统的MH-Ni电池结构都采用圆形卷绕或者方形平板设计,每个电池外部都具有独立的电池壳｡当用于高功率动力系统时,需要进行组装,形成镍氢动力电池组,因此需要大量的连接片,这些都增加了电池组的质量,同时还提高了电池及电池组生产成本｡为了降低成本,提高电池组的性能,必须对电池的组合方式进行改进,双极性电池正是针对此点提出的新型电池结构｡这种电池具有结构紧凑､比能量高､内阻低､电流分布均匀和质量轻的优点,更适合电动车的使用｡

1.工作原理

双极性MH-Ni电池工作原理与传统MH-Ni电池相同,均是以金属氢化物为负极,氢氧化镍电极为正极,氢氧化钾溶液为电解液,电池反应如下:

正极反应

Ni(OH)₂+OH^-→NiOOH+H₂O+e^-      V₀=+0.490V

负极反应

16LaNi₅+H₂O+e^-→1/6LaNi₅H₆+OH^-    V₀=-0.828V

总反应

Ni(OH)₂+16LaNi₅→ NiOOH+1/6LaNi₅H₆   E₀=1.318V

充电时,正极上的Ni(OH)₂转变为NiOOH,水分子在储氢合金负极上放电,分解出氢原子吸附在电极表面形成吸附态的MHad,再扩散到储氢合金内部而被吸收形成氢化物MHab｡

2.结构特点

双极性结构应用于化学电源的想法来源于电化学科学史上著名的“伏达电堆”｡双极性电池结构如下图所示：

双极性电池是一种具有叠层结构的电池,因而又称为双极性电堆｡双极性电池由两个单极性电极和若干个双极性电极组成｡双极性电极是由两侧正负两片单极性电极和导电基板连接组成｡双极性电极与其相邻的电极及它们之间的隔膜共同构成一个相对独立的电池,称为单体电池｡因此,可以通过增加双极性极板的数量来增加单体电池的个数,进而提高电池的总体电压｡单体电池间通过双极性极板中的导电基板直接相连,取消了传统电池组中的极耳､连接条､电池壳,减少了惰性物质的质量,降低了生产成本｡而且这种叠加方式使得每对电极只有一面与对电极相对应,因此叠层电池电极的电流密度是传统电池电极的两倍｡此外,电流方向与电极垂直,电流仅通过很薄的双极板,缩短了电流通过的距离并且增大了电流经过的面积,使电池中电流密度分布更加均匀,从而提高了电池的比能量和比功率;电子迁移通道的缩短,导致电池内阻降低;这种紧凑的结构,使电池内部空间得到充分利用,提高了电池的体积比特性｡