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一些关于镍氢电池的知识

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镍氢电池,是一种类型的可再充电电池。正极处的化学反应类似于镍镉电池(NiCd),两者均使用氢氧化镍氢氧化物(NiOOH)。但是,负极使用吸氢合金代替镉。NiMH电池的容量可以是相同大小的NiCd电池的2至3倍,但能量密度明显更高,尽管远低于锂离子电池。

镍氢电池的历史

NiMH电池的工作始于该技术发明后的Battelle-Geneva研究中心。该技术基于烧结的Ti2Ni+TiNi+x合金和NiOOH电极。近年来,戴姆勒-奔驰(Daimler-Benz)和大众汽车公司(VolkswagenAG)赞助了德意志汽车公司(DeutscheAutomobilgesellschaft)的发展,该公司现在是戴姆勒公司的子公司。电池的比能量达到50W·h/kg(kJ/kg),比功率高达W/kg,寿命为个充电周期(放电深度为%时)。专利申请已在欧洲国家、美国和日本提出。专利已转让给戴姆勒-奔驰公司。

随着用于卫星应用的镍氢电池的商业化,人们的兴趣日益浓厚。氢化物技术承诺了一种替代的,体积较小的储氢方法。飞利浦实验室和法国CNRS进行的研究开发了新的高能混合合金,其中混合了稀土金属作为负极。然而,它们遭受碱性电解质中合金的不稳定性,因此循环寿命不足。Willems和Buschow证明了基于这种方法的成功电池(使用La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si的混合物0.1),在次充放电循环后仍保持其84%的充电容量。更经济可行的使用合金混合稀土代替镧很快的发展。现代镍氢电池就是基于这种设计。消费级NiMH电池开始商业化。

Ovonic电池公司改进了Ti-Ni合金的结构和成分,并为其创新申请了专利。

全球使用镍氢电池制造的混合动力汽车超过万辆。

在欧盟,由于其电池指令,镍氢电池替代了镍镉电池,供便携式消费者使用。

在日本销售的便携式充电电池中,约有22%是镍氢电池。在瑞士的等效统计数据约为60%。由于锂离子电池制造的增加,该百分比随时间下降:

巴斯夫生产了经过改进的微结构,有助于使NiMH电池更耐用,从而可以改变电池设计,从而节省了相当多的重量、单位能量达瓦时/千克。

与其他电池类型相比

NiMH电池通常用在数码相机和其他高耗电设备中,在单次充电期间,它们的性能要优于一次(如碱性)电池。

NiMH电池由于其较低的内阻而在高电流消耗的应用中具有优势。典型的AA碱性电池在低电流需求(25mA)下可提供约mAh的容量,在mA负载下只能提供mAh的容量。带有LCD和手电筒的数码相机可以消耗mA以上的电流,从而迅速耗尽它们。NiMH电池可提供这些电流水平,而不会造成类似的容量损失。

设计为使用一级碱性化学(或锌-碳/氯化物)电池运行的设备可能无法与NiMH电池一起使用。但是,大多数设备可补偿碱性电池放电至大约1伏时的电压降。低内阻使NiMH电池可以提供几乎恒定的电压,直到它们几乎完全放电为止。因此,设计用于读取碱性电池的电池电量指示器会在与NiMH电池一起使用时夸大剩余电量,因为在大多数放电周期中碱性电池的电压稳定下降。

锂离子电池比镍氢电池具有更高的比能,但它们的价格明显更高。它们还会产生更高的电压(标称值为3.2-3.7V),因此不能替代没有电路可降低电压的碱性电池。

截至5年,镍氢电池占电池市场的3%。

镍氢电池的应用

消费电子

NiMH电池已取代NiCd发挥了许多作用,特别是小型可充电电池。NiMH电池通常以AA电池提供。这些电池在1.2V电压下的标称充电容量(C)为1.1–2.8Ah,以5小时内对电池放电的速率测量。有用的放电容量是放电速率的下降函数,但最高可达1×C(1小时内完全放电),与标称容量无明显差异。镍氢电池的标称工作电压为每节1.2V,比传统的1.5V电池要低一些,但可以为该电压设计许多器件。

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电动汽车

NiMH电池经常用于前代电动和混合动力汽车;截至年,锂电池已几乎完全取代了全电动和插电式混合动力汽车中的锂电池,但在某些混合动力汽车中仍使用锂电池(例如ToyotaHighlander)。之前的全电动插电式汽车包括通用汽车EV1,xxx代丰田RAV4EV、本田EVPlus、福特RangerEV和Vectrix踏板车。每个xxx代混合动力汽车都使用NIMH电池,最著名的是ToyotaPrius和HondaInsight,以及后来的车型,包括福特EscapeHybrid、雪佛兰MalibuHybrid和HondaCivicHybrid也使用它们。

专利问题

斯坦福·奥夫申斯基(StanfordR.Ovshinsky)发明了镍氢电池的一种流行改进并申请了专利,并于成立了Ovonic电池公司。通用汽车公司购买了Ovonics的专利。镍氢电池已成功用于许多纯电动汽车,例如在通用汽车EV1和道奇CaravanEPIC面包车。

这一代的电动汽车尽管取得了成功,却突然退出了市场。

后,该专利出售给了德士古,一周后,德士古被雪佛龙公司收购。雪佛龙公司Cobasys子公司仅向大型OEM订单提供这些电池。通用汽车(GeneralMotors)以缺乏电池可用性为主要障碍而关闭了EV1的生产。Cobasys对NiMH电池的控制为大型汽车NiMH电池带来了专利权。



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