1.鉛酸電池

    鉛酸電池歷史最悠久，目前應(yīng)用依然十分廣泛。鉛酸電池由普蘭特（Plante）于1859年發(fā)明，至今已有140多年的歷史。100多年來，鉛酸電池的工藝、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)、性能和應(yīng)用都在不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給古老的鉛酸電池帶來了蓬勃的生機。

    鉛酸電池通過極板化成，在正極板上生成二氧化鉛，在負極板上生成海綿狀鉛。在硫酸電解液中，正極電位為1.682V，負極電位為-0.395V（對于單格電壓為2V的鉛酸電池），因而這種電池的電動勢是2.077V。

    鉛酸電池放電工作電壓較平穩(wěn)，既可以小電流放電，也可以很大的電流放電；工作溫度范圍寬，可在-40℃ ～65℃范圍中工作。這種電池技術(shù)成熟，成本低廉，跟隨負荷輸出特性好，因此至今仍不失為蓄電池中的重要產(chǎn)品。但這種電池也有明顯缺點，例如重量大，質(zhì)量比能量低，需要維護，充電速度慢。

    鉛酸電池技術(shù)在近代有了重大變革，性能有了極大飛躍，主要標(biāo)志是20世紀70年代發(fā)展的閥控密封鉛酸電池（VRLA）。美國Gates首創(chuàng)了全密封結(jié)構(gòu)的超細玻璃纖維吸液式鉛酸電池，從而發(fā)展為閥控密封免維護鉛酸電池。近十來年中，又出現(xiàn)了雙極性密封鉛酸電池和水平式電極密封鉛酸電池。在雙極性密封鉛酸電池中引入強力薄板兩側(cè)為正、負活性物質(zhì)的雙極性電極，使其內(nèi)阻大幅度降低，從而大大提高了比能量和充電速度。這種鉛酸電池具有能量高、成本最低、壽命最長（10年）、容量更大（是普通鉛酸電池的兩倍）、不漏液、安全、無污染、可回收、免維護、使用方便等特點。對于新發(fā)展的雙極性密封鉛酸電池和水平式鉛酸電池，C/3放電比能量不小于50Wh/kg，顯示了優(yōu)良的性能。

2.鎘鎳電池

    1899年瑞典人楊格納（Jinger）發(fā)明了鎘鎳電池，至今也有100多年的歷史了。鎘鎳電池也是一種歷史悠久和應(yīng)用廣泛的二次電池。德國的Varta公司是世界上第一個生產(chǎn)鎘鎳二次電池的廠家。

鎘鎳電池的電極板使用孔隙性鎳燒結(jié)板或泡沫鎳，正極鎳板浸滲Ni（OH）2，負極鎳板浸滲或涂布Cd（OH）2，電解液多數(shù)為30% ～40%的KOH水溶液。正極電位為 +0.52V，負極電位為 -0.809V（對于單格電壓為1.2V的鎘鎳電池），因此鎘鎳電池的電動勢為1.329V。

    鎘鎳電池的工作電壓為1.2V左右，具有優(yōu)良的大電流放電性能，可在-20℃ ～60℃的溫度范圍內(nèi)工作。與鉛酸電池相反，這種電池的過充電性能好，可靠性高。類似的堿溶液二次電池還有鐵鎳電池、鋅鎳電池、鋅銀電池、鎘銀電池等，這類電池具有充放電次數(shù)多、工作壽命長、長期不用也不影響壽命、可靠耐久、容易使用等特點，因而有很大的產(chǎn)量和應(yīng)用市場?？傊?，鎘鎳電池最大的優(yōu)點是穩(wěn)定耐用，缺點是鎘較貴和污染環(huán)境。

    鎘鎳電池種類繁多，有放置用大型鎘鎳電池（其容量多數(shù)在20Ah以上）和小型密封式鎘鎳電池。容量在6Ah以下、0.5Ah以上的鎘鎳電池為圓柱形和扁平形，0.5Ah以下的為紐扣式電池。日本三洋公司生產(chǎn)的容量從40mAh到2000mAh不等的95種型號的鎘鎳電池，按用途可分為8類：一般用（標(biāo)準型）電池、高容量（E型）電池、快速充電用（R型）電池、高溫用（H型）電池、耐熱用（K型）電池、長壽命（C型）電池、保護記憶用（S型）電池和扁平形（KF型）電池。典型的標(biāo)準型電池為 AA型，其容量為 600mAh，尺寸為14.2mm×50.5mm，重量為23g，內(nèi)阻為 12mΩ。AAA型電池的容量為250mAh，尺寸為10.5mm×44.5mm，重量為11g，內(nèi)阻為24Ω。在20世紀60年代，密封式鎘鎳電池因具有大功率放電特性而用于導(dǎo)彈、火箭以及人造衛(wèi)星能源系統(tǒng)。

