認識「鎳鎘電池」及「鎳鎘電池」維護須知

鎳鎘電池（Nickel-cadmium Battery）
國立台灣大學化學系黃俊誠博士/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

鎳鎘電池是一種使用氫氧化亞鎳（Nickel oxyhydroxide；NiOOH）與金屬鎘（Cd）為電極的蓄電電池，最早於1899年由瑞典的的渥德莫‧甄格（Waldemar Jungner, 1869-1924）發明。在此之前，鉛酸電池是唯一能重複使用的蓄電池。其電池主要構造原理為：位於陽極的鎘和氫氧化鈉（NaOH）中的氫氧根離子（OH-）反應成氫氧化鎘，並附著在陽極上，同時產生電子；電子沿著電線至陰極，和陰極的氫氧化亞鎳反應形成氫氧化鎳(Ni(OH)2)，氫氧化鎳附著在陰極上。因為在陽極半反應中消耗掉的氫氧根離子，在陰極半反應中又產生，故氫氧化鈉溶液濃度不會隨著時間而下降。反應式如下：
放電反應式：
陽極反應：Cd(s) + 2OH－(aq) →Cd(OH)2(s) +2e－
陰極反應： 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) + 2e－→ Ni(OH)2(s) + 2OH－(aq)
總反應： Cd(s) + 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) → Cd(OH)2(s) + 2Ni(OH)2(s)

當電池充電太多或反向充電時，其反應的主要生成物為氫氣和氧氣。這是因為電池充電時，陰極氫氧化亞鎳全部還原成氫氧化鎳; 當充電飽和時沒有氫氧化亞鎳可供氧化，取代的是系統中的水進行氧化產生氧氣。而在陽極中，當所有的氫氧化鎘皆已反應成金屬鎘後，如再繼績充電的話，則改由水中的氫離子接受電子還原產生氫氣。這時過度充電所產生的氧氣會很快地再與鎘結合，因此不會使密封的電池氣壓太高而產生爆炸的危險。雖然在陽極金屬片中產生的氫氣亦會與陰極的金屬片結合，但是反應速率太慢，使得氫氣積存在密封的電池中，電池有爆炸的危險。因此面對著過度充電的情況，電池設計者選擇讓電池只能產生氧氣。

鎳鎘電池是目前最便宜的可充電式電池，因其組成成份含鎘有害金屬，在使用上受到環保單位的多方關注。但由於其低內阻，高功效的特性，也是其它電池所難以取代，電池型式區分為圓柱型，鈕扣型及袋式等。鎳鎘電池雖然價格較其他的的不可充電的一次電池（Primary battery）昂貴，可是使用壽命較長（現在市面上的鎳鎘電池大多都能充電1000次左右），放電和充電速率高。而鎳鎘電池和大多的電池最大不同為其電壓不會隨著使用的時間而下降(約1.2-1.45 V)，具十分穩定的電壓，廣受歡迎；唯其缺點是有比較明顯的記憶效應。鎳鎘電池目前廣泛使用於無線電收發器、電動牙刷、電鑽、電動括鬍刀、閃光燈、電子計算機等各式各樣的小形電器用品鎳鎘電池維護須知