鎳鎘電池工作原理

鎳鎘電池（Ni-Cd，Nickel-CadmiunBatteries,Ni-CdRechargeableBattery）是最早應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等設(shè)備的電池種類，它具有良好的大電流放電特性、耐過充放電能力強(qiáng)、維護(hù)簡單，一般使用以下反應(yīng)放電：
Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2
充電時(shí)反應(yīng)相反。
鎳鎘電池最致命的缺點(diǎn)是，在充放電過程中如果處理不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”，使得服務(wù)壽命大大縮短。所謂“記憶效應(yīng)”就是電池在充電前，電池的電量沒有被完全放盡，久而久之將會(huì)引起電池容量的降低，在電池充放電的過程中（放電較為明顯），會(huì)在電池極板上產(chǎn)生些許的小氣泡，日積月累這些氣泡減少了電池極板的面積也間接影響了電池的容量。當(dāng)然，我們可以通過掌握合理的充放電方法來減輕“記憶效應(yīng)”。此外，鎘是有毒的，因而鎳鎘電池不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。眾多的缺點(diǎn)使得鎳鎘電池已基本被淘汰出數(shù)碼設(shè)備電池的應(yīng)用范圍。
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?；钚晕镔|(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)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。
鎳鎘電池的包裝分為零售用的正極凸頭和組裝用的正極平頭包裝兩種，在容量上沒有差異。在充電回路也和下面所介紹的鎳氫電池類似，采用1.6倍電壓充電。通常鎳鎘電池的充電次數(shù)為300～800次,在充放電達(dá)500次后電容量會(huì)下降至約80%。鎳鎘電池的記憶效應(yīng)比鎳氫電池來的嚴(yán)重。所以必須在完全沒電時(shí)才可進(jìn)行充電,以確保使用壽命。
鎳鎘電池充電
在0.05C至大于1C的范圍內(nèi)對(duì)NiCd電池恒流充電。一些低成本充電器使用絕對(duì)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(cè)電池充滿時(shí)的電壓跌落終止充電。對(duì)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(cè)應(yīng)與電池溫度檢測(cè)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(cè)溫升速率(dT/dt)可以實(shí)現(xiàn)更精確的滿充檢測(cè)，這種滿充檢測(cè)比固定溫度終止對(duì)電池更好?；讦/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(duì)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。
原理構(gòu)造：
為于負(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