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鎳鎘電池的工作原理

2022-04-14 11:05:49 

有很多小伙伴是想了解一下鎳鎘電池的工作原理,好吧,今天我們量能專業(yè)的鎳氫電池廠家來帶大家了解一下鎳鎘電池的工作原理,我們先介紹一下什么是鎳鎘電池,鎳鎘電池的正極材料為球型氫氧化鎳,充電時(shí)為NiOOH,放電時(shí)為Ni(OH)2。鎳鎘電池(Ni-Cd,Nickel-CadmiunBattery)因其堿性氫氧化物中含有金屬鎳和鎘而出名。

鎳氫電池廠家


負(fù)極材料為棉狀金屬鎘或氧化鎘粉及其氧化鐵粉,氧化鐵粉的作用是使氧化鎘粉有較高的擴(kuò)散性,增多極板的容量。電解液通常為氫氧化納或氫氧化鉀溶液,為了增多蓄電池的容量和循環(huán)壽命,通常在電解液中添加少量的氫量的氫氧化鋰(大約每升電解液加15~20g)。


一、先了解涂璇鎘電極的反應(yīng)基本原理是啥


鎳鎘電池的負(fù)極活性物質(zhì)是棉狀金屬鎘,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)基本原理是溶解一沉積基本原理,放電時(shí)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核心緣故。電極的放電基本原理為首先發(fā)生OH一的吸附:Cd+OH–→Cd-OH吸附+e–


伴隨著電板電勢連續(xù)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(shí),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,更加有利于溶液中的OH一繼續(xù)向電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)蔓延,使內(nèi)部結(jié)構(gòu)的棉狀鎘也通過溶解沉積過程轉(zhuǎn)化為Cd(OH)2實(shí)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)活性物質(zhì)的放電。


二、鎳電極的反應(yīng)機(jī)理


鎳電極充電時(shí),第一步是電極中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(shí)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一結(jié)合生成H20。以上所述反應(yīng)起先發(fā)生在Ni(OH)2顆粒的表層,使得表層中質(zhì)子H+濃度降低,而顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍保持較高濃度的H+。鑒于濃度梯度,H+從顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)向表層蔓延。


鎳電極充電時(shí),鑒于質(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,在終極狀況下會(huì)降低到零,這時(shí)表層中的NiOOH幾乎徹底轉(zhuǎn)化為NiO2。電極電勢不斷上升,反應(yīng)如下:


NiOOH+OH–→NiO2+H2O+e–


鑒于電極電勢的上升,造成溶液中的OH-被氧化,發(fā)生如下反應(yīng):


40H–-4e–→O2↑+2H2O


所以,在充電過程中.鎳電極上會(huì)有O,進(jìn)行析出,但這并不表示充電過程已徹底完成。一般情況下,在充電不久時(shí)鎳電極就會(huì)開始析氧,這也是鎳電極的一個(gè)特點(diǎn)。在終極狀況下,表層中生成的NiO,并不是以單獨(dú)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(huì)發(fā)生分解,進(jìn)行析出氧氣。


2NiO2+H2O→2NiOOH+1/2O2↑


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