镍镉电池工作原理是怎么样的?

　　镍镉电池是一种电化学电池，其原理是利用Ni(OH)2和Cd(OH)2之间的化学反应来产生电能，同时将电能转变成蓄电池能量，这种电池的特点是能够提供持续的稳定电流，同时还具备高效能和长工作时间的优点，因此被广泛应用于各种电子设备和应急照明领域，今天格瑞普电池就来跟大家详细讲讲镍镉电池工作原理是怎么样的?

　　一、镍镉电池为什么能够充放电循环使用?

　　镍镉电池是一种常见的二次电池，用途广泛，特别是在便携式电子设备中广受欢迎。对于这种电池的工作原理，许多人并不清楚。本文将从结构、化学反应、性能特点等方面，详细阐述镍镉电池为何可以循环使用。

　　第1节：镍镉电池的结构构造

　　镍镉电池是一种电化学二次电池，它的正极活性材料是氧化镍( Ni(OH)2 )，负极活性材料是氢氧化镉( Cd(OH)2 )。电解质为含有巴林米(CaWO4)的聚乙二醇溶液。这些材料被装在塑料壳内，形成了具有阳、阴两个极性的齐平板状电池。这些板采用螺栓牢固地连接在一起，以使电能传输无阻。

　　镍镉电池有很强的机械强度和抗震性，即使在异常恶劣的环境条件下仍能正常工作，这意味着这种电池可以用于需要高度可靠性的应用中。

　　第2节：镍镉电池的化学反应过程

　　在放电过程中，若直接将氢氧化镍和氢氧化镉混合，则发生化学反应，产生氢和水，这种反应是不可逆转的。而镍镉电池由于有完美的结构安排，电化学反应可以分开进行，从而实现了充放电循环使用。

　　当插入电路时，电池的放置会释放出电荷，电荷流向插入电路的负极。水在放电过程中被分解成氢气和氧气。在负极上，镉被氢离子还原成氢气和Cd(OH)2。在正极上，Ni(OH)2被氢氧根离子氧化成NiOOH和氢离子。电子流通过外部电路，属于电池耗散能量的一部分。

　　第3节：镍镉电池的性能特点

　　每个镍镉电池可以重复地充放电数百、甚至上千次。相比之下，镉镍电池只能充放电大约20次。它比铅酸电池安全得多，因为铅酸电池会涌入液态氢气气气，产生可爆炸的情况，而镍镉电池不会。

　　这种电池还有很小的自放电率，即即使在放置期间也会保持最大电量(8%左右)，这对于一些电子产品来说是很重要的。此外，与镉镍电池相比，镍镉电池的密度可以更大，体积更小，容量也更大，且更轻便。因此，它在便携式电化学设备中广泛使用。

　　第4节：镍镉电池的优缺点

　　镍镉电池具有以下优点:

　　（1）、容量大，电压稳定;

　　（2）、循环可充电;

　　（3）、工作温度范围广，-40℃~+65℃;

　　（4）、机械强度高，通过测试出现固有震动下，安全可靠。

　　同时，它也存在一些缺点，包括：

　　（1）、镉是有毒的重金属，对环境和人体造成污染。

　　（2）、电池内部应力较大，易出现内部短路。

　　（3）、在高温下长时间保持充电可能会导致电极极板失真、内短路，让电池无法使用。

　　第5节：镍镉电池的未来前景

　　随着人们对电池容量和环境友好性方面要求的提高，镍镉电池被逐渐淘汰，而锂离子电池等新型电池正处于研发和进一步推广阶段。不过，镍镉电池仍然有它的用武之地，如某些遥控器、自动门禁、车载电子等领域。

　　二、镍镉电池的优缺点是什么?

