新聞資訊 news

您現(xiàn)在的位置:首頁 > 新聞資訊 > 鎳鎘電池工作原理

鎳鎘電池工作原理

鎳鎘電池

鎳鎘電池的正極材料為球形氫氧化鎳,充電時為NiOOH,放電時為Ni(OH)2。鎳鎘電池(Ni-Cd,Nickel-Cadmiun Battery)因其堿性氫氧化物中含有金屬鎳和鎘而得名。

鎳鎘電池工作原理反應(yīng)方程式

負(fù)極材料為海綿狀金屬鎘或氧化鎘粉以及氧化鐵粉,氧化鐵粉的作用是使氧化鎘粉有較高的擴(kuò)散性,增加極板的容量。電解液通常為氫氧化納或氫氧化鉀溶液,為了增加蓄電池的容量和循環(huán)壽命,通常在電解液中加入少量的氫量的氫氧化鋰(大約每升電解液加15~20g)。

(1)鎳電極反應(yīng)機(jī)理

鎳電極充電時,首先是電極中Ni(OH)2顆粒表面的Ni2+失去電子成為Ni3+,電子通過正極中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和集流體向外電路轉(zhuǎn)移;同時Ni(OH)2顆粒表面晶格OH中的H+通過界面雙電層進(jìn)入溶液,與溶液中的OH結(jié)合生成H20。上述反應(yīng)先是發(fā)生在Ni(OH)2顆粒的表面層,使得表面層中質(zhì)子H+濃度降低,而顆粒內(nèi)部仍保持較高濃度的H+。由于濃度梯度,H+從顆粒內(nèi)部向表面層擴(kuò)散。

鎳電極充電時,由于質(zhì)子H+在NiOOH/Ni(OH)2,顆粒中擴(kuò)散系數(shù)小,顆粒表面的質(zhì)子濃度降低,在極限情況下會降低到零,這時表面層中的NiOOH幾乎全部轉(zhuǎn)化為NiO2。電極電勢不斷升高,反應(yīng)如下:

NiOOH+OH →NiO2+H2O + e

由于電極電勢的升高,導(dǎo)致溶液中的OH-被氧化,發(fā)生如下反應(yīng):

40H - 4e–  → O2↑+2H2O

因此,在充電過程中.鎳電極上會有O,析出,但這并不表示充電過程已全部完成。通常情況下,在充電不久時鎳電極就會開始析氧,這是鎳電極的一個特點。在極限情況下,表面層中生成的NiO,并非以單獨的結(jié)構(gòu)存在于電極中,而是摻雜在NiOOH晶格中。NiO2不穩(wěn)定,會發(fā)生分解,析出氧氣。

2NiO2+H2O→2NiOOH+1/2O2↑

(2)鎘電極的反應(yīng)機(jī)理

鎳鎘電池的負(fù)極活性物質(zhì)是海綿狀金屬鎘,放電產(chǎn)物是難溶于KOH溶液的Cd(OH)2。鎘電極的放電反應(yīng)機(jī)理是溶解一沉積機(jī)理,放電時Cd被氧化,生成Cd(OH)3進(jìn)入溶液,然后再形成Cd(OH)2沉積在電極上。Cd(OH)3在堿液中的溶解度為9×10-5mol/L,該濃度可以使鎘電極具有較高的反應(yīng)速率,這也是鎳鎘電池能夠高倍率放電的主要原因。電極的放電機(jī)理為首先發(fā)生OH的吸附:Cd+OH→Cd-OH吸附+e

隨著電板電勢不斷升高,鎘進(jìn)一步氧化,生成Cd(OH)3進(jìn)入溶液:

Cd-OH吸附+2OH→Cd(OH)3+2e-

當(dāng)界面溶液中Cd(OH)3過飽和時,Cd(OH)2就沉積析出:

Cd(OH)3→Cd(OH)2↓+OH

生成的Cd(OH)2附著在電極表面上,形成疏松多孔的Cd(OH)2,有利于溶液中的OH繼續(xù)向電極內(nèi)部擴(kuò)散,使內(nèi)部的海綿狀鎘也通過溶解沉積過程轉(zhuǎn)化為Cd(OH)2實現(xiàn)內(nèi)部活性物質(zhì)的放電。

聲明: 本站部分文章及圖片來源于互聯(lián)網(wǎng),如有侵權(quán),請聯(lián)系刪除。
友情提示:留下您的需求和聯(lián)系方式,我們收到信息將第一時間聯(lián)系您!
姓 名:
郵箱
留 言: