鎳鎘電池工作原理是怎么樣的?

　　鎳鎘電池是一種電化學(xué)電池，其原理是利用Ni(OH)2和Cd(OH)2之間的化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能，同時(shí)將電能轉(zhuǎn)變成蓄電池能量，這種電池的特點(diǎn)是能夠提供持續(xù)的穩(wěn)定電流，同時(shí)還具備高效能和長(zhǎng)工作時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和應(yīng)急照明領(lǐng)域，今天格瑞普電池就來(lái)跟大家詳細(xì)講講鎳鎘電池工作原理是怎么樣的?

　　一、鎳鎘電池為什么能夠充放電循環(huán)使用?

　　鎳鎘電池是一種常見(jiàn)的二次電池，用途廣泛，特別是在便攜式電子設(shè)備中廣受歡迎。對(duì)于這種電池的工作原理，許多人并不清楚。本文將從結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)、性能特點(diǎn)等方面，詳細(xì)闡述鎳鎘電池為何可以循環(huán)使用。

　　第1節(jié)：鎳鎘電池的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

　　鎳鎘電池是一種電化學(xué)二次電池，它的正極活性材料是氧化鎳( Ni(OH)2 )，負(fù)極活性材料是氫氧化鎘( Cd(OH)2 )。電解質(zhì)為含有巴林米(CaWO4)的聚乙二醇溶液。這些材料被裝在塑料殼內(nèi)，形成了具有陽(yáng)、陰兩個(gè)極性的齊平板狀電池。這些板采用螺栓牢固地連接在一起，以使電能傳輸無(wú)阻。

　　鎳鎘電池有很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和抗震性，即使在異常惡劣的環(huán)境條件下仍能正常工作，這意味著這種電池可以用于需要高度可靠性的應(yīng)用中。

　　第2節(jié)：鎳鎘電池的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程

　　在放電過(guò)程中，若直接將氫氧化鎳和氫氧化鎘混合，則發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氫和水，這種反應(yīng)是不可逆轉(zhuǎn)的。而鎳鎘電池由于有完美的結(jié)構(gòu)安排，電化學(xué)反應(yīng)可以分開進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了充放電循環(huán)使用。

　　當(dāng)插入電路時(shí)，電池的放置會(huì)釋放出電荷，電荷流向插入電路的負(fù)極。水在放電過(guò)程中被分解成氫氣和氧氣。在負(fù)極上，鎘被氫離子還原成氫氣和Cd(OH)2。在正極上，Ni(OH)2被氫氧根離子氧化成NiOOH和氫離子。電子流通過(guò)外部電路，屬于電池耗散能量的一部分。

　　第3節(jié)：鎳鎘電池的性能特點(diǎn)

　　每個(gè)鎳鎘電池可以重復(fù)地充放電數(shù)百、甚至上千次。相比之下，鎘鎳電池只能充放電大約20次。它比鉛酸電池安全得多，因?yàn)殂U酸電池會(huì)涌入液態(tài)氫氣氣氣，產(chǎn)生可爆炸的情況，而鎳鎘電池不會(huì)。

　　這種電池還有很小的自放電率，即即使在放置期間也會(huì)保持最大電量(8%左右)，這對(duì)于一些電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是很重要的。此外，與鎘鎳電池相比，鎳鎘電池的密度可以更大，體積更小，容量也更大，且更輕便。因此，它在便攜式電化學(xué)設(shè)備中廣泛使用。

　　第4節(jié)：鎳鎘電池的優(yōu)缺點(diǎn)

　　鎳鎘電池具有以下優(yōu)點(diǎn):

　?。?）、容量大，電壓穩(wěn)定;

　?。?）、循環(huán)可充電;

　?。?）、工作溫度范圍廣，-40℃~+65℃;

　　（4）、機(jī)械強(qiáng)度高，通過(guò)測(cè)試出現(xiàn)固有震動(dòng)下，安全可靠。

　　同時(shí)，它也存在一些缺點(diǎn)，包括：

　?。?）、鎘是有毒的重金屬，對(duì)環(huán)境和人體造成污染。

　?。?）、電池內(nèi)部應(yīng)力較大，易出現(xiàn)內(nèi)部短路。

　　（3）、在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保持充電可能會(huì)導(dǎo)致電極極板失真、內(nèi)短路，讓電池?zé)o法使用。

　　第5節(jié)：鎳鎘電池的未來(lái)前景

　　隨著人們對(duì)電池容量和環(huán)境友好性方面要求的提高，鎳鎘電池被逐漸淘汰，而鋰離子電池等新型電池正處于研發(fā)和進(jìn)一步推廣階段。不過(guò)，鎳鎘電池仍然有它的用武之地，如某些遙控器、自動(dòng)門禁、車載電子等領(lǐng)域。

　　二、鎳鎘電池的優(yōu)缺點(diǎn)是什么?

