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镍氢电池的电化学原理

发布时间:2025-08-23 15:58:43
镍氢电池(Ni-MH)是一种重要的二次电池,其工作原理基于正负极活性物质之间发生的可逆电化学反应,核心在于氢在正负极间的迁移和存储。
一、核心组件与反应基础
1.正极活性物质:羟基氧化镍(NiOOH),充电态/氢氧化镍(Ni(OH)z),放电态。
2.负极活性物质:储氢合金(通常用表示,如LaNi、AB.或AB,型合金),充电态为金属氢化物(MH),放电态为金属合金(M ).
3.电解液:通常为6 mol/L的氢氧化钾(KOH)溶液,提供参与反应的OH离子和导电介质。电解质本身不参与主要的电流形成反应(净消耗/产生为零)。
4.核心驱动力:镍的价态变化(NiR*→NiP*))与氢 (H)在负极合金中的吸收/释放构成了氧化还原对的电子转移。
二、放电过程(释放电能)
正极反应(还原反应):
NiOOH+ Hz0 +e- → Ni(OH)2+ OH-
放电时,正极活性物质NiOOH接受电子(e),与水(H;0)反应,被还原成Ni(OH),并生成OH离子释放到电解液中。负极反应(氧化反应):
MH+ OH- →+ H:0 + e-
放电时,储存在负极合金中的氢(以MH形式)与电解液中的OH离子反应,被氧化生成水(H:0),释放出电子(e')并
·总放电反应:
NiOOH +MH → Ni(OH)z+M
o可以看出,放电过程是正极被还原、负极被氧化的过程。净结果是消耗了NiOOH和MH,生成了Ni(OH)和M,并向
外电路输出电流。
三、充电过程(储存电能)
正极反应(氧化反应):
Ni(OH)z + OH- → NiOOH+ H:0 +e-
充电时,外电源提供能量,迫使电流反向流动。正极活性物质Ni(OH),失去电子(e)被氧化成NiOOH,同时消耗OH离
子并生成水(H:O)。
负极反应(还原威应):
+ Hz0 +e- →MH+OH-
充电时,负极金属合金(M)接受电子(e),电解液中的水(H;O)被分解,其中的氢(H)被还原并吸收到合金中形成金属氢
化物(MH),同时生成OH离子释放到电解液中。
·总充电反应:
Ni(OH)z+M→→NiOOH+MH
充电过程是正极被氧化、负极被还原的过程。净结果是消耗了Ni(OH)和M,生成了NiOOH和MH,将电能以化学能
形式储存起来。