不能放出全部電量。比如，放出80%電量后再充足電，該電池只能放出80%的電量。這就是所謂的記憶效應(yīng)。當(dāng)然，幾次完整的放電/充電循環(huán)將使NiCd電池恢復(fù)正常工作。由于NiCd電池的記憶效應(yīng)，若未完全放電，應(yīng)在充電前將每節(jié)電池放電至1V以下。

鎳鎘電池充電

在0.05C至大于1C的范圍內(nèi)對NiCd電池恒流充電。一些低成本充電器使用絕對溫度終止充電。雖然簡單、成本低，但這種充電終止方法不精確。更好的方法是通過檢測電池充滿時(shí)的電壓跌落終止充電。對于充電速率為0.5C或更高的NiCd電池，-ΔV方法是最有效的。-ΔV充電終止檢測應(yīng)與電池溫度檢測相結(jié)合，因?yàn)槔匣姵睾筒黄ヅ潆姵乜赡軠p少ΔV。

通過檢測溫升速率(dT/dt)可以實(shí)現(xiàn)更精確的滿充檢測，這種滿充檢測比固定溫度終止對電池更好。基于ΔT/dt和-ΔV組合的充電終止方法可避免電池過充，延長電池壽命。

快速充電可改善充電效率。在1C的充電速率下，效率可以接近1.1(91%)，充滿一個(gè)空電池的時(shí)間為1小時(shí)多一點(diǎn)。當(dāng)以0.1C充電時(shí)，效率便下降到1.4(71%)，充電時(shí)間為14小時(shí)左右。

因?yàn)镹iCd電池對電能接收程度接近100%，所以幾乎所有的能量在充電開始的70%期間被吸收，而且電池保持不發(fā)熱。超快速充電器利用該特點(diǎn)，在幾分鐘內(nèi)將電池充到70%，以幾C的電流充電而無熱量產(chǎn)生。充到70%后，電池再以較低速率繼續(xù)充電，直到電池充滿。最后以0.02C至0.1C的涓流結(jié)束充電。