    鎘鎳電池正極板上的活性物質(zhì)由氧化鎳粉和石墨粉組成，石墨不參加化學(xué)反應(yīng)，其主要作用是增強導(dǎo)電性；負極板上的活性物質(zhì)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(jié)塊，并增加極板的容量?；钚晕镔|(zhì)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帶孔的聚氯乙烯瓦楞板隔開。電解液通常用氫氧化鉀溶液。與其他電池相比，鎘鎳電池的自放電率（即電池不使用時失去電荷的速率）適中。鎘鎳電池在使用過程中，如果放電不完全就再次充電，那么在下次再放電時就不能放出全部電量。比如，鎘鎳電池放出80%的電量后再充足電，則在下一步的使用中該電池只能放出80%的電量。這就是鎘鎳電池所謂的記憶效應(yīng)。當(dāng)然，幾次完整的放電/充電循環(huán)將使鎘鎳電池恢復(fù)正常工作。由于鎘鎳電池具有記憶效應(yīng)，因此，若鎘鎳電池未完全放電，則應(yīng)在充電前將每節(jié)電池放電至1V以下。

3.鎳氫電池

    鎳氫電池是才生產(chǎn)了幾年的新電池，又稱為儲氫電池。20世紀70年代，荷蘭飛利浦實驗室在研究第一代稀土永磁合金時，試驗了LaNi5的磁性能，竟意外地發(fā)現(xiàn)其有很好的儲氫性能，但深入研究發(fā)現(xiàn)儲氫合金不適用于電池，因為其平衡壓太高，循環(huán)壽命太短。進一步研究和改進發(fā)現(xiàn)，這些缺點都可克服，從而為發(fā)展儲氫電池奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀80年代末，已找到了適用于電池的儲氫合金，典型材料為MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3，這里的Mm為混合稀土，應(yīng)用混合稀土替代鑭，有利于降低成本。用儲氫合金替代鎘鎳電池中的鎳電極，由此形成鎳氫電池。鎳氫電池和鎘鎳電池具有相同的工作電壓（1.2V），因此這兩種電池在應(yīng)用中有著良好的互換性。

    鎳氫電池的能量高，為鎘鎳電池的1.8～2倍，為鉛酸電池的3倍。鎳氫電池具有良好的充放電性能，可隨充隨放、快充深放，無記憶效應(yīng)，不含鎘、鉛、汞等有害物質(zhì)，對環(huán)境無污染，被稱為綠色電池。

    用于鎳氫電池的儲氫材料有兩大類：一類為AB5系列，日本的松下公司、三洋公司以及荷蘭的飛利浦公司和我國都采用這種材料；另一類為 AB2系列，美國的 Ovonic公司、Gates公司以及德國的 Varta公司等都使用這種材料。通過對儲氫合金的組成、制備工藝、電極改性、電極成型工藝等的研究，鎳氫電池的性能不斷得以提高。

    鎳氫電池與鎘鎳電池類似，多種多樣，有方形蓄電池組（作為動力電池用，其容量為10～20Ah），有圓柱形和扁平形的小型電池，也有紐扣式電池。日本三洋公司生產(chǎn)的AA型鎳氫電池的容量為1100mAh，尺寸為14.2mm×50.0mm，重量為27g；AAA型的容量為650mAh，尺寸為10.5mm×44.5mm，重量為13g。

    鎳氫電池的正極板材料為NiOOH，負極板材料為吸氫合金，電解液通常用30%的KOH水溶液，并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔維尼綸無紡布或尼龍無紡布等。

    鎳氫電池具有較好的低溫放電特性，即使在-20℃環(huán)境溫度下，采用大電流（以1C放電速率）放電，放出的電量也能達到標(biāo)稱容量的85%以上。但是，在高溫（+40℃以上）時，這種電池的蓄電容量將下降5% ～10%。這種由于自放電（溫度越高，自放電率越大）而引起的容量損失是可逆的，通過幾次充放電循環(huán)就能恢復(fù)到最大容量。

    鎘鎳電池和鎳氫電池的充電過程非常相似，都要求恒流充電，兩者的差別主要在快速充電時為防止電池過充電而采用的檢測方法上。充電器對電池進行恒流充電，同時檢測電池的電壓和其他參數(shù)。當(dāng)電池電壓緩慢上升達到某個峰值時，鎳氫電池的快速充電過程終止；而對于鎘鎳電池來說，則當(dāng)電池電壓第一次下降時終止快速充電過程。