鎳氫電池電極反應方程式

TIME: 2019-07-31 鎳氫電池百科

鎳氫電池是以金屬氫化物爲負極，氫氧化鎳電極爲正極，氫氧化鉀溶液爲電解液，電池的電極反應如下：

正極
充電：Ni（OH）2+OH—NOOH+H2O+e
過充電：40H—2H2O+O2+4e
放電：NiOOH+H20+e—N（OH）2+OH
過放電：2H20+2e—H2+2OH
負極
充電：M+H2O+e—MH+OH
過充電：2H20+O2+4e—40H
放電：MH+OH—M+H2O+e
過放電：H2+2OH—2H20+2e

總電池反應：MH+NOOH=M+Ni（OH）2

充电时，正極上的Ni（OH）2转变为NiOOH，水分子在贮氢合金負極M上放电，分解出氢原子吸附在电极表面上形成吸附态的MHad，再扩散到贮氢合内部而被吸收形成氢化物MHab。氢在合金中的扩散较慢，扩散系数一般都在107~108cm·s1。扩散成为充电过程的控制步骤。
這個過程可以表示如下：
M+H20+e—MH2d+ OH
MHad—aMHab
aMHb—β-MH
MHad+ MHa-—2M+H2
MHad+H2O+e—M+H2+OH

在電極充電初期，電極表面的水分子在金屬鎳的催化作用下被還原成氫原子，氫原子吸附在合金的表面上，

形成吸附態氫原子MH2d。吸附在合金表面上的氫原子擴散進入合金相中，與合金相形成固溶體a-MHab。
當溶解于合金相中的氫原子越來越多，氫原子將與合金發生反應，形成金屬氫化物βMH。當氫原子濃度進一步提高時，將發生氫原子的複合脫附或電化學脫附。
过充电时，由于阳极上可以氧化的Ni（OH）2都变成了NiOOH（除了活性物质内部被隔离的N（OH）2之外），这时OH失去电子形成O2，O2扩散到負極，在贮氢合金的催化作用下得到电子形成OH，也可能与負極产生的氢气复合成水，放出热量，使电池温度升高，同时也降低了电池的内压。負極上由于贮氢合金已吸饱了氢不能再吸氢，这时，水分子在負極上放电形成H2，H2再在贮氢合金的催化作用下与正極渗透过来的氧气复合成水。
放电时，NiOOH得到电子转变为Ni（OH）2，金属氢，化物（QMH）内部的氢原子扩散到表面而形成吸附态的氢原子，再发生电化学反应生成贮氢合金和水。氢原子的扩散步骤仍然成为負極放电过程的控制步骤。
过放电时，正極上可被还原的NiOOH已经消耗完了（鎳氫電池一般设计为負極容量过量），这时H2O便在镍电极上还原
正極（镍电极）：2H20+2e>Hz+2OHT
負極（贮氢合金电极）：H2+2OH>2H20+2e
這樣氫氣在鎳電極上生成，又在貯氫合金電極上消耗掉。這時電池的電壓變成“負”的，即鎳電極電位反而比氫電極電位更負，所以也稱爲反極。

在電池反應中，貯氫合金擔負著貯氫和電化學反應的雙重任務。
从上面的过程可以看出，在过充和过放过程中，由于贮氢合金的催化作用，可以消除产生的O2和H2从而使电池具有耐过充过放电能力。但随着充放电循环的进行，储氢合金逐渐失去催化能力，电池内压便升高了。为了保证氧的复合反应，消除氧气压力，设计电池时，負極容量过量，电池容量由正極限制。实现电池密封时，才能保证电池的安全。

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