Nikkel Jern Batteri eller Edison Batteri - Funktion og Karakteristika

Hvilken batteri bliver mere populær dag for dag, da der er en stor udviklingspotentiel til at omdanne batteriet til et højenergitæthedsbatteri til elbiler? Svaret ville være Nikkel Jern Batteri eller Edison Batteri. Med ét ord, er et Ni-Fe batteri et meget robust batteri. Dette batteri har en meget høj tolerancen for overladning, fuldstændig udladning, kortslutninger osv. Dette batteri kan yde lige så godt, selv hvis vi ikke oplader det i lang tid. På grund af dets tunge vægt, bruges dette batteri i de applikationer, hvor batteriets vægt ikke spiller nogen rolle, for eksempel i en solcelleanordning, i en vindenergianordning osv. som reserve. Holdbarheden og levetiden af et nikkel-jern-celle er meget højere end hos et blysyre batteri, men alligevel har nikkel-jern-batteriet mistet sin popularitet på grund af dets høje produktionsomkostninger.

Lad os se på nogle specifikke egenskaber ved nikkel-jern (Ni-Fe) eller Edison batteri.

Dette batteri kan have en energileveringskapacitet på 30 til 50 kW pr kg af dens vægt. Opladningseffektiviteten for dette batteri er omkring 65%. Det betyder, at 65% af den indkomne elektriske energi lagres i dette batteri som kemisk energi under opladningen. Udladnings-effektiviteten er omkring 85%. Det betyder, at batteriet kan levere 85% af den lagrede energi til belastningen som elektrisk energi, og resten udlades på grund af selvladning. Hvis batteriet ikke bliver brugt i 30 dage, vil det kun miste 10% til 15 % af den lagrede energi på grund af selvladning. Nikkel Jern batteri har en betydeligt længere levetid, og den er omkring 30 til 100 år. Denne periode er meget længere end den normale levetid for et blysyre batteri, som er omkring ti år. Nominel spænding per nikkel jern celle er 1,4 V.

Nikkel Jern Batteri

De grundlæggende komponenter, der anvendes i nikkel jern batteri, er nikkel(III)-hydroxid som katod, jern som anod og potassium hydroxid som elektrolyt. Vi tilføjer nikkel sulfat og ferros sulfid til det aktive materiale.

Konstruktion af Edison Batterier

Kapaciteten for Ne-Fe cellen afhænger af størrelsen og antallet af positive og negative plader. Udseendet af både positive og negative plader i denne type battericeller er det samme. Begge plader består af rektangulære gitter lavet af nikkelbelagt jern. Hvert af gitterhullerne er fyldt med flade og fint perforerede nikkelbelagte stål bokse.

Selvom begge plader ser ud til at være ens, indeholder de forskellige aktive materialer. De perforerede nikkelbelagte stål bokse af positive plader indeholder en blanding af nikkeloksid og pulveriseret kul, og nogle af de negative plader indeholder fine korn af jernoksid med fint kulstøv. I begge plader hjælper det fine kulstøv, blandet med de aktive materialer, med at øge elektrisk ledningsevne. Vi bruger 20% opdunget kaustisk potaske som elektrolyt.

Nikkelbelagt jern bliver brugt til at lave beholderen, der indeholder elektrolyt og elektroder. Ebonit pinner placeres mellem pladerne af forskellig polaritet for at forhindre, at de kommer i direkte kontakt og forårsager en kortslutning. Der er en anden særegenhed i konstruktionen af Edison batteri eller nikkel jern batteri, nemlig at antallet af negative plader er én mere end antallet af positive plader, og vi forbinder den sidste negative plade elektrisk til beholderen. Plader af samme polaritet løddes til en fælles rem, og de danner en celle, og ved at kombinere flere celler, konstrueres batteriet.

Funktion af Nikkel Jern Batterier

Vi ved allerede, at den primære funktion af nikkel-jern-batteriet er den kemiske reaktion inden i batteriet, som kendes som elektrolys. Elektrolys er intet andet end den kemiske reaktion, der finder sted, når der er strøm, det kan både være årsag og resultat af den kemiske reaktion. Kemi for nikkel-jern-cellen er meget kompliceret, da den præcise formel for det positive aktive materiale endnu ikke er vel etableret. Men hvis vi kan antage, at materialet er Ni(OH)3, kan vi forklare det i en vis grad. Under opladning bliver nikkelforbindelsen på de positive plader oksideret til nikkelperoxid. Opladningsprocessen ændrer jernforbindelsen til spongy jern i de negative plader.

I den fuldt opladte tilstand er det aktive materiale i de positive plader nikkelhydroxid [Ni(OH)3], mens det i lommerne i de negative plader er jern, Fe. Når cellen leverer strøm til belastningen, ændres det aktive materiale i de positive plader fra Ni(OH)3 til Ni(OH)2 og det i de negative plader ændres fra jern til ferroshydroxid (Fe(OH)2). Den elektrokemiske proces i Edison batteri kan udtrykkes ved ligningen

Ligningen udtrykker både fænomenet ved opladning og udladning. Højre side-floden i ligningen er reaktionen ved udladningsfænomenet, og venstre side-floden i ligningen udtrykker opladningsfænomenet. Reaktionen foregår ved overførsel af elektroner gennem den eksterne kredsløb til den positive plade under udladning. Der er en mulighed for at give af de korrosive damp, der dannes under elektrolys i batteriet, så ingen særlig omsorg er nødvendig for montering af cellen.

Egenskaber ved Nikkel Jern Batterier

Spændingen for et fuldt opladt Edison batteri er 1,4 V. Gennemsnitsudladnings-spænding er omkring 1,2 V, og gennemsnitsopladnings-spændingen er omkring 1,7 V pr celle. Egenskaberne for denne type batteri vises nedenfor i figuren.

Spændingskarakteristikkerne for nikkel-jern-batteriet er lignende dem for blysyre-cellens. Som den fuldt opladte emf 1,4 V og den langsomt falder til 1,3 V og derefter meget langsomt til 1,1 eller 1,0 V under udladning. Fra grafen kan vi se, at der ikke er noget nedre grænse for udladnings-emf, hvorefter batteriets output vil være nul. Derfor stopper batteriet med at give output efter en viss tid. Emf'en for et batteri er proportional med temperaturen, hvilket betyder, at emf'en for batteriet stiger med stigende temperatur.
Gennemsnitsvarigheden for opladning af et batteri er 7 timer, og udladningstiden er