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[茶馆综合] 短路熔断法修复小型镍氢和镉镍电池(谢德明)

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请黑人回家 发表于 2022-1-5 22:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

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短路熔断法修复小型镍氢和镉镍电池
谢德明

摘要:当电池带不动电器时,意味着在相同负载的情况下,电池输出电流减小,此时一般也有短路电流减小。短路电流减小有3种情况:(1)微短路或者短路。(2)记忆效应。镉镍电池和镍氢电池都有记忆效应,其中镉镍电池严重得多。(3)内阻增大。对于第一种情况,如果是因为枝晶生长引起的短路,可以用大电流熔断法消除枝晶一修复电池。具体做法是使用万用表测量直流电流的部分的最大档,万用表两根线(不作区分)分别接电池的正极和负极。一般要求2A以上,最少10s,如果一次不够,3次。当短路电流不够大时,可以先充足电再对电池短路。

1. 事件
本人有一个电动剃须刀,很多年了。我刮胡子速度很快,不追求刮得很干净。有两次发生转速减慢,咬胡子,胡子自然也就很难刮干净。
12016
第一次出现异常后,我将剃须刀充足电后用万用表短路,测量短路电流持续20秒以上。充足电后短路操作至少重复两次。之后又用了好几年。
22021.11月左右
再次出现咬胡子的情况。这次似乎更加严重,仅仅在刚充足电后不咬胡子,好像第二次就咬胡子。测量短路电流只有1A多一点,正常值应该在5A以上。充足电后测量短路电流不到2A,随着时间延长,逐渐恢复到2.8A之后就没再继续,放一段时间恢复到1A多。第二次修复测量短路电流没有改善,看来是内阻增大的缘故。我找了一颗同样容量的7号镉镍电池,原先是700mAh,想换个大容量的,手头有个850mAh的镍氢AAA电池,但是正负极触点不干净,短路电流是3A多,而那个镉镍电池是6A。我自己有锡焊的一套东西,但是焊不好,所以我找了小区维修电器的花了5元钱拆下旧电池换上新电池。剃须刀修好了。

2. 机理分析
短路电流减小有3种情况:(1)微短路或者短路,此时内阻减小。彻底短路一般不会,那充电时电压也上不去。(2)记忆效应。镉镍电池和镍氢电池都有记忆效应。经过大电流锻炼,电池会记住大电流的情况,也就是大电流性能变好,电池放电时电流会变大。(3)内阻增大。电池充放电一般伴随着电极的膨胀与收缩,长期循环后,正负极均膨胀吸水,隔膜缺水,还有可能逐渐漏液和漏气导致电解液流失到电池外部,这些都会导致内阻增大。
对于第一种情况,如果是因为枝晶生长引起的短路,可以用大电流熔断法消除枝晶。短路对于第二种情况页有作用。对于第二种情况还要求将电池的电放光再充电,放电充电反复三次。镉镍电池的记忆效应严重,所以短路作用较大。镍氢电池记忆效应不明显,短路作用不大。对于第三种情况,目前没有好的方法,因为不可能对电池钻孔加电解液。
电池的内阻是指电流通过电池内部时所受到的阻力(2-19)。充电电池的内阻很小,需要用专门的仪器才可以测量到比较准确的结果。一般说来,放电态内阻(电池充分放电后的内阻)比充电态内阻(充满电时的内阻)大,并且不太稳定。电池内阻越大,电压降低得越多,电池自身消耗掉的能量也越多,电池的使用效率越低。内阻很大的电池在充电时发热很厉害,使电池的温度急剧上升。对电池和充电器的影响都很大。随着电池使用次数的增多,由于电解液的消耗及电池内部化学物质活性的降低,电池的内阻会有不同程度的升高,质量越差的电池变现越明显。当干电池用旧了或二次电池经过多次充放电后或者电池有内部断路时,尽管电压仍比较高,但是不能使负载工作,当在接入负载工作时测量电压则会很低,短路电流也很低甚至为0,这是由于电池内阻大大增加了,这时测得的电压就是业余爱好者所说的虚电

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2-19电池可等效为有内阻的电源

谢德明等编. 饮食、环境、材料与健康,化学工业出版社,2020年10月232页,32开本。书和阅读指南合计100元。阅读指南的名称是:从《健康与化学》到《饮食、环境、材料与健康》彰显营养学和医学的进步。最短的时间学最多的知识:《应用电化学基础》定价58元,含运费。《饮食、环境、材料与健康》,232页,32开本。作者联系方式:微信x13295712479QQ1602627848(谢德明),电子邮件:xiedeming@sina.comQQ群:真实医学营养学研究1078033565。

