镍氢电池

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镍氢电池（Nickel Metal Hydride, NiMH）是由镍镉电池（NiCd battery）改良而来的，其以能吸收氢的金属代替镉（Cd）。它以相同的价格提供比镍镉电池更高的电容量、较不明显的记忆效应、以及较低的环境污染（不含有毒的镉）。

其回收再用的效率比锂离子电池更好，被称为是最环保的电池。但是与锂离子电池比较时，却有一定的记忆效应。旧款的镍氢电池有较高的自我放电反应，新款的镍氢电池已俱有相当低的自我放电（与碱电相约），而且可于低温下工作（-20℃）。镍氢电池比碳锌或碱性电池有更大的输出电流，相对地更适合用于高耗电产品，某些特别型号甚至比普通上一代镍镉电池有更大输出电流。

镍氢电池的容量较高（以体积计），以AA电池为例，镍氢电池标示容量可达2900mAh（毫安培－小时，或简称为“毫安时”），而碱性电池只有~2100mAh（不过碱性电池初始放电电压一般高于镍氢电池），当然也远高于初代镍镉电池的1100mAh，但仍未及得上锂离子电池。

碱性电池在长期不使用后可能会漏出具轻微腐蚀性及有害液体（会对人体有害又或损坏使用该电池的装置），然而锂电池在不适当使用时有机会燃烧或爆炸。相对来说镍氢电池算是比较安全的电池。

## 化学原理

镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属互化物。许多种类金属互化物都已运用于镍氢电池制造，主要分为两大类。最常见的是AB5一类，A是稀土元素混合物（或者）再加上钛（Ti）；B则是镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn），（或者）还有铝（Al）。而一些高容量电池“含多种成分”的电极则主要由AB2构成，这里的A则是钛（Ti）或者钒（V），B则是锆（Zr）或镍（Ni），再加上一些铬（Cr）、钴（Co）、铁（Fe）和（或）锰（Mn）。

所有这些化合物都担当相同角色：可逆地形成金属氢化物。电池充电时，氢氧化钾（KOH）电解液中的氢离子（H+）会释放出来，由这些化合物吸收，避免形成氢气（H2），以保持电池内部压力和体积。电池放电时，这些氢离子便会经由相反过程回到原来地方。

## 特性

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- 额定电压 = 1.2V
- 刚充满电时电压（充电电压） = 约1.4~1.45V
- 终止电压 = 0.9~1.0V
- 能量∕重量 = 60~120 Wh/kg（瓦特小时/公斤）
- 能量∕体积 = 140~300 Wh/L（瓦特小时/升）即 504~1188kJ/kg（千焦耳/公斤）
- 功率∕重量 = 250~1000 W/kg
- 自放电率 = 一般为每月 20~30%，见温度而定，低自放电型号为每年10~30%
- 充放电效率 = 66%
- 充放电循环次数 = 500~5000次
- 电池常见型号 = AAAA，AAA，AA，A，S，D，SC

## 充电

由于充电时电压会不停变化，镍氢电池的充电方式与镍镉电池相同，都是以恒定电流向电池充电，充电时电压会随之上升，但电压值却会因电池容量、充电电流、温度及电池的老化程度等多种因素而有所不同。因此无可能靠电压数值而得知电量状态。

由于过度充电对电池寿命影响颇大，而且有一定危险性，所以当电池被充满时就要停止充电，要做到电池被充电时自动停止充电就有要检测出电池是否充满，一般有两个方法：-△V及△T。

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- -△V 检测

当电池被充至满时，电压会上升至最高值，如果继续充电，电压会下降，也即是 -△V，因此只要检测到充电时电池电压开始下降即表示电池已经充满。

充满时电压下降的速度受电流强弱影响，电流越大，电压下降速度越快，所以如果充电电流较细的话，电压降的幅度较小，也就较难检测得到，因此使用-△V检测方法的话充电电流不宜太细。

- △T 检测

充电时，部分电能在电池内被转化为化学能，只有部分转为热能，当电池满时，所有的电能都转为热能，较多的热能导致较大的温升。因为只要检测得到温度上升就能确定电池已经充满。同样地，如果充电电流太细的话，温升会变小而难于检测。

当充电电流足够大时，可以用电子电路测量电压，加上微型控制器分析检测出电池充满并停止充电，避免电池过充的情况产生。如果充电电流过小，上述方法都较难检测得到电池充满，所以充电电流不可以太细，但电流过大会就会在充电时导致电池发热，影响电池寿命，因此充电电流也不可以太大。

- 涓流充电

涓流充电是以非常低的电流，0.1C以下的恒定电流充电。有的厂商认为：如此低的电流可以长期连续充电而无安全问题。但根据电池制造商松下电器（Panasonic）的《镍氢电池充电指南》（链接在页面底部），长期使用涓流方式可能损坏电池或影响其寿命，建议涓流充电电流应限制在 0.033×C每小时 到 0.05×C每小时 之间，并不应超过20小时。

由于旧款镍氢电池有漏电(自放电)问题，充满后存放一段时间后电量会流失，不宜用于后备照明这类需要长期闲置的用途，电池生产商金霸王认为以0.0033C超低电流的涓流充电可以使镍氢电池长期保持在充满状态。另一电池生产商松下电器则认为在1.3V以下，以低占空比大电流的脉冲充电(也即以连续而短暂的脉冲电流，得出极低的平均电流)可以比恒定电流的涓流方式更能保持好电池状态及寿命。

