镍镉蓄电池-GN40镍镉蓄电池

镍镉蓄电池（Nickel-cadmium battery） 正活性物质主要由镍制成，

负活性物质主要由镉制成的一种碱性蓄电池。正为氢氧化镍，负为镉

电解液是氢氧化钾溶液。其优点是轻便、抗震、寿命长，常用于小型电子设备。

 中文名：镍镉蓄电池

 外文名：Nickel-cadmium battery

电解液通：氢氧化钠或氢氧化钾溶液

正材料：氢氧化亚镍和石墨粉的混合物

负材料：海绵网筛状镉粉和氧化镉粉

 1工作原理

编辑镍镉蓄电池的正材料为氢氧化亚镍和石墨粉的混合物，负材料为海绵网筛状镉粉和氧化镉粉，电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液

。当环境温度较高时，使用密度为1.17～1.19（15℃时）的氢氧化钠溶液。当环境温度较低时，使用密度为1.19～1.21（15℃时）的氢氧化钾

溶液。在-15℃以下时，使用密度为1.25~1.27（15℃时）的氢氧化钾溶液。为兼顾低温性能和荷电保持能力，密封镍镉蓄电池采用密度为1.40

（15℃时）的氢氧化钾溶液。为了增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中加入少量的氢氧化锂（大约每升电解液加15~20g）。

镍镉蓄电池充电后，正板上的活性物质变为氢氧化镍〔NiOOH〕，负板上的活性物质变为金属镉；镍镉电池放电后，正板上的活性物质变

为氢氧化亚镍，负板上的活性物质变为氢氧化镉。

2化学反应

编辑放电过程中的化学反应

（1）负反应

负上的镉失去两个电子后变成二价镉离子Cd2+，然后立即与溶液中的两个氢氧根离子OH-结合生成氢氧化镉Cd(OH)2，沉积到负板上。

（2）正反应

正板上的活性物质是氢氧化镍（NiOOH）晶体。镍为正三价离子（Ni3+），晶格中每两个镍离子可从外电路获得负转移出的两个电子，生成

两个二价离子2Ni2+。与此同时，溶液中每两个水分子电离出的两个氢离子进入正板，与晶格上的两个氧负离子结合，生成两个氢氧根离子，

然后与晶格上原有的两个氢氧根离子一起，与两个二价镍离子生成两个氢氧化亚镍晶体。

充电过程中的化学反应

充电时，将蓄电池的正、负分别与充电机的正和负相连，电池内部发生与放电时完全相反的电化学反应，即负发生还原反应，正发

生氧化反应。

（1）负反应

充电时负板上的氢氧化镉，先电离成镉离子和氢氧根离子，然后镉离子从外电路获得电子，生成镉原子附着在板上，而氢氧根离子进入溶

液参与正反应。

(2)正反应

在外电源的作用下，正板上的氢氧化亚镍晶格中，两个二价镍离子各失去一个电子生成三价镍离子，同时，晶格中两个氢氧根离子各释放出

一个氢离子，将氧负离子留在晶格上，释出的氢离子与溶液中的氢氧根离子结合，生成水分子。然后，两个三价镍离子与两个氧负离子和剩下

的二个氢氧根离子结合，生成两个氢氧化镍晶体。

蓄电池充电终了时，充电电流将使电池内发生分解水的反应，在正、负板上将分别有大量氧气和氢气析出。从上述电反应可以看出，氢摒

化钠或氢氧化钾并不直接参与反应，只起导电作用。从电池反应来看，充电过程中生成水分子，放电过程中消耗水分子，因此充、放电过程中

电解液浓度变化很小，不能用密度计检测充放电程度。

3相关概念编辑端电压

充足电后，立即断开充电电路，镍镉蓄电池的电动势可达1.5V左右，但很快就下降到1.31-1.36V。 镍镉蓄电池的端电压随充放电过程而变化，

可用下式表示：

U充=E充+I充R内

U放=E放-I放R内

从上式可以看出，充电时，电池的端电压比放电时高，而且充电电流越大，端电压越高；放电电流越大，端电压越低。

当镍镉蓄电池以标准放电电流放电时，平均工作电压为1.2V。采用8h率放电时，蓄电池的端电压下降到1.1V后，电池即放完电。

容量及影响因素

蓄电池充足电后，在一定放电条件下，放至规定的终止电压时，电池放出的总容量称为电池的额定容量，容量Q用放电电流与放电时间的乘积来

表示，表示式如下：

Q=I·t(Ah)

