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镍氢电池的工作原理及充放电特性

2022-11-10 22:54:33      点击:

 

镍氢电池的工作原理及充放电特性

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镍氢电池的工作原理及充放电特性

一、镍氢电池的工作原理镍
氢电池是以金属氢化物为负极,NiOOH为正极,KOH水溶液为电解液的碱性蓄电池。电化学公式为:
(-)M/MH| KOH(6mol/L)|Ni(OH) 2 /NiOOH(+)储氢合金具有在电位变化时吸放氢的作用。电池利用此功能实现充放电。

镍氢电池的工作原理及充放电特性
图1 镍氢电池工作原理

镍氢电池在充放电过程中的电极反应如下:

(1)负反应
正常的充放电反应为:M+xH 2 O+xe  (charge)⇌(discharge)MH x +xOH 
式中,M代表储氢材料,MH x代表金属氢化物, 标准电极电位为E 0 =-0.93V (VS, Hg/HgO)

过充电反应为:
MH x +2yH 2 O + 2yе  →MH x+2y + 2yOH 
1/2yO 2 + MH x+2y →MH x +yH 2 O
2 +2H 2 O+4e  →40H 
1 /2 pO 2 + M→MH x-2r O p +rH 2
2 О+е  →OH  +1/2H 2

过放电反应包括:
MH p +pOH  →M+ pH 2 O+ pe 
M+1/2 pH 2 →MH p

(2)正极反应
正常的充放电反应为:Ni(OH) 2 +OH - (charge)⇌(discharge)NiOOH + H 2 O+e -
标准电极电位为E 0 =0.39v (VS,汞/HgO)。
过充电反应为
20H  →1/2O 2 +H 2 O+2e 
过放电反应为
2H 2 O+2e  →2OH  +H 2
此时氢气通过隔膜扩散,与负极上的 M 发生反应电极如下:
2 +2OH  -2e →2H 2 O
2M+xH 2 →2 MH x

(3) 电池反应
在正常充放电过程中,电池的一般反应式可表示为
x Ni(OH)2 + M(charge)⇌(discharge)x NiOOH +MH x

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图 2 镍氢电池

标准电池电动势为E 0= 1.32V。过充电时,电池内部的气体发生复合反应,保持电池内部压力平衡,电池电压稳定。氧气在正极上析出,通过多孔隔膜到达负极表面后,与吸附的氢原子重新结合形成水。由于负极的设计容量过剩,当过度充电时,水分子被还原形成吸附的氢原子,而不是氢原子重新结合形成氢分子并沉淀。在上述过程中,镍是一种很好的催化剂。镍氢电池激活后,储氢合金表层金属镍的浓度大大增加。当电池过度充电时,金属镍表面吸附的氢原子增多,有利于复合反应的进行。因此,析氧不会影响电池内部的压力。在过充过程中,电池内部的物质并没有因为析出氧气而发生变化,而是通过氧气的析出和反应消耗来实现物质平衡。

根据上述反应可以看出,镍氢电池正负极发生的反应属于固相转变机理,不涉及任何可溶性金属离子中间产物的生成。因此,电池的正负极具有较高的结构稳定性。性别。此外,镍氢电池一般采用负极容量过剩的配置。当电池过充电时,正极上析出的氧气可在金属氢化物电极表面还原成水;它可以被金属氢化物电极吸收,使电​​池具有良好的抗过充过放性。同时,2 O)在工作过程中,使镍氢电池完全密封,免维护。

2、镍氢电池的
充放电特性以1C的倍率对100Ah的单节电池充电。充电特性曲线如图3所示。在充电初期,电池端电压迅速上升。电池充满电后,继续充电会导致电压因过充而下降。充电会产生放气,甚至有爆炸的危险。因此,应避免镍氢电池过度充电。

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图3 100Ah镍氢电池充电特性曲线

放电试验以1C的额定电流进行。放电特性曲线如图4所示。充满电的镍氢电池在放电初期端电压下降缓慢,当电池容量接近耗尽时,电池端电压才开始下降显著地。在相同条件下,镍氢电池比铅酸电池释放更多的能量。

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图4 银氢电池100Ah放电特性曲线