鉅大LARGE | 點擊量：1894次 | 2019年08月12日
Ni-Cd電池鎘電極工作原理
Ni-Cd電池鎘電極工作原理實驗證明,鎘電極的反應(yīng)機理是溶解一沉積機理,即放電時鎘以Cd(OH)3-形式轉(zhuǎn)入溶液中,然后生成Cd(OH)2沉淀附著在電極上.
在正常的工作電位(低于鎘電極的鈍化電位),反應(yīng)過程是OH-首先被吸附:
Cd+OH-→Cd-OH吸+e
這一吸附作用,在更高的電位下,被進一步氧化:
Cd+3OH-→Cd(OH)3-+2e
Cd(OH)3-→Cd(OH)2+OH-
沉積在電極表面上的Cd(OH)2呈疏松多孔狀,它不妨隘溶液中OH-連續(xù)向電極表面擴散.因此電極反應(yīng)速度不會受到明顯影響.鎘電極的放電深度較大,活性物質(zhì)利用率較高.
如果到了鎘的鈍化電位,反應(yīng)就不一樣了,這時金屬表面上生成很薄的一層鈍化膜.這層膜一般認為是CdO.如果放電電流密度太大,溫度太低,堿液濃度低,都易引起鎘電極鈍化.
為了防止電極鈍化,主要是在制造活性物質(zhì)時加入表面活性劑或其它添加劑,起分散作用,阻聚作用,阻隘鎘電極在充放電過程中趨向聚合形成大晶體,使電極真實表面積減少;同時,改變鎘結(jié)晶的晶體結(jié)構(gòu),通常生產(chǎn)實踐中一般加入蘇拉油或25號變壓器油.
其它添加劑有Fe,Co,Ni,In等.Fe,Co和Ni可提高電極的放電電流密度,Fe和Ni的加入,可降低放電過程的過電位;In可提高電子導(dǎo)電性,在密封電池中一般加入Ni或鎳的氫氧化物.鉈,鈣,鋁是對鎘電極有害的雜質(zhì).
在堿性溶液中的鎘負極：Cd+2OH-→Cd（OH）2+2e，其反應(yīng)的標準電位為-0.809V，這要比H2+2OH-=2H2O+2e反應(yīng)的標準電位-0.828V稍正一些，因此鎳鎘電池在貯存過程中內(nèi)部不會產(chǎn)生氫氣。另一方面，氫離子在鎘電極上有相當(dāng)高的逸出電位，例如在14%KOH溶液中,溫度為25℃，電流密度為1mA/cm2，氫在鎘電極上的逸出電位約有-1.3V，所以適當(dāng)控制充電電流,充電時可不發(fā)生氫氣逸出.
Cd(OH)2還原Cd時過電位為0.11V,而H2在Cd上析出過電位約為1.05V,只有當(dāng)Cd(OH)2全部還原后,才會有H2析出,此時出現(xiàn)電位急劇上升的變化.
由于鎘電極在堿性溶液中的平衡電位比氫電位正，因此，鎳鎘電池在開路放置或放電時不會析出氫氣。被堿液濕潤的充電態(tài)海綿鎘，對氧有很高的親合能力。因此，無論是充電時正極所產(chǎn)生的氧氣，還是自放電所產(chǎn)生的氧氣，一旦擴散到鎘電極上就很容易與鎘發(fā)生反應(yīng)而被吸收：
2Cd+O2+2H2O=2Cd（OH）2
2Cd+4OH-=2Cd（OH）2+4e
O2+2H2O+4e=4OH-
在鎳鎘電池體系中，氫氣不能被吸收，為了避免氫氣的析出，在設(shè)計密封鎳鎘電池時采取電池的容量受正極限制，即負極容量過量。這樣，在電池充電的末期，僅在正極上有氧氣析出，反應(yīng)如下：
2OH-=H2O+1/2O2+2e
在正常的工作電位(低于鎘電極的鈍化電位),反應(yīng)過程是OH-首先被吸附:
Cd+OH-→Cd-OH吸+e
這一吸附作用,在更高的電位下,被進一步氧化:
Cd+3OH-→Cd(OH)3-+2e
Cd(OH)3-→Cd(OH)2+OH-
沉積在電極表面上的Cd(OH)2呈疏松多孔狀,它不妨隘溶液中OH-連續(xù)向電極表面擴散.因此電極反應(yīng)速度不會受到明顯影響.鎘電極的放電深度較大,活性物質(zhì)利用率較高.
如果到了鎘的鈍化電位,反應(yīng)就不一樣了,這時金屬表面上生成很薄的一層鈍化膜.這層膜一般認為是CdO.如果放電電流密度太大,溫度太低,堿液濃度低,都易引起鎘電極鈍化.
為了防止電極鈍化,主要是在制造活性物質(zhì)時加入表面活性劑或其它添加劑,起分散作用,阻聚作用,阻隘鎘電極在充放電過程中趨向聚合形成大晶體,使電極真實表面積減少;同時,改變鎘結(jié)晶的晶體結(jié)構(gòu),通常生產(chǎn)實踐中一般加入蘇拉油或25號變壓器油.
其它添加劑有Fe,Co,Ni,In等.Fe,Co和Ni可提高電極的放電電流密度,Fe和Ni的加入,可降低放電過程的過電位;In可提高電子導(dǎo)電性,在密封電池中一般加入Ni或鎳的氫氧化物.鉈,鈣,鋁是對鎘電極有害的雜質(zhì).
在堿性溶液中的鎘負極：Cd+2OH-→Cd（OH）2+2e，其反應(yīng)的標準電位為-0.809V，這要比H2+2OH-=2H2O+2e反應(yīng)的標準電位-0.828V稍正一些，因此鎳鎘電池在貯存過程中內(nèi)部不會產(chǎn)生氫氣。另一方面，氫離子在鎘電極上有相當(dāng)高的逸出電位，例如在14%KOH溶液中,溫度為
Cd(OH)2還原Cd時過電位為0.11V,而H2在Cd上析出過電位約為1.05V,只有當(dāng)Cd(OH)2全部還原后,才會有H2析出,此時出現(xiàn)電位急劇上升的變化.
由于鎘電極在堿性溶液中的平衡電位比氫電位正，因此，鎳鎘電池在開路放置或放電時不會析出氫氣。被堿液濕潤的充電態(tài)海綿鎘，對氧有很高的親合能力。因此，無論是充電時正極所產(chǎn)生的氧氣，還是自放電所產(chǎn)生的氧氣，一旦擴散到鎘電極上就很容易與鎘發(fā)生反應(yīng)而被吸收：
2Cd+O2+2H2O=2Cd（OH）2
2Cd+4OH-=2Cd（OH）2+4e
O2+2H2O+4e=4OH-
在鎳鎘電池體系中，氫氣不能被吸收，為了避免氫氣的析出，在設(shè)計密封鎳鎘電池時采取電池的容量受正極限制，即負極容量過量。這樣，在電池充電的末期，僅在正極上有氧氣析出，反應(yīng)如下：
2OH-=H2O+1/2O2+2e
