鎳氫電池應用前沿

隨著經濟水平的發展，汽車的保有數量急劇增加，能源和環境問題變得日益嚴重。開發和推廣電動汽車等清潔能源汽車已成為世界各國爭相研究的課題。以內燃機蓄電池共同驅動的混合動力車（HEV）首選的蓄電池采用的就是鎳氫電池。
鎳氫電池具有比功率高、耐過充過放、可快速充電及壽命長和無污染等特點。

下面介紹車用鎳氫電池的技術特點與難點：
1.a型i（oH）2的鎳氫電池體系
因其在向y型NiooH轉化電子數多于β型間的電子數，一直是新材料研究的熱點，同時a型在向y型轉化時膨脹系數小被認為是最理想的鎳氫電池正極材料。其弱點是在強堿溶液中的不穩定性，易陳化轉化成β氫氧化亞鎳；同時其松裝密度太小，無法實現填充的需要，解決這兩個問題將是技術發展研究的重點。
2.AB2型貯氫合金粉在鎳氫電池體系
AB2型貯氫合金粉被認為是理想的負極材料，420mAh/g的克容量一直是研究熱點，但其使用壽命較短和低溫下性能較差，同樣影響它在鎳氫電池體系的使用，有針對性地開展提高這兩項技術的研究是重點。
3.電池寬溫度范圍
通過在正極中添加Ca、Y、Er、Ti、Tm的氧化物以及對電解液的組成和配比進行研究，提高鎳電極的析氧過電位來提高電池在高溫下的充電接受能力，特別是大電流時的充電效率，從而減少體系中因氧氣產生、復合而引起的熱效應；電池制作中降低體系的內阻，減小電化學極化，濃差極化和歐姆極化以減少相應熱量的產生。降低單體電池的厚度，設計適當的電池間隙并配以冷卻系統以利于電池熱量的散發，同時配備熱管理系統。選擇鉆含量高的貯氫合金，降低負極析氫平臺壓力，也是電池高溫性能應用的主要解決方法。電池在低溫時使用的主要問題是負極。采用富鋪型的貯氫合金，同時采用低鉆合金與高鉆合金混合使用，可以有效改善負極在低溫下的性能。
4.電池快速充電技術
電池要進行快速充電就必須解決電池內壓和發熱問題。降低電池內壓，就要提高正極析氧過電位，提高正極充電效率，抑制正極充電產生的氧氣。可以通過在正極中添加鉆類添加劑、在電解液中加入提高正極充電效率的物質，提高負極預留容量和對負極進行表面處理都是降低電池內壓的有效途徑。調整電池預充容量，提高負極活化后的容量和電池負極預充量和預留量，使負極預留量保持較高比例，使負極在正極過充時保持良好的吸附氫能力，提高正極充電效率和在組合結構上設置冷卻裝置也是解決發熱問題提高電池充電速度的方法。
5.電池組結構優化、組合設計研究
在汽車上使用單體電池以串聯形式組合，結構十分緊湊，但需充分考慮電池的散熱。在電池組合方面，對容量、內阻、溫度、充放電特性曲線等因素的綜合考慮時，還需對電池進行篩選組合，對組合電池位置分布進行研究。
6.蓄電池組綜合管理系統
包括熱管理系統、電池運行狀態監控系統和維護系統等。熱管理系統可以在高溫下開啟冷卻系統或通過正溫度系數，調整電池的充電電壓。根據電池組模塊在運行過程中短時間充放電的電壓、溫度等參數變化，在大量實驗數據的基礎上，通過軟件分析平臺，建立較為準確的S0c判別數學模型。將整個電池組分為數十個模塊，實時監控每一模塊的參數變化，對出現的故障進行判別，并對某些可修復的故障進行自行彌補或修復。如果某電池遭受到永久傷害，系統應能自動換入備用電池，從而避免因某個電池的損壞而影響到整個電池組的性能。根據電動機工作特點，通過脈沖方式對電池充電，同時系統中必須具有欠壓保護、過流保護、防短路等安全保護功能。硬件結構上采用高檔單片機，確保電池管理系統操作的可靠性，在通訊方面采用CAN總線，確保汽車的中央控制單元對電池系統的有效控制，采用神經網絡控制技術對電池的荷電量狀態進行有效的監控。
7.電池故障判斷專家系統技術研究
建立電池故障診斷專家系統，隨時記錄電池系統的異常現象，對外留有通訊接口，為車輛的故障診斷提供條件。
8.提高電池的循環壽命
設計先進的電池、極板和安全閥結構，降低體系內壓以減少高溫大電流充電時氣體的析出，設計合理的外殼及密封方式以避免使用中水分的揮發；研究電池組模擬和實際循環中的失效模式，改進設計，控制電極與零部件的途徑或加大設計余量以達到系統最佳的效果。
以上一共8個研究方向就是現有鎳氫電池在最新應用領域的主要改進方向。