電池的充電過程通?？煞譃轭A(yù)充電、快速充電、補(bǔ)足充電、涓流充電四個階段。 # g2 [3 Q$ ^4 D6 j8 V

對長期不用的或新電池充電時，一開始就采用快速充電，會影響電池的壽命。因此，這種電池應(yīng)先用小電流充電，使其滿足一定的充電條件，這個階段稱為預(yù)充電。 % e5 R* O! G& ?8 O

快速充電就是用大電流充電，迅速恢復(fù)電池電能?？焖俪潆娝俾室话阍?st1:chmetcnv hasspace="False" negative="False" numbertype="1" sourcevalue="1" style="padding: 0px; margin: 0px; border: 0px;" tcsc="0" unitname="C" w:st="on">1C以上，快速充時間由電池容量和充電速率決定。 $ H" v. o/ c- K, y: M'''' ~: N

為了避免過充電，一些充電器采用小電流充電。鎳鎘電池正常充電時，可以接受C/10或更低的充電速率，這樣充電時間要10h以上。采用小電流充電，電池內(nèi)不會產(chǎn)生過多的氣體，電池溫度也不會過高。只要電池接到充電器上，低速率恒流充電器就能對電池提供很小的涓流充電電流。電池采用小電流充電時，電池內(nèi)產(chǎn)生的熱量可以自然散去。  Y9 h1 w! w# }

涓流充電器的主要問題是充電速度太慢，例如，容量為1Ah的電池，采用C/10充電速率時，充電時間要10h以上。此外，電池采用低充電速率反復(fù)充電時，還會產(chǎn)生枝晶。大部分涓流充電器中，都沒有任何電壓或溫度反饋控制，因而不能保證電池充足電后，立即關(guān)斷充電器。 ! Z. a/ @: L" V/ j1 s
2 f/ J" r, ^3 P# P% g9 r+ C

快速充電分恒流充電和脈沖充電兩種，恒流充電就是以恒定電流對電流充電，脈沖充電則是首先用脈沖電流對電池充電。然后讓電池放電，如此循環(huán)。電池脈沖的幅值很大、寬度很窄。通常放電脈沖的幅值為充電脈沖的3倍左右。雖然放電脈沖的幅值與電池容量有關(guān)，但是，與充電電流幅值的比值保持不變，充電過程中，鎳鎘電池中的氫氧化鎳還原為氫氧化亞鎳，氫氧化鎘還原為鎘。在這個過程中產(chǎn)生的氣泡，聚集在極板兩邊，這樣就會減小極板的有效面積，使極板的內(nèi)阻增大。由于極板的有效面積變小，充入全部電量所需的時間增加。 2 M( Z* s0 d7 a; \/ q$ N3 h; D, n

加入放電脈沖后，氣泡離開極板并與負(fù)極板上的氧復(fù)合。這個去極化過程減小了電池的內(nèi)部壓力、溫度和內(nèi)阻。同時，充入電池的大部分電荷都轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，而不會轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w和熱量。 # s'''' f" I- o% W5 R8 k

充放電脈沖寬度的選擇應(yīng)能保證極板恢復(fù)原來的晶體結(jié)構(gòu)，從而消除記憶效應(yīng)。采用放電去極化措施后，可以提高充電效率并且允許大電流快速充電。 & ^0 _) I& [6 c- N

采用某些快速充電止法時，快速充電終止后，電池并未充足電。為了保證充入100%的電量，還應(yīng)加入補(bǔ)足充電過程。補(bǔ)足充電速率一般不超過0.3C。在補(bǔ)足充電過程中，溫度會繼續(xù)上升，當(dāng)溫度超過規(guī)定的極限時，充電器轉(zhuǎn)入涓流充電狀態(tài)。 + }8 g9 x0 R" f0 _

存放時，鎳鎘電池的電量將按C/30到C/50的放電速率減小，為了補(bǔ)償電池因自放電而損失的電量，補(bǔ)足充電結(jié)束后，充電器應(yīng)自動轉(zhuǎn)入涓流電過程。涓流充電也稱為維護(hù)充電。根據(jù)電池的自放電特性，涓流充電速率一般都很低。只要電池接在充電器上并且充電器接通電源，在維護(hù)充電狀態(tài)下，充電器將以某一充電速率給電池補(bǔ)充電荷，這樣可使電池總處于充足電狀態(tài)。 

