镍氢电池的工作原理详解

Ni—MH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。其电化学式为：

（-）M/MH|KOH（6mol/L）|Ni（OH）₂/NiOOH（+）储氢合金在电位变化时具有吸氢和释放氢的功能，蓄电池就是利用这种功能实现充放电。

Ni—MH电池在充放电过程中的电极反应如下：

（1）负极反应

正常充放电反应为：

式中，M代表储氢材料，MH_x代表金属氢化物，标准电极电势为E⁰=-0.93V（VS，Hg/HgO）。

过充电反应有：

过放电反应有：

（2）正极反应

正常充放电反应为：(www.xing528.com)

标准电极电势为E⁰=0.39V（VS，Hg/HgO）。

过充电反应为

过放电反应为

这时氢扩散通过隔膜与负极上的M发生如下反应：

（3）电池反应

正常充放电时，电池反应通式可以表示为

标准电池电动势为E⁰=1.32V。过充电时，电池内部气体发生复合反应，保持电池内部的压力平衡和电池电压稳定，正极上析出氧气，通过多孔隔膜到达负极表面后，与吸附氢原子发生复合反应形成水。由于负极的设计容量过剩，在过充电时，水分子被还原形成吸附氢原子，而不是氢原子复合形成氢分子析出。在上述过程中，镍是良好的催化剂。Ni—MH电池被活化后，储氢合金表面层中金属镍的浓度大大提高，当电池过充电时，吸附在金属镍表面的氢原子增多，有利于复合反应的进行。因此氧气析出也不会影响电池内部的压力。过充电过程中，电池内部的物质没有因为析出氧气而变化，而是通过氧气的析出与反应消耗而达到物质平衡。

根据以上反应可以看出：Ni—MH电池正、负极上所发生的反应均属于固相转变机制，不涉及生成任何可溶性金属离子的中间产物，因此电池的正、负极都具有较高的结构稳定性。此外，Ni—MH电池一般采用负极容量过剩的配置方式，电池在过充时，正极上析出的氧气可在金属氢化物电极表面被还原成水；电池在过放时，正极上析出的氢气又可被金属氢化物电极吸收，从而使得电池具有良好的耐过充过放能力。同时，电池在工作过程中不额外生成和消耗电解液组分（包括KOH和H₂O），使得Ni—MH电池可以实现全密封和免维护。