现在新的低自放电镍氢电池再也无需用涓流在闲置时保持电量的需要。

一些造价低廉的室内无线电话和便宜的电池充电器会用涓流方式充电。尽管这可能是安全，但对电池的寿命会有不良影响。

现今的镍氢电池含有一种催化剂，可以及时的解除因为过充所造成的危险。

2H2 + O2｜催化剂｜2H2O

但是这个反应只有从过充开始的时间算起的 C ÷ 10 小时内有效（C = 电池标示的容量）。当充电程序开始后，电池的温度会上升的很明显，有些急速充电器（低于1小时）内含风扇来避免电池过热。

新买回来的，或者是长时间未使用的镍氢电池，需要一段“启动”时间来回复电池电量。因此，一些新的镍氢电池需要经过几次充电-放电循环才能达到它们的标称电量。

## 放电

在电池的使用过程中，也必须小心。对于串联在一起的几颗电池（比如数码相机中4颗AA电池的通常排列方式），要避免电池完全耗尽电能，进而发生“反向充电”（Reverse charging）。因为镍氢有记忆效应的问题，所以这会对电池产生不可挽回的损害。不过，通常这些设备（比如之前提到的数码相机）能够检测串联电池的放电电压，当它下降到一定程度时，便自动关闭，以保护电池。

虽然单颗镍氢电池只会一直放电直到电压为0，并不会有过热或爆炸的危险，但过度放电会对电池造成永久性损害，减损容量，严重时难以再充电使用。镍氢电池对过放电的承受程度远较镍镉电池为低。厂商技术规格均有规定最低放电电压，一般在 1.0V~1.1V 会停止放电。此外，有时周期性地将电放至最低允许电压然后再充满有利于保持电池的容量与品质。

## 自放电与改进

### 自放电（又称作漏电）

镍氢电池具有较高的自放电效应，约为每个月30%或更多。这要比镍镉电池每月20%的自放电速率高。电池充得越满，自放电速率就越高；当电量下降到一定程度时，自放电速率又会稍微下降。电池存放处的温度对自放电速率有十分大的影响。正因如此，长时间不用的镍氢电池最好是充到40%的“半满”状态。

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### 低自放电（低漏电）镍氢电池

低自放电镍氢电池在2005年11月由日本的三洋成功研发并推出市面，该产品称为“eneloop”，生产商宣称在20℃室温存放一年后仍可保存70至85%电量，其后更改良至存放3年后仍可保存75%电量，至今已改良至1年后保持90%、3年后80%及5年后70%。可以以一般的镍氢电池充电机进行充电。初推出时AAA电的容量800mAh、AA电则有2000mAh，约与碱性电池容量相同，现时最新型号AA电已达至2500mAh。理想情况下可重复充放电1000次，其后改良至1500次，最新版本更增加至2100次。可以在低温下操作，在天气寒冷时（-20℃）比碱性电池及锂离子电池更佳放电特性。在出售前都预先充满电。其后多家其他品牌相继推出类似产品，但部分其他品牌的重复充放电次数只有500次，而且也不一定俱有在低温下有良好的放电特性。这种改良后的镍氢电池可以用于需要长期处于备用状态的用途，例如备用照明电源、电子产品的红外线摇控器电源等。

## 应用

### 消费性电子产品

镍氢电池被普及地应用在消费性电子产品中。

旧式的镍氢电池因为自放电的缘故，会在充电后数月甚至数星期内失去电量，只可应用于短时间内需要电力的用途。如家电用品的红外线摇控器或时钟一类并不适合。

新式的低漏电镍氢电池基本上已经可以取代绝大部分原本使用碱性电池的设备。唯独一些比较旧式及低耗电量的电子产品（例如旧式的收音机）因为电压问题而在使用镍氢电池时性能会有所下降。

另外部分厂商的材料配方容易在充电时从正极封口处渗漏电解液，导致电池室周遭的电路发生锈蚀。

### 遥控玩具

一些功率特别大的镍氢电池，其容量、输出电池及功率比镍镉电池大，所以在电动遥控玩具（例如遥控车）上取代了镍镉电池。

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### 混合动力车辆

大功率的镍氢电池也使用在油电混合动力车辆中，最佳的例子就是丰田的prius，该车使用了特别的充放电程序，车辆在前十年内需要更换镍氢充电电池的几率极低。

其他使用镍氢电池的混合动力车辆包括有：

- 本田洞察者
- 福特汽车的Ford Escape
- 雪佛兰的Chevrolet Malibu
- 本田的Honda Civic Hybrid

### 纯电池动力车

虽然在重量上比锂离子电池重，但仍然有部分纯电池动力车使用镍氢电池，例如：

- 本田的Honda EV Plus
- 福特汽车的Ford Ranger EV
- Vectrix

## 基本资料

- 比能：60–120 W·h/kg
- 能量密度：140–300 W·h/L
- PtoW：250–1,000 W/kg
- CtoDE：66%
- EtoCP：2.75 W·h/US$
- CD：500–5000 充电周期
- NomV：1.2 V