实际上，爱迪生开发的这种电池，使其成为电动汽车的首选电池，而电动汽车在1900年代初是首选的运输方式（随后是汽油和蒸汽动力）。爱迪生的电池比当时使用的铅酸电池具有更高的能量密度，并且只有一半的充电时间，但是它在低环境温度下表现不佳。该电池已广泛用于铁路信号，叉车和备用电源应用中。通过简单地将电解质更改为较高的KOH浓度，实现了低温运行，在铅酸电池可能遭受冰冻损坏的情况下，铁镍电池根本不会受到损坏。

图-铁镍电池将近100年后仍能正常工作

2、铁镍电池特点

铁镍电池不含有毒的铅或镉，这使得对人体健康和生态环境造成的压力较小。

铁镍电池一经发明就被认为是有竞争力的化学电源之一，至今已有100多年的历史。爱迪生关于铁镍电池的近百篇专利详细介绍了铁镍电池的研发历程。因此，人们习惯将铁镍电池称为“爱迪生电池 (Edison Battery) ”。在1910~1960年间，铁镍电池曾经风靡一时，广泛应用于牵引机车电源等领域。之后，随着内燃机的不断发展与应用，以及铅酸电池和镍镉电池大规模应用的冲击，铁镍电池从成本、功率密度及低温性能等方面无法与其竞争，市场份额逐渐减少，只部分应用于铁路和储能等少数领域。

上世纪90年代后，具有高比功率的镍氢和锂离子电池的相继开发和应用，对本来就不具有竞争优势的铁镍电池带来更大的冲击，人们几乎遗忘了铁镍电池的存在。但是，进入21世纪后，随着人们对环境保护意识的加强，以及光伏、风力发电等领域的大规模开发，铁镍电池的安全、绿色环保和廉价耐用的优势再次受到人们的关注，并在光伏储能、铁路或矿车照明等领域得到一定规模的应用。

今天，主要在澳大利亚、美国及欧洲国家用于太阳能房屋储电使用。现在有美国，中国和俄罗斯的铁镍电池制造商尚在生产。目前制造的铁镍电池的容量为5 Ah至1000 Ah。许多原始制造商已不再生产铁镍电池，但是新一代制造商在过去20年中开始出现。

3、铁镍电池技术简介

铁镍电池属于碱性二次电池，现今在碱性电池领域已广泛应用的镍镉电池( Nickel-CadmiumBattery) 由于重金属污染严重而逐渐被人们所摒弃。目前，镍镉电池留下的碱性电池市场空缺可以由以下三种环保电池代替，分别是镍氢电池( Ni-MH Battery) 、镍锌电池( Nickel-Zinc Battery) 和铁镍电池。近年来，由于受到稀土涨价影响，镍氢电池的市场价格较高; 而镍锌电池在可靠性和稳定性方面尚未完全解决；相比于前两种电池，铁镍电池在价格、稳定性以及寿命等方面优势明显。然而，铁镍电池荷电保持率低、低温和倍率性能差是制约其广泛应用的主要技术瓶颈。

组成结构

1902 年，美国专利局公开授权的爱迪生发明专利( US0700136)，介绍了一种可逆伽伐尼电池( Reversible Galvanic Battery) 。铁作为负极，氧化镍作为正极，电解液为氢氧化钾溶液。爱迪生揭示：该电池在放电过程中，正极上的活性物质被还原为氢氧化镍，负极上的铁失去电子后变为二价铁离子，二价铁离子与溶液中的氢氧根结合生成氢氧化亚铁沉淀。电极制作过程中添加25%左右的石墨粉，以增强活性物质的导电性，以上是铁镍电池的雏形。在此后20 多年，爱迪生一直在对铁镍电池进行深入的研究，包括对铁镍电池壳体、隔板、集流体、正负极活性物质制备、添加剂和电解液等的改进。

壳体

起初，爱迪生发明的铁镍电池壳体是用铁或钢材制作的。这种壳体内壁经过镀镍处理以防止由于碱液引起的容器壁的腐蚀，虽然成本较高，但其坚固的结构满足恶劣环境中( 如矿车、火车和地铁应急电源等) 对电池耐震动冲击性能的需求，并且金属导热性良好，有利于电池的散热。目前，在电网储能等领域，由于其场所固定，对电池壳体的机械性能要求不高，所以一般采用工程塑料，如，聚丙烯( PP) 、甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物( MBS) 或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物( ABS) 等，以满足轻便、耐腐蚀的效果。

