鎳氫電池設計方法

鎳氫電池設計者在明確的設計任務和充分的準備下，可以進行設計。根據鎳氫電池用戶的需求，電池設計有兩種方式:一是為電氣設備和儀表供應額定容量電源;另一種只是給出了電源的外部尺寸，研制出性能良好的新規(guī)格電池或異型電池。

鎳氫電池設計步驟:

(1)確定鎳氫電池組合中單體電池數(shù)量和工作電流密度。

A.根據用戶要求，確定鎳氫電池的工作總電壓、工作電流等指標，選擇電池系列，參考系列的伏安曲線。

(實驗數(shù)據或通過實驗獲得)來確定單個電池的工作電壓和工作電流密度。

B.確定電池組中單個電池的數(shù)量。單電池數(shù)量=黃組總工作電壓/單電池電壓

(2)計算鎳氫電池的容量

A.根據所需的工作電流和工作時間，計算額定容量。

額定容量=工作電流×工作時間

確定設計能力。

設計能力=額定能力×設計系數(shù)

設計系數(shù)的設定是為了保證電池的可靠性和使用壽命，一般為1.1~1.2。

(3)計算鎳氫電池的活性物質含量

A.控制電極活性物質的量。

控制電極單細胞活性物質消耗=設計容量×電化學當量/利用率

B.非受控電極活性物質含量。

非控制電極在單個電池中的有效材料消耗=設計容量×電化學當量×過剩系數(shù)/利用率

過量系數(shù)一般在1~2之間，如mi-ni電池為1.3~1.7。

(4)電極板設計(確定電極總面積、電極數(shù)量、單電極物質量、單電極厚度)。

A.根據工作電流和選擇的工作電流密度，計算出電極的總面積(根據控制電極)。

總電極面積=工作電流/工作電流密度

B.根據電池的最大尺寸選擇合適的電極尺寸，計算電極數(shù)量。

電極數(shù)=電極總面積/板面積

C.根據單個電池正極和負極的活性物質含量和電極數(shù)量，計算單個電極的活性物質含量。

單個正(負)極材料量=單個電池中正、負極材料量/正(負)極片數(shù)

D.確定單個電極的厚度

各劑量的正、負服務物質濃度網絡厚度

正(負)極片平均厚度=正(負)極片材料用量/(材料密度×極片面積×(1-孔隙度))+集電極網厚度

式中集電極網厚度=網重/(質量密度×網面積)

(5)電池隔膜材料的選擇及厚度、層數(shù)的確定

根據電池系列和設計要求，選擇合適的電池隔膜材料和厚度，根據具體設計確定所需隔膜層數(shù)。

(6)確定電解液的濃度和用量

根據所選電池系列的特點，可根據具體的電池設計要求和使用條件(如工作電流、工作溫度、循環(huán)性能等)或相關經驗數(shù)據確定電解液的濃度和用量。

電解液的量越少，保證電池不泄漏越好。

(7)確定電池的密封性和單體電池的尺寸

密封性可以用以下公式計算

彈性桿總厚度+隔膜總厚度×100%

電池內徑

關于圓柱細胞，也使用橫截面積

氣密性極片總長度極片厚度+隔膜總長度隔膜厚度為100%

電池的橫截面積

電池的橫截面積等于T乘以d2

D是電池的內徑。電池的密封性是根據所選系列的電池特性和所設計電池的電極厚度來確定的。