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下面介绍几种目前市场上常见的化学电源:镉—镍电池,金属氢化物镍电池、锂离子电池和一次微型甲醇燃料电池。
一、可充式镉—镍电池(Cd—Ni Cell)
镉—镍电池是1898年瑞典科学家Jungner发明的,已有100多年历史。这种电池正极材料主要是多孔性的氢氧化镍约占总组成的80%(其他为18%的铁、2%的氢氧化钴及痕量的氢氧化钡),负极材料主要由氢氧化镉组成,约占78%(其他有18%的铁、2%的氢氧化钴及痕量的氢氧化钡),负极材料主要由氢氧化镉组成,约占78%(其他有18%的铁、1%的镍及1%石墨)。电解质是6mol/L的氢氧化钾。
镉—镍电池的特点:使用寿命长(充放电循环周期高达数千次),耐冲击和振动,自放电小、性能稳定,可大电流放电,使用温度范围宽:40℃~65℃。几乎不用维修。但电流效率及能量效率尚欠佳,活性物质利用率低,有记忆效应等。
镉—镍电池历史悠久,致命缺点是金属镉的污染问题,已逐渐被MH—Ni电池所取代。
二、可充式金属氢化物镍电池(MH—Ni cell)
金属氢化物镍电池亦称环保电池,因其不含污染源金属镉。1968年美国Reolly.J.J首先发现的是Mg[,2]Ni合金吸氢材料,1969年荷兰VanVucht.J.H.N发现LaNi[,5]贮氢合金,1974年美国又发明了Ti—Fe储氢材料。由于当时所做成的MH-Ni电池容量衰减;实用价值太小,一直到1984年荷兰Philips公司以贮氢合金制备出实用MH-Ni电池才又一次掀起开发MH—Ni电池的热潮。
MH-Ni电池的特点:首先不产生镉污染,被誉为环保电池,又称之为“绿色电池”。其次比能量高,是Cd—Ni电池的1.5—2倍,其电量储备比Cd—Ni电池多30%—50%,待机时间和通话时间因此而延长了30%。再其次工作电压为1.2V—1.3V,和Cd—Ni电池可以互换。最后,可以快速充放电,耐过充,过放性能优良,且无记忆效应等。
值得强调的是:作为MH—Ni电池的储氢的负极材料,虽然已被广泛研究和应用,但并不是所有的储氢材料都能满足,它必须符合下面一些条件:①贮氢量要高,而且平台压力合适,氢的平衡压力范围:从101.325Pa至101325Pa最佳,同时对氢的阳极氧化有催化作用,而它的氢化物生成热要小于②在氢的氧化电势范围内,吸氢合金有抗阳极氧化能力。③在碱性电解质溶液中,合金组分的化学性质相当稳定。④电池在反复充放电过程中,合金应不易变成粉末。⑤合金的电化学容量应当在一个较宽的温度范围:-20℃~60℃内。⑥合金本身应具的良好导热和导电性能。⑦原材料易得,而成本低廉。
从目前研究的贮氢材料来看,人体上可分为稀土系、钛系、镁系、锆系,它们分别具有CaCu[,5]型立方系结构、正方晶系、四方晶系和Laves相结构。
三、可充式锂离子电池(Li—lon cell)
从1960年就开始研制锂电池,锂电池由一次电池,早期的二次电池,发展到今天的Li—lon电池,即可充式锂离子电池。1980年最先由法国的Armand.M提出的“摇椅电池”RCB(Rocking Chair Batterg)的概念,引发了嵌锂材料热点研究。直到1990年日本索尼公司率先研制成功Li-lon电池。它是把锂离子嵌入碳中形成负极,取代了传统锂电池中以金属锂或锂合金作负极。目前的正极材料主要是