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)來產(chǎn)生電能，同時將電能轉(zhuǎn)變成蓄電池能量，這種電池的特點是能夠提供持續(xù)的穩(wěn)定電流，同時還具備高效能和長工作時間的優(yōu)點，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跟大家詳細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)、性能特點等方面，詳細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、陰兩個極性的齊平板狀電池。這些板采用螺栓牢固地連接在一起，以使電能傳輸無阻。

　　鎳鎘電池有很強的機械強度和抗震性，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)過程

　　在放電過程中，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)可以分開進行，從而實現(xiàn)了充放電循環(huán)使用。

　　當(dāng)插入電路時，電池的放置會釋放出電荷，電荷流向插入電路的負極。水在放電過程中被分解成氫氣和氧氣。在負極上，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

　　每個鎳鎘電池可以重復(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，因為鉛酸電池會涌入液態(tài)氫氣氣氣，產(chǎn)生可爆炸的情況，而鎳鎘電池不會。

　　這種電池還有很小的自放電率，即即使在放置期間也會保持最大電量(8%左右)，這對于一些電子產(chǎn)品來說是很重要的。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

　　鎳鎘電池具有以下優(yōu)點:

　?。?）、容量大，電壓穩(wěn)定;

　?。?）、循環(huán)可充電;

　?。?）、工作溫度范圍廣，-40℃~+65℃;

　?。?）、機械強度高，通過測試出現(xiàn)固有震動下，安全可靠。

　　同時，它也存在一些缺點，包括：

　?。?）、鎘是有毒的重金屬，對環(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）、在高溫下長時間保持充電可能會導(dǎo)致電極極板失真、內(nèi)短路，讓電池?zé)o法使用。

　　第5節(jié)：鎳鎘電池的未來前景

　　隨著人們對電池容量和環(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)和進一步推廣階段。不過，鎳鎘電池仍然有它的用武之地，如某些遙控器、自動門禁、車載電子等領(lǐng)域。

　　二、鎳鎘電池的優(yōu)缺點是什么?

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

　　1、優(yōu)點1：使用壽命長

　　相比于普通干電池，鎳鎘電池有著更長的使用壽命。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)濟實惠的選擇。

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

　　2、優(yōu)點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。在使用過程中，電池中的電量下降時，電流依然保持平穩(wěn)的輸出，不會造成設(shè)備異?；驌p壞。

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

　　3、缺點1：容易記憶效應(yīng)

　　長時間使用鎳鎘電池，電池會出現(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)。

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

　　4、缺點2：重量大

　　相對于其他充電電池，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，充電時間更長，使用壽命更長。

　　5、缺點3：有毒

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

　　在使用過程中，如果鎳鎘電池損壞或丟失，需要及時進行回收處理，不能直接扔掉以免對環(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、長壽命且維護較為簡單的特點備受贊譽。那么，鎳鎘電池是如何工作的呢?下面我們將對其原理進行詳細闡述。

　　1、鎳鎘電池的基本構(gòu)造

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

　　其中，正極材料主要由鎳(III)氧化物制成;負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理

　　當(dāng)未充電時，正、負兩極之間的電位差為0V。

　　當(dāng)給鎳鎘電池充電時，由于外加電源的作用，會在電池內(nèi)部產(chǎn)生一定的電位差。在此電位差的驅(qū)動下，金屬鎘向正極遷移，而金屬鎳則在負極表面還原成鎳(III)氧化物。這一過程可以用化學(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，金屬鎘完全轉(zhuǎn)化為對應(yīng)化合物，電位差達到最大值。

　　當(dāng)使用鎳鎘電池時，正、負極材料中的離子開始在電池中互相遷移，形成電流。此時，上述反應(yīng)逆轉(zhuǎn)，使得鎳(III)氧化物被還原為Ni(OH)2，同時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

　　鎳鎘電池具有以下幾個特點：

　　（1）、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，能夠提供更長的使用時間。

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

　　（3）、性價比高：使用成本相對較低，由于壽命較長，更加經(jīng)濟實惠。

　?。?）、維護簡單：鎳鎘電池需要周期性進行充電和放電才能達到最佳效果，但并不需要特別的維護，十分方便。

　　4、鎳鎘電池的應(yīng)用領(lǐng)域

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

　?。?）、無線電話：在沒有插座電源的情況下，通過放置在底座上進行充電，提供連續(xù)通話時間。

　?。?）、醫(yī)療器械：作為心臟起搏器、血糖測量儀等小型設(shè)備的電源。

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

　　（4）、航空航天：長壽命，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、鎳鎘電池的安全問題

　　在使用過程中，如果電池損壞或存儲不當(dāng)，可能會對個人和環(huán)境產(chǎn)生危害。鎳鎘電池具有如下安全隱患：

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

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

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

　　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)，在外加電場的作用下，鎳和鎘之間會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而儲存或釋放電能。通過對鎳鎘電池的研究和應(yīng)用，我們可以更好地了解電池的儲能原理和性質(zhì)，為電子產(chǎn)品的發(fā)展和提高儲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程中要注意環(huán)保和衛(wèi)生安全。針對鎳鎘電池中極易發(fā)生極化現(xiàn)象導(dǎo)致電池衰老的問題，也需要進一步深入研究和改進。通過這些問題的解決，我們可以更好地應(yīng)用鎳鎘電池為社會服務(wù)，并進一步推進新型高效電池研發(fā)的進程。