鎳鎘干電池的充放電原理

原理分析

位于負極的鎘(Cd)和氫氧化鈉(NaOH)中的氫氧根離子(OH-)化合成氫氧化鎘，并附著在陽極上，同時也放出電子。電子沿著電線至陰極，和陰極的二氧化鎳與氫氧化鈉溶液中的水反應形成氫氧化鎳和氫氧根離子，氫氧化鎳會附著在陽極上，氫氧根離子則又回到氫氧化鈉溶液中，故氫氧化鈉溶液濃度不會隨著時間而下降。

放電反應式：

負極反應：Cd+2OH-→Cd(OH)2+2e-

正極反應：2e-+NiO2+2H2O→Ni(OH)2+2OH-

總反應：Cd+NiO2+2H2O→Cd(OH)2+Ni(OH)2

充電反應式：

正極反應：Ni(OH)2+2OH-→2e-+NiO2+2H2O

負極反應：Cd(OH)2+2e-→Cd+2OH-

總反應：Cd(OH)2+Ni(OH)2→Cd+NiO2+2H2O

鎳鎘電池正極板上的活性物質由氧化鎳粉和石墨粉組成，石墨不參加化學反應，其主要作用是增強導電性。負極板上的活性物質由氧化鎘粉和氧化鐵粉組成，氧化鐵粉的作用是使氧化鎘粉有較高的擴散性，防止結塊，并增加極板的容量。活性物質分別包在穿孔鋼帶中，加壓成型后即成為電池的正負極板。極板間用耐堿的硬橡膠絕緣棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔開。電解液通常用氫氧化鉀溶液。與其它電池相比，NiCd電池的自放電率(即電池不使用時失去電荷的速率超科電池)適中。NiCd電池在使用過程中，如果放電不完全就又充電，下次再放電時，就不能放出全部電量。比如，放出80%電量后再充足電，該電池只能放出80%的電量。這就是所謂的記憶效應。當然，幾次完整的放電/充電循環將使NiCd電池恢復正常工作。由于NiCd電池的記憶效應，若未完全放電，應在充電前將每節電池放電至1V以下。

鎳鎘電池充電

在0.05C至大于1C的范圍內對NiCd電池恒流充電。一些低成本充電器使用絕對溫度終止充電。雖然簡單、成本低，但這種充電終止方法不精確。更好的方法是通過檢測電池充滿時的電壓跌落終止充電。對于充電速率為0.5C或更高的NiCd電池，-ΔV方法是最有效的。-ΔV充電終止檢測應與電池溫度檢測相結合，因為老化電池和不匹配電池可能減少ΔV。

通過檢測溫升速率(dT/dt)可以實現更精確的滿充檢測，這種滿充檢測比固定溫度終止對電池更好。基于ΔT/dt和-ΔV組合的充電終止方法可避免電池過充，延長電池壽命。

快速充電可改善充電效率。在1C的充電速率下，效率可以接近1.1(91%)，充滿一個空電池的時間為1小時多一點。當以0.1C充電時，效率便下降到1.4(71%)，充電時間為14小時左右。

因為NiCd電池對電能接收程度接近100%，所以幾乎所有的能量在充電開始的70%期間被吸收，而且電池保持不發熱。超快速充電器利用該特點，在幾分鐘內將電池充到70%，以幾C的電流充電而無熱量產生。充到70%后，電池再以較低速率繼續充電，直到電池充滿。最后以0.02C至0.1C的涓流結束充電。