NiMH等常见蓄电池的原理及其应用
电化学反应机理
NiMH蓄电池和古老的NiCd蓄电池有亲缘关系,为此首先介绍NiCd蓄电池,其次是NiMH蓄电池,最后说明LIB。
1. NiCd蓄电池
早在1899年,NiCd蓄电池就已发明,于1947年实现完全密化的NiCd蓄电池,一直应用至今。长时间的应用表明,NiCd蓄电池不失为一种高性能和高可靠性的蓄电池。
如今的NiCd蓄电池,在发泡镍或镍纤维状基体上附着大量NiOOH活性物质作为正极,以重金属镉Cd作为负极,一同置入电解液（KOH溶液）中,经密封后构成蓄电池。该蓄电池容器内,进行的电化学反应如下：
这个电化学反应的特征在于,明明看到作为电解液成分的KOH,但它并不直接参与电化学反应。由于制造蓄电池时使负极的容量大于正极的容量,当过充电时只能看到由正极产生的氧（O2）;因为负极残留未被充电部分,不产生氢（H2）;由于产生的氧（O2）被负极吸收,所以可以实现密封。
从NiCd蓄电池的电化学反应机理得知,它是依靠OH-离子快速移动,反应比铝酸蓄电池平稳。因此,它的重要特征是放电容量尽管在大电流放电时也不出现低下现象（可维持1.2 V端电压）。结晶结构基本上不因充放电而变化,使用寿命较长。
2. NiMH蓄电池
美国和荷兰都对能吸藏氢的合金MH（Hydrogen Storing alloy metal）开展研究,并试图用于开发蓄电池。世界上出现NiMH蓄电池商品是在20世纪九十年代初,发展却十分迅速。实践证明,通过适当组合La、Ce、Pr和Nd等稀土元素能形成吸藏氢的合金MH,它所能释放/吸藏的氢H2量相当大,例如,1cc的液体氢能变成784cc的氢气,而1cc体积的吸藏氢的合金MH却能释放出1000cc的氢气。
在NiCd蓄电池里,只要利用吸藏氢的合金MH取代有毒的重金属Cd（镉）,便形成对环境无污染的绿色蓄电池NiMH,其电化学反应如下：
由于设计时可像NiCd蓄电池一样也把负极MH的容量制成足够大,当过充电时由正极放出的氧气可被MH中的氢气还原,使蓄电池可实现密封。NiMH蓄电池和NiCd蓄电池一样,大电流放电时可维持平稳的1.2V端电压。值得称道的是NiMH蓄电池的废弃物不污染环境,而NiCd蓄电池废弃物（若不回收）必将造成环境污染。
NiMH蓄电池的负极材料结构和电化学反应机理不同于NiCd蓄电池,它的能量密度和使用寿命都比NiCd蓄电池优越,从而也能开拓出更广阔的应用市场。正是由于这种缘故,世界各工业发达国家都高度重视NiMH蓄电池的研究与开发。据报道,我国有色金属研究院的科研人员对MH合金已开展很深入的研究,并且获得可喜的新进展。
3. LIB蓄电池
以金属锂Li作为负极的一次性电池,口碑很好。因此,各工业发达国家都试图利用Li制造蓄电池,1979年,加拿大MoLi-Energy公司的锂金属蓄电池在手机里起火的事故,曾迫使锂金属蓄电池一度退出市场。但是,因为锂Li金属作为负极的蓄电池具备理想的性能,各国仍在潜心研究与开发。
