Никелево-жълезната батерия или батерията на Едисон: Функциониране и характеристики

Коя батерия става все по-популярна с всеки изминал ден, тъй като има огромен потенциал за развитие в преобразуването на батерията в батерия с висока енергийна гъстота за електрически автомобили? Отговорът би бил Никелево-желязна батерия или Едисонова батерия. С една дума, Ni-Fe батерията е много робустна батерия. Тази батерия има висока толерантност към прекомерно зареждане, прекомерно разряждане, краткосрочно замыкване и т.н. Тази батерия може да работи равно добре дори ако не я зареждаме за дълъг период. Заради своята тегло, тази батерия се използва в приложения, където теглото на батерията не е важно, например, в система за слънчева енергия, в система за вятърна енергия и т.н. като резерв. Дълговечността и продължителността на живот на никел-желязната клетка са много по-високи от тези на свинцово-киселинна батерия, но въпреки това никел-желязната батерия е загубила популярността си поради високите разходи за производство.

Да разгледаме някои специфични характеристики на никел-желязната (Ni-Fe) или Едисоновата батерия.

Тази батерия може да достави 30 до 50 кВт енергия на килограм тегло. Ефективността на зареждане на тази батерия е около 65%. Това означава, че 65% от входящата електрическа енергия се съхранява в тази батерия като химическа енергия по време на процеса на зареждане. Ефективността на разряждане е около 85%. Това означава, че батерията може да достави 85% от съхранената енергия към потребителя като електрическа енергия, а остатъкът се разразядка поради саморазряждане. Ако батерията остане неизползвана за 30 дни, тя ще загуби само 10% до 15% от съхранената енергия поради саморазряждане. Никел-желязната батерия има значително по-дълъг живот, който е около 30 до 100 години. Този период е много по-дълъг от нормалния живот на свинцово-киселинна батерия, който е около десет години. Номиналната напрежение на никел-желязната клетка е 1,4 В.

Никел-желязна батерия

Основните компоненти, използвани в никел-желязна батерия, са хидроксид на никел(III) като катод, желязо като анод и хидроксид на калий като електролит. Добавяме сулфат на никел и сулфид на железо към активната материя.

Конструкция на Едисоновите батерии

Капацитетът на Ni-Fe клетка зависи от размера и броя на положителните и отрицателните платки. Видът на положителните и отрицателните платки в този тип батерийни клетки е един и същ. И двете платки се състоят от правоъгълен решетчат метал, покрит с никел. Всяка от дупките на решетката е запълнена с мелко перфорирана кутия от никелирана стомана.

Макар и двете платки да изглеждат еднакви, те съдържат различни активни материали. Перфорираните никелирани стоманени кутии на положителните платки съдържат смес от оксид на никел и пулверизиран въглерод, а някои от отрицателните платки съдържат мелки зърна от оксид на железо с фин прах от въглерод. В двете платки, финият прах от въглерод, смесен с активните материали, помага да се увеличи електрическата проводимост. Използваме 20% разтворен каустичен поташ като електролит.

Никелирано желязо се използва за правене на съда, съдържащ електролита и електродите. Ебонитови пръчки се поставят между платките с различни полярности, за да предотвратят директен контакт и краткосрочно замыкване. Има и друга специфика в конструкцията на Едисоновата батерия или никел-желязната батерия, а именно, че броят на отрицателните платки е с една повече от броя на положителните платки, и последната отрицателна плочка е електрически свързана със съда. Платките с еднаква полярност са сварени към обща лента, и те образуват клетка, а комбинирайки няколко клетки, батерията се конструира.

Функциониране на никел-желязните батерии

Вече знаем, че основната операция на никел-желязната батерия е химическата реакция вътре в батерията, известна като електролиз. Електролизът е нищо друго освен химическата реакция, която се случва, когато има ток, той може да бъде както причина, така и резултат от химическата реакция. Химията на никел-желязната клетка е много сложна, тъй като точната формула за положителния активен материал все още не е добре установена. Но ако приемем, че материалът е Ni(OH)3, то можем да го обясним до някаква степен. По време на зареждане, никеловият състав в положителните платки се окислява до никелов пероксид. Процесът на зареждане променя железния състав в отрицателните платки, превръщайки го в гъбаобразно железо.

В напълно заредено състояние, активният материал на положителните платки е никелов хидроксид [Ni(OH)3], докато в джобовете на отрицателната плочка е железо, Fe. Когато клетката доставя ток към потребител, активният материал на положителната плочка се променя от Ni(OH)3 до Ni(OH)2, а на отрицателната плочка - от железо до ферозни хидроксид (Fe(OH)2). Електрохимическият процес в Едисоновата батерия може да се изрази с уравнението

Уравнението изразява както явленията на зареждане, така и разряждане. Правата страна на уравнението представлява реакцията на явление на разряждане, а лявата страна - явление на зареждане. Реакцията се състои от прехвърляне на електрони през външната верига към положителната плочка по време на разряждане. Има устройство за издаване на корозивни пара, които се генерират по време на електролиза в батерията, така че не е необходима специална грижа при монтиране на клетката.

Характеристики на никел-желязните батерии

ЕДС на напълно заредена Едисонова батерия е 1,4 В. Средната разрядна