鎳鎘電池的工作原理
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。
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↑
