科普文章:聊一聊鎳氫電池的優缺點

2021-01-15 鋰想擺渡人
動力電池的基本功能是儲能。在蓄電池市場中,除了耳熟能詳的鉛酸電池、鋰離子電池之外,還有鎳鎘電池、鎳氫電池等,其中鎳氫電池被豐田、本田所看中,用於油電混合動力汽車儲能,而新能源汽車則選擇鋰離子電池作為動力電池。與鎳鉻電池相比,鎳氫電池具有記憶效應低,環保性能好,使用壽命長等優勢,存電量也比鎳鎘電池高30%左右。不過,鎳氫電池的造價成本比鎳鎘電池要貴得多。與鋰離子電池相比,鎳氫電池唯一的優勢,就是價格相對便宜,但在性能方面,卻遠低於鋰離子電池。

首先是安全性,鎳氫電池的電解液為不可燃的水溶液,比熱容較高,吸收較多熱量時的溫度漲幅相對較低。此外,在發生短路等異常情況時,電池不容易燃燒起來。

混合動力車型都有淺充電的特性,即充電的頻率高,但幅度不大。這樣的工作特點其實非常適合鎳氫電池,國內八代凱美瑞雙擎的電池容量相比純電動車要少很多。鎳氫電池的能量密度明顯不如鋰電池,所以它對安全保護的要求更低。

鋰離子電池雖然能量密度大,但在高電流過充過放等複雜的使用環境下,容易削減壽命。鋰離子電池的有機電解質溶液在0攝氏度下性能會大大衰減,這也是很多純電動車車主在冬天存在嚴重續航焦慮的原因。

相比鋰離子電池,鎳氫電池要更為環保。鎳氫電池的主要成分為鎳和稀土,兩者都有較高的回收價值。以水為電解質溶液則不容易汙染環境,所以屬於環境友好型。

動力電池對新能源汽車的續駛裡程、造價成本、使用壽命、安全性能等都具有重要影響,尤其是作為新能源汽車技術水平主要體現的續駛裡程,從根本上說就是由動力電池決定的。新能源汽車複雜的用車環境以及對動力輸出的高要求,決定了動力電池需要較高的電壓平臺。鎳氫電池的電壓只有1.2V,而鋰離子電池的電壓可達3.7-4.2V。鋰離子電池的電壓平臺更高。

鎳氫電池充放電曲線:

鎳氫電池充電曲線

鎳氫電池放電曲線

鎳氫電池不同溫度下的放電曲線

鎳氫電池不同溫度下的放電容量

容量保持特性

鎳氫電池循環壽命

目前,鋰離子電池在生命周期內的充電循環次數可達1000次以上(三元鋰電池),磷酸鐵鋰電池更可達2000次以上。而鎳氫電池的充電循環次數只有500次左右,使用壽命比鋰離子電池要低得多。由於鋰離子生性活潑,所以充電速度較快。一根鋰離子電池大約3小時就能充滿,而鎳氫電池的充電速度要慢得多。在能量密度方面,鋰離子電池更是佔盡優勢。目前,鋰離子電池的能量密度可達300Wh/kg,而鎳氫電池能量密度最高只有140Wh/kg。使用鎳氫電池作為動力電池的話,新能源汽車續駛裡程會很短。不過,能量密度較低的特性,使鎳氫電池的安全性能比鋰離子電池更好。鎳氫電池的自放電率比鋰離子電池高得多,每月可達25%-35%,而鋰離子電池只有2%-5%。鎳氫電池能量密度低,使用壽命短,具有記憶效應的特性,是新能源汽車動力電池將它排除在外的根本原因。而對儲能要求不是很高的油電混合動力汽車,選擇鎳氫電池作為動力電池,根本原因在於造價成本。不過,隨著鋰離子電池造價成本逐年下降,本田油電混合動力汽車已經放棄使用鎳氫電池了。目前,鎳氫電池基本上使用在應急燈、遙控器、玩具等,對儲能無特殊要求的領域,使用量也在逐年下降。

鎳氫電池在使用時應注意維護:

(1)使用過程忌過充電。在循環壽命之內,使用過程切忌過充電,這是因為過充電容易使正、負極發生膨脹,造成活性物脫落和隔膜損壞,導電網絡破壞和電池歐姆極化變大等問題。(2)防止電解液變質。在鎳氫電池循環壽命期,應抑制電池析氫。(3)鎳氫電池的存放。保存鎳氫電池應在充足電後,如果在電池中沒有儲存電能的情況下長期保存電池,將使電池負極儲氫合金的功能減弱,並導致電池壽命減短。

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