Bateria de níquel ferro o bateria d'Edison: funcionament i característiques
Quina bateria està guanyant popularitat dia rere dia degut al gran potencial de desenvolupament per convertir-se en una bateria d'alta densitat energètica per a vehicles elèctrics? La resposta seria la Bateria de Níquel Ferro o Bateria Edison. En una paraula, una bateria Ni-Fe és molt robusta. Aquesta bateria té una gran tolerància a la sobrecarrega, descàrrega excessiva, curcuits tancats, etc. Aquesta bateria pot funcionar igual de bé fins i tot si no s'ha carregat durant un llarg període. Degut al seu pes elevat, aquesta bateria es fa servir en aquelles aplicacions on el pes de la bateria no importa, per exemple, en el sistema d'energia solar, en el sistema d'energia eòlica, etc., com a suport. La durabilitat i la vida útil d'una cèl·lula de níquel ferro són molt més altes que les d'una bateria d'plom-àcid, però encara així, la bateria de níquel ferro ha perdut popularitat degut al seu alt cost de fabricació.
Anem a veure alguns dels punts específics de la bateria de níquel ferro (Ni-Fe) o bateria Edison.
Aquesta bateria pot tenir una capacitat d'entrega d'energia de 30 a 50 kW per kg de pes. L'eficiència de càrrega d'aquesta bateria és d'aproximadament el 65%. Això significa que el 65% de l'energia elèctrica d'entrada es converteix en energia química durant el procés de càrrega. L'eficiència de descàrrega és d'aproximadament el 85%. Això significa que la bateria pot lliurar el 85% de l'energia emmagatzemada a la càrrega com a energia elèctrica, i el restant es descarrega per autodescàrrega de la bateria. Si la bateria es manté sense utilitzar durant 30 dies, només perdrà un 10% a un 15 % de l'energia emmagatzemada per autodescàrrega. La bateria de Níquel Ferro té una vida útil significativament més llarga, i és d'uns 30 a 100 anys. Aquest període és molt més llarg que la vida útil normal d'una bateria d'plom-àcid, que és d'uns deu anys. El voltatge nominal per cèl·lula de níquel ferro és de 1,4 V.
Bateria de Níquel Ferro
Els components bàsics utilitzats en la bateria de níquel ferro són hidròxid de níquel (III) com a catòde, ferro com a anòde i hidròxid de potassi com a electròlit. Afegim sulfat de níquel i sulfur de ferro al material actiu.
Construcció de les Bateries Edison
La capacitat de la cèl·lula Ne-Fe depèn de la mida i el nombre de plaques positives i negatives. L'aparença de les plaques positives i negatives en aquest tipus de cèl·lules de bateria és la mateixa. Totes dues plaques consisteixen en una graella rectangular feta de ferro platinat amb níquel. Cada forat de la graella està omplert amb una caixa de ferro platinat amb níquel perforada i fina.
Encara que totes dues plaques semblien ser les mateixes, contenen materials actius diferents. Les caixes de ferro platinat amb níquel perforades de les plaques positives contenen una barreja d'òxid de níquel i carboni pulveritzat, i algunes de les plaques negatives contenen grans fines d'òxid de ferro amb pols fin de carboni. En totes dues plaques, el pols fin de carboni, barrejat amb els materials actius, ajuda a augmentar la conductivitat elèctrica. Utilitzem 20% de potassa caustic diluïda com a electròlit.
El ferro platinat amb níquel s'utilitza per fer el recipient que conté l'electròlit i els electrodes. Es col·loquen taules d'ebonita entre les plaques de polaritats diferents per evitar que entren en contacte directe i causin un curcuit tancat. Hi ha una altra especialitat en la construcció de la bateria Edison o bateria de níquel ferro, que és que el nombre de plaques negatives és una més que el nombre de plaques positives, i connectem la darrera placa negativa al recipient. Les plaques de la mateixa polaritat es solden a una correa comuna, i formen una cèl·lula, i combinant diverses cèl·lules, es construeix la bateria.
Funcionament de les Bateries de Níquel Ferro
Ja sabem que el principal funcionament de la bateria de níquel ferro és la reacció química dins la bateria, que es coneix com a electrolisi. L'electrolisi no és res més que la reacció química que es produeix quan hi ha corrent elèctric, pot ser tant la causa com el resultat de la reacció química. La qüímica de la cèl·lula de níquel ferro és molt complicada perquè la fórmula exacta del material actiu positiu encara no està ben establerta. Però si assumim que el material sigui Ni(OH)3, podem explicar-ho en certa mesura. Durant la càrrega, el compost de níquel a les plaques positives s'oxida a peròxid de níquel. El procés de càrrega canvia el compost de ferro a ferro esponjós en les plaques negatives.
En condicions totalment carregades, el material actiu de les plaques positives és hidròxid de níquel [Ni(OH)3], mentre que en les bosses de les plaques negatives és ferro, Fe. Quan la cèl·lula lliura corrent a la càrrega, el material actiu de les plaques positives passa de Ni(OH)3 a Ni(OH)2 i el de les plaques negatives passa de ferro a hidròxid de ferros (Fe(OH)2). El procés electroquímico a la bateria Edison es pot expressar amb l'equació
L'equació expressa tant el fenomen de càrrega com el de descàrrega. El flux de la part dreta de l'equació és la reacció del fenomen de descàrrega, i el flux de la part esquerra de l'equació expressa el fenomen de càrrega. La reacció es produeix mitjançant la transferència d'electrons a través del circuit extern a la placa positiva durant la descàrrega. Hi ha una disposició per donar vent al fum corrosiu que es genera durant l'electrolisi dins de la bateria, de manera que no cal cap atenció especial en la montatge de la cèl·lula.
Característiques de les Bateries de Níquel Ferro
El fme de la bateria Edison totalment carregada és de 1,4 V. El voltatge mitjà de descàrrega és d'aproximadament 1,2 V i el voltatge mitjà de càrrega és d'aproximadament 1,7 V per cèl·lula. Les característiques d'aquest tipus de bateria es mostren a continuació en la figura.
Les característiques de voltatge de la bateria de Níquel Ferro són similars a les de la cèl·lula d'plom-àcid. Com que el fme totalment carregat és de 1,4 V i disminueix lentament a 1,3 V i després molt lentament a 1,1 o 1,0 V durant la descàrrega. Des del gràfic, podem veure que no hi ha límit inferior per al fme de descàrrega més enllà del qual la sortida de la bateria serà zero. És per això que després d'un cert període, la bateria deixa de donar sortida. El fme de la bateria és directament proporcional a la temperatura, és a dir, el fme de la bateria augmenta amb l'augment de la temperatura.
El temps mitjà de càrrega d'una bateria és de 7 hores i el temps de descàrrega és de 5 hores. Una altra característica de la bateria Edison és que l'operació contínua a temperatures més altes disminueix la vida de la bateria, el mateix passa si la bateria es carrega més del temps mitjà de càrrega.
L'eficiència en amp