隔膜

隔膜/隔板的作用是保证正负极之间的绝缘和隔离，防止电池内部短路，同时保证电化学反应时的离子正常迁移，使电池内离子导电畅通。爱迪生采用耐碱石棉纤维材料作为铁镍电池的隔膜，石棉纤维的两面分别涂覆上一层薄薄的镍层和铁层，镍层和铁层分别与正负极板相连，以降低电池的内阻。为了提高石棉板的气孔率和承受压力，爱迪生将石棉隔膜用水杨酸浸泡，收到了很好的效果。对于铁镍电池使用的隔膜，OH^-在隔膜之间的迁移能力、耐碱性能、机械强度和润湿性均是评价隔膜的重要指标。相对于隔膜来说，隔板强度高和绝缘性好，一般用于对功率密度要求不高的铁镍电池中。这种电池由于极板周围电解液充足，因此隔板对极板周围离子迁移影响较弱。常见的隔板有橡胶隔板、聚丙烯( PP) 隔板和聚乙烯( PE) 隔板等。然而，隔膜相对于隔板具有厚度小、离子迁移能力强的优点，这对于电池能量密度和功率密度的提高均有巨大的优势。因此，高性能的铁镍电池以使用隔膜为佳。

集流体

目前，铁镍电池极板所用的集流体多为穿孔钢带，为了提高电池的性能，多在钢带表面镀上“镍层”。这样不仅可以抑制钢带中铁对正极的毒化作用，还能提高集流体在碱液中的耐蚀性，增加电池使用寿命。然而采用钢带作为集流体，大大限制了电池的容量和倍率性能。近年来，随着发泡式和纤维式镍基板的问世，尤其是质轻、孔率高的泡沫镍为基体的泡沫镍涂膏式电极的生产工艺的发展，使铁镍电池的高倍率放电、低自放电率等性能的研究达到了一个新的高度。泡沫镍在镍氢、镍锌等碱性二次电池中的成功应用，也为铁镍电池提供一个新的发展方向: 以泡沫镍为集流体，采用涂膏方法制作的铁负极可以提高铁镍电池的性能。

电解液

铁镍电池中使用的电解液一般为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，经研究，在电解液中添加少量氢氧化锂可以让电池容量增加10%左右。爱迪生指出：电解液中氢氧化锂的质量分数为2%，氢氧化钠的质量分数为15%或氢氧化钾的质量分数为21%，以该比例配制的溶液为电解液的铁镍电池具有良好的性能。氢氧化钾电解液制作的铁镍电池高温性能较好，但价格较氢氧化钠高，因此，工业生产中常常会按照电池使用环境和成本等方面考虑调配电解液。

图-早期铁镍电池

优缺点

寿命长，可达20-30年，保存85年后依然可以使用。15000次循环后容量还可以保持80%。 铁镍电池还有非常优秀的抗过充电、过放电能力。但是它的缺点也很多，相比于2v的铅酸电池，铁镍电池只有1.2v，能量质量比也要比铅酸电池差，放电能力更差，只有铅酸电池的一半多一点（约100W/Kg）。另外铁镍电池的自放电高达40%每月。

电化学机理

在正极板的半电池反应是：

以及在负极板：

(放电从左向右阅读，充电是从右到左阅读。)开路电压为1.4伏特，放电时为1.2伏特。

开发与应用

从1901 年开始， Jungner W 与Edison T 合作发表了多项有关铁镍电池的专利。1910年～1960 年之间，为满足工业上牵引动力的需要，铁镍电池在美国、苏联、瑞士、西德和日本等国家普遍有了商业化应用。如今，国内外仍然有许多厂家致力于铁镍电池的开发与生产。

早在1977 年德国就开始将铁镍蓄电池用于电动汽车，并开始大力研发、生产新型的铁镍蓄电池。他们研制的新型含有纤维镍电极的铁镍蓄电池，比能量可以达到60Wh/kg。1978 年，美国EPI公司致力于研究以烧结镍正极和烧结铁电极组成的铁镍电池，在性能和寿命方面取得了较大进步的同时还降低了电池成本。他们所生产的铁镍电池可以让汽车行驶28000多英里，大大超过了预期容量值。1981年，瑞典SAB-NIFE研发出的铁镍蓄电池在C/5 放电时能量密度可以达55Wh/kg。不但如此，该公司还致力于动力牵引用铁镍蓄电池的研发，取得了很大成就。日本采用先进的烧结方法制作铁镍蓄电池，1C、C/2 倍率放电时能量密度分别可以达到50和60 Wh/kg，循环寿命在1000次以上。