镍氢电池（见图3-5）是早期镍镉电池的替代产品。由于不再使用有毒的重金属——镉，镍氢电池可以消除重金属元素给环境带来的污染问题。镍氢电池使用氧化镍作为阳极，使用吸收了氢的金属合金作为阴极，这种金属合金可吸收高达本身体积100倍的氢，储存能力极强。另外，镍氢电池具有与镍镉电池相同的1.2 V电压，加上自身的放电特性，可在一小时内再充电。由于内阻较低，一般可进行500次以上的充放电循环。镍氢电池具有较大的能量密度比，这意味着人们可以在不增加设备额外重量的情况下，使用镍氢电池代替镍镉电池来有效延长设备的工作时间。镍氢电池在电学特性方面与镍镉电池亦基本相似，在实际应用时完全可以替代镍镉电池，而不需要对设备进行任何改造。镍氢电池另外一个值得称道的优点是它大大减小了镍镉电池中存在的“记忆效应”，这使镍氢电池可以更加方便地使用。
3.1.5.1 镍氢电池的分类及特点
镍氢电池可分为低压镍氢电池和高压镍氢电池两种。
1.低压镍氢电池的特点
（1）电池电压为1.2～1.3 V，与镍镉电池相当；
（2）能量密度高，是镍镉电池的1.5倍以上；
（3）可快速充放电，低温性能良好；
（4）可密封，耐过充电、过放电能力强；
（5）无树枝状晶体生成，可防止电池内短路；
（6）安全可靠，对环境无污染，无记忆效应。
2.高压镍氢电池的特点
（1）可靠性强。具有较好的过放电、过充电保护功能，可耐较高的充放电率并且无树枝状晶体形成。具有良好的比能量特性，其质量比容量为60 Ah/kg，是镍镉电池的5倍。
（2）循环寿命长，可达数千次之多。
（3）全密封，维护少。
（4）低温性能优良，在-10℃时，容量没有明显改变。
由于化石燃料在人类大规模开发利用的情况下变得越来越少，近年来，氢能源的开发利用日益受到重视。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向得到人们的青睐。虽然镍氢电池确实是一种性能良好的蓄电池，但航天用镍氢电池是高压镍氢电池（氢压可达3.92 MPa，即40 kg/cm2），高压力氢气贮存在薄壁容器内使用存在爆炸的风险，而且镍氢电池还需要贵金属做催化剂，使它的成本变得昂贵起来，在民用市场难以推广。因此国外自20世纪70年代开始就一直在研究民用的低压镍氢电池。
需要注意的是，镍氢电池的大电流放电能力不如铅酸蓄电池和镍镉电池，尤其是电池组串联较多时。例如由20个镍氢电池串联起来使用，其放电能力被限制在2～3C范围内。
3.1.5.2 镍氢电池的工作原理
镍氢电池采用与镍镉电池相同的Ni氧化物作正极，采用储氢金属合金作负极，碱液（主要为KOH）作电解质，其内部结构如图3-6所示[105]。
图3-6 镍氢电池内部结构示意图
在镍氢电池中，活性物质构成电极极片的工艺方式主要有烧结式、拉浆式、泡沫镍式、纤维镍式及嵌渗式等，不同工艺制备的电极在容量、大电流放电性能上存在较大差异。一般根据电池的使用条件采用不同的工艺进行生产[106]。在通信行业等民用领域里使用的电池大多采用拉浆式负极和泡沫镍式正极，其充放电化学反应如下：
正极：Ni（OH）2+OH-＝NiOOH+H2O+e-
负极：M+H2O+e-＝MHab+OH-
总反应：Ni（OH）2+M＝NiOOH+MH(www.xing528.com)
注：M表示氢合金；Hab表示吸附氢；反应式从左到右的过程为充电过程；反应式从右到左的过程为放电过程。
充电时正极的Ni（OH）2和OH-反应生成NiOOH和H2O，同时释放出e-一起生成MHab和OH-，总反应是Ni（OH）2和M生成NiOOH，储氢合金储氢；放电时与此相反，MHab释放H+，H+和OH-生成H2O和e-，NiOOH、H2O和e-重新生成Ni（OH）2和OH-。电池的标准电动势为1.319V[107]。
3.1.5.3 镍氢电池的使用特点
（1）一般情况下，新的镍氢电池只含有少量的电量，购买后要先进行充电，然后再使用。如果电池出厂时间较短，电量充足，则可以先使用然后再充电[108]。新买的镍氢电池一般要经过3～4次的充电和使用，性能才能发挥到最佳状态。