　　鎳鎘電池是一種常見(jiàn)的充電電池，它有著獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)。在使用這種電池時(shí)，我們需要了解它的優(yōu)缺點(diǎn)，以便根據(jù)實(shí)際情況做出正確的選擇。

　　1、優(yōu)點(diǎn)1：使用壽命長(zhǎng)

　　相比于普通干電池，鎳鎘電池有著更長(zhǎng)的使用壽命。正常情況下，鎳鎘電池可以充放電數(shù)百次，甚至數(shù)千次，使得這種電池成為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。

　　原因在于，鎳鎘電池的正負(fù)極材料更加穩(wěn)定，不容易發(fā)生腐蝕及變形，從而延長(zhǎng)了電池的使用壽命。

　　2、優(yōu)點(diǎn)2：輸出電流穩(wěn)定

　　相較于其他充電電池，鎳鎘電池的輸出電流更為穩(wěn)定。在使用過(guò)程中，電池中的電量下降時(shí)，電流依然保持平穩(wěn)的輸出，不會(huì)造成設(shè)備異?；驌p壞。

　　這也使得鎳鎘電池非常適用于需要連續(xù)使用較長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)備，如移動(dòng)電源等。

　　3、缺點(diǎn)1：容易記憶效應(yīng)

　　長(zhǎng)時(shí)間使用鎳鎘電池，電池會(huì)出現(xiàn)“記憶效應(yīng)”，影響電池的正常使用。表現(xiàn)為，電池充滿電后不能正常工作，必須重新充放電數(shù)次才能恢復(fù)正常使用狀態(tài)。

　　造成這種問(wèn)題的原因是，電池在反復(fù)的放電和充電過(guò)程中，由于局部電化學(xué)活性物質(zhì)形成了晶體，導(dǎo)致電池在充電過(guò)程中的負(fù)極活性物份不能充分反應(yīng)。

　　4、缺點(diǎn)2：重量大

　　相對(duì)于其他充電電池，鎳鎘電池的重量較大。由于它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，因此重量也就更加重一些。事實(shí)上，同樣容量的鎳鎘電池要比其他充電電池重1到2倍。

　　然而，雖然重量大，但是這也同時(shí)代表著鎳鎘電池的容量大，并且具有更好的穩(wěn)定性，充電時(shí)間更長(zhǎng)，使用壽命更長(zhǎng)。

　　5、缺點(diǎn)3：有毒

　　鎳鎘電池在制作過(guò)程中需要使用有害元素鎘，且電池壽命到期后，會(huì)將大量的重金屬鎘釋放出來(lái)，對(duì)環(huán)境造成毒害。這種重金屬會(huì)不斷地滲透到土壤和水中，從而污染了環(huán)境。

　　在使用過(guò)程中，如果鎳鎘電池?fù)p壞或丟失，需要及時(shí)進(jìn)行回收處理，不能直接扔掉以免對(duì)環(huán)境造成影響。

　　三、鎳鎘電池原理是什么?

　　隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，電池已經(jīng)成為不可或缺的電源。在眾多電池種類中，鎳鎘電池受到廣泛應(yīng)用，其高能量密度、長(zhǎng)壽命且維護(hù)較為簡(jiǎn)單的特點(diǎn)備受贊譽(yù)。那么，鎳鎘電池是如何工作的呢?下面我們將對(duì)其原理進(jìn)行詳細(xì)闡述。

　　1、鎳鎘電池的基本構(gòu)造

　　鎳鎘電池由上下兩個(gè)極板、正極活性材料、負(fù)極活性材料、電解液和隔膜等多個(gè)組成部分構(gòu)成。

　　其中，正極材料主要由鎳(III)氧化物制成;負(fù)極材料主要由鎘粉末制成;電解液通常為氫氧化鉀溶液;隔膜則為聚乙烯或玻璃纖維材料。

　　2、鎳鎘電池的充放電機(jī)理

　　當(dāng)未充電時(shí)，正、負(fù)兩極之間的電位差為0V。

　　當(dāng)給鎳鎘電池充電時(shí)，由于外加電源的作用，會(huì)在電池內(nèi)部產(chǎn)生一定的電位差。在此電位差的驅(qū)動(dòng)下，金屬鎘向正極遷移，而金屬鎳則在負(fù)極表面還原成鎳(III)氧化物。這一過(guò)程可以用化學(xué)方程式表示：