　　镍镉电池是一种常见的充电电池，它有着独特的优缺点。在使用这种电池时，我们需要了解它的优缺点，以便根据实际情况做出正确的选择。

　　1、优点1：使用寿命长

　　相比于普通干电池，镍镉电池有着更长的使用寿命。正常情况下，镍镉电池可以充放电数百次，甚至数千次，使得这种电池成为经济实惠的选择。

　　原因在于，镍镉电池的正负极材料更加稳定，不容易发生腐蚀及变形，从而延长了电池的使用寿命。

　　2、优点2：输出电流稳定

　　相较于其他充电电池，镍镉电池的输出电流更为稳定。在使用过程中，电池中的电量下降时，电流依然保持平稳的输出，不会造成设备异常或损坏。

　　这也使得镍镉电池非常适用于需要连续使用较长时间的设备，如移动电源等。

　　3、缺点1：容易记忆效应

　　长时间使用镍镉电池，电池会出现“记忆效应”，影响电池的正常使用。表现为，电池充满电后不能正常工作，必须重新充放电数次才能恢复正常使用状态。

　　造成这种问题的原因是，电池在反复的放电和充电过程中，由于局部电化学活性物质形成了晶体，导致电池在充电过程中的负极活性物份不能充分反应。

　　4、缺点2：重量大

　　相对于其他充电电池，镍镉电池的重量较大。由于它的内部结构更加复杂，因此重量也就更加重一些。事实上，同样容量的镍镉电池要比其他充电电池重1到2倍。

　　然而，虽然重量大，但是这也同时代表着镍镉电池的容量大，并且具有更好的稳定性，充电时间更长，使用寿命更长。

　　5、缺点3：有毒

　　镍镉电池在制作过程中需要使用有害元素镉，且电池寿命到期后，会将大量的重金属镉释放出来，对环境造成毒害。这种重金属会不断地渗透到土壤和水中，从而污染了环境。

　　在使用过程中，如果镍镉电池损坏或丢失，需要及时进行回收处理，不能直接扔掉以免对环境造成影响。

　　三、镍镉电池原理是什么?

　　随着现代科技的不断发展，电池已经成为不可或缺的电源。在众多电池种类中，镍镉电池受到广泛应用，其高能量密度、长寿命且维护较为简单的特点备受赞誉。那么，镍镉电池是如何工作的呢?下面我们将对其原理进行详细阐述。

　　1、镍镉电池的基本构造

　　镍镉电池由上下两个极板、正极活性材料、负极活性材料、电解液和隔膜等多个组成部分构成。

　　其中，正极材料主要由镍(III)氧化物制成;负极材料主要由镉粉末制成;电解液通常为氢氧化钾溶液;隔膜则为聚乙烯或玻璃纤维材料。

　　2、镍镉电池的充放电机理

　　当未充电时，正、负两极之间的电位差为0V。

　　当给镍镉电池充电时，由于外加电源的作用，会在电池内部产生一定的电位差。在此电位差的驱动下，金属镉向正极迁移，而金属镍则在负极表面还原成镍(III)氧化物。这一过程可以用化学方程式表示：

　　Cd + 2OH- → Cd(OH)2 + 2e-

　　NiO(OH) + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH-

　　当电池完全充电时，金属镉完全转化为对应化合物，电位差达到最大值。

　　当使用镍镉电池时，正、负极材料中的离子开始在电池中互相迁移，形成电流。此时，上述反应逆转，使得镍(III)氧化物被还原为Ni(OH)2，同时Cd(OH)2被氧化成Cd再次释放出电子流，产生电能。

　　3、镍镉电池的特点

　　镍镉电池具有以下几个特点：

　　（1）、高能量密度：相较于其他电池种类，镍镉电池的能量密度较高，能够提供更长的使用时间。

　　（2）、长使用寿命：充放电周次较多，但对电池内部物质的影响较小，因此使用寿命长。

　　（3）、性价比高：使用成本相对较低，由于寿命较长，更加经济实惠。

　　（4）、维护简单：镍镉电池需要周期性进行充电和放电才能达到最佳效果，但并不需要特别的维护，十分方便。

　　4、镍镉电池的应用领域

　　由于其诸多优点，镍镉电池得到了广泛的应用，主要体现在以下几个方面：

　　（1）、无线电话：在没有插座电源的情况下，通过放置在底座上进行充电，提供连续通话时间。

　　（2）、医疗器械：作为心脏起搏器、血糖测量仪等小型设备的电源。

　　（3）、消费电子：用于相机、音箱等消费电子设备，输出较为稳定的电量。

　　（4）、航空航天：长寿命，高能量密度适合航空航天等高性能应用，如卫星、导弹等。

　　5、镍镉电池的安全问题

　　在使用过程中，如果电池损坏或存储不当，可能会对个人和环境产生危害。镍镉电池具有如下安全隐患：

　　（1）、容易发生渗漏：电池内部液体渗漏可能对物品产生腐蚀性、腐蚀性气体等危害。

　　（2）、存在过热风险：电池使用过程中，特别是超过额定出力时，可能存在过热的风险。

　　（3）、存在爆炸风险：在高温、高压、电极短路等情况下，可能发生爆炸，会造成伤害。

　　镍镉电池是一种重要的二次电池之一，它的工作原理基于镍、镉两种金属的不同化学性质，在外加电场的作用下，镍和镉之间会发生化学反应从而储存或释放电能。通过对镍镉电池的研究和应用，我们可以更好地了解电池的储能原理和性质，为电子产品的发展和提高储能效率提供有力的支持；值得注意的是，由于镉有毒性，因此在使用和处理废弃电池的过程中要注意环保和卫生安全。针对镍镉电池中极易发生极化现象导致电池衰老的问题，也需要进一步深入研究和改进。通过这些问题的解决，我们可以更好地应用镍镉电池为社会服务，并进一步推进新型高效电池研发的进程。