（2）虽然镍氢电池的记忆效应小，但尽量每次使用完以后再充电，并且尽量一次性充满，不要充一会用一会，然后再充。电池充电时，要注意充电器周围的散热情况。为了避免电量流失等问题发生，保持电池两端的接触点和电池盖子的内部干净，必要时使用柔软、清洁的干布擦拭。
（3）长时间不用时应把电池从电池仓中取出，置于干燥的环境中（推荐放入专用电池盒中，可以避免电池短路）。长期不用的镍氢电池会在存放几个月后，自然进入一种“休眠”状态，电池寿命会大大降低。如果镍氢电池已经放置了很长时间，应先用慢充方式进行充电。据测试，镍氢电池保存的最佳条件是带电80%左右保存。这是因为镍氢电池的自放电较大（一个月在10%～15%），如果电池完全放电后再保存，很长时间内不使用，电池的自放电现象就会造成电池的过放电，会损坏电池。
（4）尽量不要对镍氢电池进行过放电。过放电会导致充电失败，这样做的危害远远大于镍氢电池本身的记忆效应。一般镍氢电池在充电前，电压在1.2 V以下，充满后正常电压在1.4 V左右，可由此判断电池的状态。
（5）充电方式可分为快充方式和慢充方式。慢充方式中充电电流小，通常在200 mA左右，常见的充电电流为160 mA。慢充方式充电时间长，充满1 800 mAh的镍氢电池要耗费16个小时左右。时间虽慢，但慢充方式充电会很足，并且不伤电池。快充方式充电电流通常都在400 mA以上，充电时间明显减少了很多，3～4个小时即可完成充电。
3.1.5.4 镍氢电池的充放电特性
在充电特性方面，镍氢电池与镍镉电池一样，其充电特性受充电电流、温度和充电时间的影响[109]。镍氢电池端电压会随着充电电流的升高和温度的降低而增加；充电效率则会随着充电电流、充电时间和温度的改变而不同。充电电流越大，镍氢电池的端电压上升得越高。
在放电特性方面，镍氢电池以不同速率放电至同一终止电压时，高速率放电初始过程端电压变化速率最大，中小速率放电过程端电压变化速率小，放出相同的电量的情况下，高速率放电结束时的电池电压低。与镍镉电池相比，镍氢电池具有更好的过放电能力。当过放电后单格电压达到1 V，可通过反复的充、放电，单格电压很快会恢复到正常值。
镍氢电池使用时的维护要点：
（1）使用过程忌过充电。在循环寿命之内，使用过程切忌过充电，这是因为过充电容易使正、负极发生膨胀，造成活性物脱落和隔膜损坏、导电网络破坏和电池欧姆极化变大等问题。
（2）防止电解液变质。在镍氢电池循环寿命期中，应抑制电池析氢。
（3）如果需要长期保存镍氢电池，应先对其充足电；否则在电池没有储存足够电能的情况下长期保存，将使电池负极储氢合金的功能减弱，并导致电池寿命减短。
（4）镍氢电池和镍镉电池相同，都有“记忆效应”，如果在电池还残存电能的状态下反复充电使用，电池很快就不能再用了。
时至今日，镍氢电池已经是一种成熟的产品，目前国际市场上年产镍氢电池的数量约为7亿只。日本镍氢电池产业规模和产量一直高居各国前列，在镍氢电池领域也开发和研制了多年。我国制造镍氢电池原材料的稀土金属资源十分丰富，已经探明的稀土储量占世界已经探明总储量的80%以上。目前国内研制开发的镍氢电池原材料加工技术日趋成熟，相信在不久的未来，我国镍氢电池的产量和质量一定会领先世界。
需要提及的是：有些仿鱼机器人可能会采用松下公司生产的Eneloop四节串联5号电池，如图3-7所示。Eneloop电池有如下特性：
图3-7 Eneloop电池及充电器
①超低的自放电，充满电存放一年还可保存85%电量，存放半年则可保存90%电量；
②无记忆效应，随充随用，对电池不造成任何伤害，可保证电池的寿命和容量；
④电压相对普通电池要高出0.1 V左右；
⑤超多充电次数，是普通充电电池的两倍，为1 000次，寿命约为10年；
⑥出厂已充满电，即买即用，无须事先进行充电；
⑦环保，可回收再利用。
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