鎳鎘蓄電池的正極材料為氫氧化亞鎳和石墨粉的混合物，負(fù)極材料為海綿狀鎘粉和氧化鎘粉，電解液通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。當(dāng)環(huán)境溫度較高時，使用密度為1.17～1.19（15℃時）的氫氧化鈉溶液。當(dāng)環(huán)境溫度較低時，使用密度為1.19～1.21（15℃時）的氫氧化鉀溶液。在-15℃以下時，使用密度1.25~1.27（15℃時）的氫氧化鉀溶液。為兼顧低溫性能和荷電保持能力，密封鎳鎘蓄電池采用密度為1.40（15℃時）的氫氧化鉀溶液。為了增加蓄電池的容量和循環(huán)壽命，通常在電解液中加入少量的氫氧化鋰（大約每升電解液加15~20g）。 ; X& p4 l* o  m0 ?) m  [

鎳鎘蓄電池充電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸嚒?span lang="EN-US" style="padding: 0px; margin: 0px; border: 0px;">NiOOH〕，負(fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)榻饘冁k；鎳鎘電池放電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸瘉嗘?，?fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸k。 

放電過程中的電化學(xué)反應(yīng)

（1）負(fù)極反應(yīng) 
負(fù)極上的鎘失去兩個電子后變成二價鎘離子Cd2+，然后立即與溶液中的兩個氫氧根離子OH-結(jié)合生成氫氧化鎘Cd(OH)2，沉積到負(fù)極板上。
: B: t/ X! u1 _2 e

（2）正極反應(yīng) 

正極板上的活性物質(zhì)是氫氧化鎳（NiOOH）晶體。鎳為正三價離子（Ni3+），晶格中每兩個鎳離子可從外電路獲得負(fù)極轉(zhuǎn)移出的兩個電子，生成兩個二價離子2Ni2+。與此同時，溶液中每兩個水分子電離出的兩個氫離子進(jìn)入正極板，與晶格上的兩個氧負(fù)離子結(jié)合，生成兩個氫氧根離子，然后與晶格上原有的兩個氫氧根離子一起，與兩個二價鎳離子生成兩個氫氧化亞鎳晶體。 , k) Q4 e* o; y5 S
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2.充電過程中的化學(xué)反應(yīng) 

充電時，將蓄電池的正、負(fù)極分別與充電機(jī)的正極和負(fù)極相連，電池內(nèi)部發(fā)生與放電時完全相反的電化學(xué)反應(yīng)，即負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，正極發(fā)生氧化反應(yīng)。

（1）負(fù)極反應(yīng) 
1 O3 m  v3 x  l+ w* U: G2 N

充電時負(fù)極板上的氫氧化鎘，先電離成鎘離子和氫氧根離子，然后鎘離子從外電路獲得電子，生成鎘原子附著在極板上，而氫氧根離子進(jìn)入溶液參與正極反應(yīng)。

(2) 正極反應(yīng) ; d& z# N/ b3 A7 b

在外電源的作用下，正極板上的氫氧化亞鎳晶格中，兩個二價鎳離子各失去一個電子生成三價鎳離子，同時，晶格中兩個氫氧根離子各釋放出一個氫離子，將氧負(fù)離子留在晶格上，釋出的氫離子與溶液中的氫氧根離子結(jié)合，生成水分子。然后，兩個三價鎳離子與兩個氧負(fù)離子和剩下的二個氫氧根離子結(jié)合，生成兩個氫氧化鎳晶體。3 I6 I'' V2 M6 R4 Q

蓄電池充電終了時，充電電流將使電池內(nèi)發(fā)生分解水的反應(yīng)，在正、負(fù)極板上將分別有大量氧氣和氫氣析出。從上述電極反應(yīng)可以看出，氫摒化鈉或氫氧化鉀并不直接參與反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用。從電池反應(yīng)來看，充電過程中生成水分子，放電過程中消耗水分子，因此充、放電過程中電解液濃度變化很小，不能用密度計檢測充放電程度。
K* a

3. 端電壓 1 B3 R" S1 r4 b2 ?% I( |0 f; S
1 j# t# K6 q, E

充足電后，立即斷開充電電路，鎳鎘蓄電池的電動勢可達(dá)1.5V左右，但很快就下降到1.31-1.36V。 

鎳鎘蓄電池的端電壓隨充放電過程而變化，可用下式表示： " |5 C% f3 Q7 j6 c3 c/ c- i

U充=E充+I充R內(nèi)4 t  f( s8 O3 t* ^% T

U放=E放-I放R內(nèi) 
& W& f( ~

從上式可以看出，充電時，電池的端電壓比放電時高，而且充電電流越大，端電壓越高；放電電流越大，端電壓越低。 & l2 B5 x, D+ M- T9 Z1 O
當(dāng)鎳鎘蓄電池以標(biāo)準(zhǔn)放電電流放電時，平均工作電壓為1.2V。采用8h率放電時，蓄電池的端電壓下降到1.1V后，電池即放完電。 + V; O, r+ j% {5 P: `2 w$ `
& z( G, x'' j& `, c