　　Cd + 2OH- → Cd(OH)2 + 2e-

　　NiO(OH) + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH-

　　當(dāng)電池完全充電時(shí)，金屬鎘完全轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)化合物，電位差達(dá)到最大值。

　　當(dāng)使用鎳鎘電池時(shí)，正、負(fù)極材料中的離子開始在電池中互相遷移，形成電流。此時(shí)，上述反應(yīng)逆轉(zhuǎn)，使得鎳(III)氧化物被還原為Ni(OH)2，同時(shí)Cd(OH)2被氧化成Cd再次釋放出電子流，產(chǎn)生電能。

　　3、鎳鎘電池的特點(diǎn)

　　鎳鎘電池具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　?。?）、高能量密度：相較于其他電池種類，鎳鎘電池的能量密度較高，能夠提供更長(zhǎng)的使用時(shí)間。

　?。?）、長(zhǎng)使用壽命：充放電周次較多，但對(duì)電池內(nèi)部物質(zhì)的影響較小，因此使用壽命長(zhǎng)。

　?。?）、性價(jià)比高：使用成本相對(duì)較低，由于壽命較長(zhǎng)，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

　?。?）、維護(hù)簡(jiǎn)單：鎳鎘電池需要周期性進(jìn)行充電和放電才能達(dá)到最佳效果，但并不需要特別的維護(hù)，十分方便。

　　4、鎳鎘電池的應(yīng)用領(lǐng)域

　　由于其諸多優(yōu)點(diǎn)，鎳鎘電池得到了廣泛的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　?。?）、無(wú)線電話：在沒(méi)有插座電源的情況下，通過(guò)放置在底座上進(jìn)行充電，提供連續(xù)通話時(shí)間。

　?。?）、醫(yī)療器械：作為心臟起搏器、血糖測(cè)量?jī)x等小型設(shè)備的電源。

　?。?）、消費(fèi)電子：用于相機(jī)、音箱等消費(fèi)電子設(shè)備，輸出較為穩(wěn)定的電量。

　?。?）、航空航天：長(zhǎng)壽命，高能量密度適合航空航天等高性能應(yīng)用，如衛(wèi)星、導(dǎo)彈等。

　　5、鎳鎘電池的安全問(wèn)題

　　在使用過(guò)程中，如果電池?fù)p壞或存儲(chǔ)不當(dāng)，可能會(huì)對(duì)個(gè)人和環(huán)境產(chǎn)生危害。鎳鎘電池具有如下安全隱患：

　?。?）、容易發(fā)生滲漏：電池內(nèi)部液體滲漏可能對(duì)物品產(chǎn)生腐蝕性、腐蝕性氣體等危害。

　　（2）、存在過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)：電池使用過(guò)程中，特別是超過(guò)額定出力時(shí)，可能存在過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)。

　?。?）、存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)：在高溫、高壓、電極短路等情況下，可能發(fā)生爆炸，會(huì)造成傷害。

　　鎳鎘電池是一種重要的二次電池之一，它的工作原理基于鎳、鎘兩種金屬的不同化學(xué)性質(zhì)，在外加電場(chǎng)的作用下，鎳和鎘之間會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而儲(chǔ)存或釋放電能。通過(guò)對(duì)鎳鎘電池的研究和應(yīng)用，我們可以更好地了解電池的儲(chǔ)能原理和性質(zhì)，為電子產(chǎn)品的發(fā)展和提高儲(chǔ)能效率提供有力的支持；值得注意的是，由于鎘有毒性，因此在使用和處理廢棄電池的過(guò)程中要注意環(huán)保和衛(wèi)生安全。針對(duì)鎳鎘電池中極易發(fā)生極化現(xiàn)象導(dǎo)致電池衰老的問(wèn)題，也需要進(jìn)一步深入研究和改進(jìn)。通過(guò)這些問(wèn)題的解決，我們可以更好地應(yīng)用鎳鎘電池為社會(huì)服務(wù)，并進(jìn)一步推進(jìn)新型高效電池研發(fā)的進(jìn)程。