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附件:
张英华,杨辉.失效镉镍二次电池的修复. 南京师大学报(自然科学版)2000,231):60-61

1 电池失效现象和失效原因探讨

镉镍电池失效现象大体表现为充电终压高,放电电压低,容量低,内部气体压力高,泄漏,断路,短路等。引起镉镍电池失效的因素比较多,有关电池失效的机理探讨也不少。有的认为,引起电池低电阻短路的因素可能是深度放电的结果[1],也有人认为可能是由于长时间低充电率充电引起的[2],还有人认为是在高温下工作,使隔膜强度降低[3]等。考虑到镉在碱性电解液中具有轻微可溶性及其明显的重结晶特性,在充电过程中,如果条件适当,如低电流长时间充电(手机电池慢充电即是如此),镉会以枝晶的形式沉淀,这种枝晶是从一个中心树干上生出的带有尖枝叉的小树木一样的生成物,生长在极板表面。枝晶还有一个分类晶须。这些晶须是一些单丝或棒状结构,直径为1~2m。枝晶可以穿过电池隔膜,跨接极板之间的缝隙,使两极搭碰而引起电池内部短路。充电时,电流经电极及跨接缝隙的结晶物而流通,这样即使充电很长时间,在电极上也只有少量反应发生,生成少量活性物,使电池产生一定电压,但由于内部短路,引起严重的自放电,电池电压将很快地下降为0V。所以很快电池就没电了。针对这种机理,电池的极板、活性物质、电解液、隔膜等实际可能并没有损坏或只是轻微损坏,镉镍电池具有被修复的物质基础。修复电池的关键就是要将电池内部引起短路的结晶物枝晶断开。经过大量实验发现,用大电流熔断细微的晶须就可修复镉镍电池。


2  电池的修复方法
实验用的4/5A镉镍电池来自诺基亚2110手提电话的电池组,该电池组无论充电多长时间,电压始终只有1.3V左右。拆开电池盒,取出5只电池,逐一测量电压,发现4只电池的电压为0V,电阻近乎为,判断为内部短路。只有1只为1.3V,其瞬间短路放电电流大于10A,基本完好。遂对4只失效电池进行修复。用1台电压量程为030V,最大电流为3A的可调晶体管稳压电源(型号为WYJ-2),将10V的镉镍电池的正负极分别与稳压电源的正负极相连,调节电压为30V档,接通电源,此时稳压电源电压瞬间跌落到2.8V左右,电流达到2.5A,并且超载报警指示灯亮。保持810s,然后调节电压降到2.1V,电流降为1A。此时电流表示数会出现上下波动的现象,随时调节电压使电流为1A。等电流指示稳定后,再以1A充电5min,即可取下电池。经测量电压为1.4V,将其瞬间短路放电,电流可达8A。这说明电池内部结晶物已被熔断,活性物质已被激活,电池修复成功。将单节电池进行标准充电,充足电的电池即恢复正常。对另3节电池的修复方法相同,同样获得成功。重新点焊好,装入电池盒,已经历数十次充放电循环使用仍正常。另对50VC(2)电池和30VAA(5)电池的修复也取得了成功。曾有文献介绍其它方法修复电池,如用大容量电解电容使镉镍电池短路,或用充足电的电解电容对坏电池充电等,但效果都不很好,也不太方便。本文提出用瞬间大电流充电修复镉镍电池的方法同样适合于容量为500mAh左右的5号电池和容量为1200mAh2号电池,只是参数有些不同。需要注意的是,修复这些电池时,不能整包电池组做,而必须取出单只有问题的镉镍电池单独做。同时还发现,有时(一般是一昼夜过后)被修复的镉镍电池会重新生出结晶物,电压又变为0V,这时需重复进行上面的步骤,即可修复。

谢德明都市田园.jpg
《饮食、环境、材料与健康》,232页,32开本,定价49.8元。附送一份阅读指南。名称是:从《健康与化学》到《饮食、环境、材料与健康》彰显营养学和医学的进步。关于新冠的预防和治疗,各位可以请教我。作者联系方式:微信x13295712479;QQ:谢德明1602627848,QQ群:真实医学营养学研究(1078033565);电子邮件:xiedeming@sina.com。
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