4. 容量和影響容量的主要因素 - b( d3 |# }: b. d

蓄電池充足電后，在一定放電條件下，放至規(guī)定的終止電壓時，電池放出的總?cè)萘糠Q為電池的額定容量，容量Q用放電電流與放電時間的乘積來表示，表示式如下： 

Q=I•t(Ah) 5 |: G7 U$ X( X! l) ^

鎳鎘蓄電池容量與下列因素有關(guān)： * Y/ F. i; [" ~'' n

① 活性物質(zhì)的數(shù)量； 
U
② 放電率； 8 C; ^* [3 Q0 H5 C4 c
1 ~* ?( Z2 G2 Z; j8 j/ x'' ^% c
③ 電解液。 6 g$ Q1 O9 h8 [
  w+ b/ m7 h! \1 n0 y  H# k" {

放電電流直接影響放電終止電壓。在規(guī)定的放電終止電壓下，放電電流越大，蓄電池的容量越小。 . i- m6 g; a4 H7 R

使用不同成分的電解液，對蓄電池的容量和壽命有一定的影響。通常，在高溫環(huán)境下，為了提高電池容量，常在電解液中添加少量氫氧化鋰，組成混合溶液。實(shí)驗(yàn)證明：每升電解液中加入15~20g含水氫氧化鋰，在常溫下，容量可提高4%~5%，在40℃時，容量可提高20%。然而，電解液中鋰離子的含量過多，不僅使電解液的電阻增大，還會使殘留在正極板上的鋰離子（Li+）慢慢滲入晶格內(nèi)部，對正極的化學(xué)變化產(chǎn)生有害影響。 , Y3 k/ ~- K# D! S1 L8 P

電解液的溫度對蓄電池的容量影響較大。這是因?yàn)殡S著電解液溫度升高，極板活性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)也逐步改善。電解液中的有害雜質(zhì)越多，蓄電池的容量越小。主要的有害雜質(zhì)是碳酸鹽和硫酸鹽。它們能使電解液的電阻增大，并且低溫時容易結(jié)晶，堵塞極板微孔，使蓄電池容量顯著下降。此外，碳酸根離子還能與負(fù)極板作用，生成碳酸鎘附著在負(fù)極板表面上，從而引起導(dǎo)電不良，使蓄電池內(nèi)阻增大，容量下降。 

5. 內(nèi)阻

鎳鎘蓄電池的內(nèi)阻與電解液的導(dǎo)電率、極板結(jié)構(gòu)及其面積有關(guān)，而電解液的導(dǎo)電率又與密度和溫度有關(guān)。電池的內(nèi)阻主要由電解液的電阻決定。氫氧化鉀和氫氧化鈉溶液的電阻系數(shù)隨密度而變。18℃時氫氧化鉀溶液和氫氧化鈉溶液的電阻系數(shù)最小。5 I. r( a% \- b$ ^9 E/ l

6. 效率與壽命 + P, w# @0 r  o8 P

在正常使用的條件下，鎳鎘電池的容量效率ηAh為67%-75%，電能效率ηWh為55%~65%，循環(huán)壽命約為2000次。

容量效率ηAh和電能效率ηWh計算公式如下：

I放•t放9 q$ D( X6 B

 GηAh= ---------- X 100％0 |- w0 W

 q'' k" J% XI充•t充
 _0 k9 @, w9 ^4 s$ G

U放•I放•t放- I9 U+ D" p/ v7 ~+ w: q

ηAh= --------------- X 100%$ ]7 N. R* A/ E7 `7 O

U充•I充•t（U充和U放應(yīng)取平均電壓）9 C% x* B: C+ z
+ H9 K( G# l8 P! @* }! P6 e" s; D& V

7. 記憶效應(yīng) 

鎳鎘電池使用過程中，如果電量沒有全部放完就開始充電，下次再放電時，就不能放出全部電量。比如，鎳鎘電池只放出80%的電量后就開始充電，充足電后，該電池也只能放出80%的電量，這種現(xiàn)象稱為記憶效應(yīng)。 

電池全部放完電后，極板上的結(jié)晶體很小。電池部分放電后，氫氧化亞鎳沒有完全變?yōu)闅溲趸?，剩余的氫氧化亞鎳將結(jié)合在一起，形成較大的結(jié)晶體。結(jié)晶體變大是鎳鎘電池產(chǎn)生記憶效應(yīng)的主要原因。 7 s, |$ x: t. _