镍镉蓄电池容量与下列因素有关：

① 活性物质的数量；

②放电率；

③ 电解液。

放电电流直接影响放电终止电压。在规定的放电终止电压下，放电电流越大，蓄电池的容量越小。

使用不同成分的电解液，对蓄电池的容量和寿命有一定的影响。通常，在高温环境下，为了提高电池容量，常在电解液中添加少量氢氧化锂，

组成混合溶液。实验证明：每升电解液中加入15~20g含水氢氧化锂，在常温下，容量可提高4%~5%，在40℃时，容量可提高20%。然而，电解液

中锂离子的含量过多，不仅使电解液的电阻增大，还会使残留在正板上的锂离子（Li+）慢慢渗入晶格内部，对正的化学变化产生有害影响

。

电解液的温度对蓄电池的容量影响较大。这是因为随着电解液温度升高，板活性物质的化学反应也逐步改善。 电解液中的有害杂质越多，蓄

电池的容量越小。主要的有害杂质是碳酸盐和硫酸盐。它们能使电解液的电阻增大，并且低温时*结晶，堵塞板微孔，使蓄电池容量显着

下降。此外，碳酸根离子还能与负板作用，生成碳酸镉附着在负板表面上，从而引起导电不良，使蓄电池内阻增大，容量下降。

内阻

镍镉蓄电池的内阻与电解液的导电率、板结构及其面积有关，而电解液的导电率又与密度和温度有关。电池的内阻主要由电解液的电阻决定

。氢氧化钾和氢氧化钠溶液的电阻系数随密度而变。18℃时氢氧化钾溶液和氢氧化钠溶液的电阻系数小。

效率与寿命

在正常使用的条件下，镍镉电池的容量效率ηAh为67%-75%，电能效率ηWh为55%~65%，循环寿命约为2000次。

容量效率ηAh和电能效率ηWh计算公式如下：

I放·t放

ηAh= ---------- X **

I充·t充

U放·I放·t放

ηAh= --------------- X **

U充·I充·t

（U充和U放应取平均电压）

记忆效应

镍镉电池使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能放出全部电量。比如，镍镉电池只放出80%的电量后就开始充

电，充足电后，该电池也只能放出80%的电量，这种现象称为记忆效应。

电池全部放完电后，板上的结晶体很小。电池部分放电后，氢氧化亚镍没有完全变为氢氧化镍，剩余的氢氧化亚镍将结合在一起，形成较大

的结晶体。结晶体变大是镍镉电池产生记忆效应的主要原因

镍镉蓄电池的正材料为氢氧化亚镍和石墨粉的混合物，负材料为海绵网筛状镉粉和氧化镉粉，电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。当环境温度较高时，使用密度为1.17～1.19（15℃时）的氢氧化钠溶液。当环境温度较低时，使用密度为1.19～1.21（15℃时）的氢氧化钾溶液。在-15℃以下时，使用密度为1.25~1.27（15℃时）的氢氧化钾溶液。为兼顾低温性能和荷电保持能力，密封镍镉蓄电池采用密度为1.40（15℃时）的氢氧化钾溶液。为了增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中加入少量的氢氧化锂（大约每升电解液加15~20g）。

镍镉蓄电池充电后，正板上的活性物质变为氢氧化镍〔NiOOH〕，负板上的活性物质变为金属镉；镍镉电池放电后，正板上的活性物质变为氢氧化亚镍，负板上的活性物质变为氢氧化镉。