Nikkel-Raudbatteri või Edisoni batteri töö ja omadused

Mis akku muutub üha populaarsemaks, kuna selle arendamiseks on suur potentsiaal teha sellest elektriautode jaoks kõrge energiatehoga akk? Vastus oleks nikkel-raudakku või Edisoni akk. Ühe sõnaga, Ni-Fe akk on väga tugev akk. See akk suudab hästi vastu seista ületäidmisele, liiga palju laadimisele, lühikese sulamisele jne. See akk suudab hästi töötada isegi siis, kui seda ei lae pikka aega. Tundlikkuse tõttu kasutatakse seda akku sellistes rakendustes, kus akku kaal pole oluline, näiteks päikeseenergia süsteemides, tuuleenergia süsteemides jms. varues. Nikkel-rauda akku kestevus ja eluea on palju pikem kui leiaväetel akkul, kuid nikkel-rauda akk on kaotanud oma populaarsuse kõrge tootmise hinnatõttu.

Vaatame lähemalt mõnda spetsiifilist omadust nikkel-rauda (Ni-Fe) või Edisoni akul.

See akk suudab andestada 30–50 kW energiat kg kohta oma kaalu järgi. Akku laadimise efektiivsus on umbes 65%. See tähendab, et 65% sisendi elektriest energiast hoidetakse selles akus kemialisena laadimisel. Laiendamise efektiivsus on umbes 85%. See tähendab, et akk suudab andestada 85% hoidetud energiast laadi elektrina ja ülejäänud energia läheb kaduma akus ise laienemise tõttu. Kui akk jääb 30 päeva kasutamata, siis see kaotab ainult 10–15% hoidetud energiast ise laienemise tõttu. Nikkel-rauda akku eluea on märkimisväärselt pikem, umbes 30–100 aastat. See aeg on palju pikem kui leiaväetel akkul, mis on umbes 10 aastat. Ni-Fe akku nominaalne pinge on 1,4 V.

Nikkel-rauda akk

Nikkel-rauda akus kasutatakse põhiliste komponentidega nikkeli(III) hidrooksid katoodina, raut anoodina ja kaliumhidrooksid elektrolüütsena. Lisame aktiivsesse materjalisse nikkel-sulfati ja raua sulfidi.

Edisoni akkude ehitus

Ni-Fe elemendi kapasitus sõltub positiivsete ja negatiivsete plaatide suurusest ja arvust. Selle tüübi akku elementides on nii positiivsed kui ka negatiivsed plaadid sama näilised. Mõlemad plaadid koosnevad nikkli plaaditud raude reeglipaatidest. Iga reeglipaatide auke on täidetud sügavate ja väikeste aukestega nikkli plaaditud terase kastidega.

Kuigi mõlemad plaadid näevad välja samamoodi, sisaldavad need erinevat aktiivset materjali. Positiivsete plaatide perforatsioonidel olevad nikkli plaaditud terase kastid sisaldavad nikkli oksiidi ja pulverbent karboni segunikut, ja mõned negatiivsed plaadid sisaldavad raua oksiidi väikesed krüpped ja karboni väikese dusti. Mõlemates plaatides aitab karboni väike dust, mis on segatud aktiivse materjali kõrval, suurendada elektrijuhtivust. Kasutame elektrolüütiks 20% lülitatud kaustikpotasši.

Nikkli plaaditud raud kasutatakse elektrolüüti ja elektroodide sisaldava konteineri valmistamiseks. Eboniit-stabd on paigutatud erineva polaarilisusega plaatide vahel, et neid takistada otsest kontakti ja lühikese sulamise tekkimist. On veel üks eriline omadus Edisoni akku või nikkel-rauda akku ehituses, millel on üks rohkem negatiivseid plaatide kui positiivseid plaatide arv, ja viimane negatiivne plaat on elektriliselt ühendatud konteineriga. Samade polaarilisusega plaatide on ühendatud ühise ribaga, mis moodustab elemendi, ja mitme elementide kombinatsioonist saadakse akk.

Nikkel-rauda akkude tööpõhimõte

Teame juba, et nikkel-rauda akku peamine töö on akus toimuv keemiline reaktsioon, mida nimetatakse elektrolüüsiks. Elektrolüüs on midagi muud kui keemiline reaktsioon, mis toimub, kui on vool, see võib olla nii põhjus kui ka tulemus keemilisest reaktsioonist. Nikkel-rauda elemendi keemia on väga keeruline, kuna positiivse aktiivse materjali täpne valem pole veel hästi määratletud. Kui me võime eeldada, et materjal on Ni(OH)3, siis saame seda mõnevõrra selgitada. Laadimisel muutub nikkli kompleks positiivsetel plaatidel nikkli peroksiidiks. Laadimisprotsess muudab raua kompleksi negatiivsetel plaatidel vedelikuks.

Täielikult laetud seisundis on positiivsete plaatide aktiivne materjal nikkli hidrooksid [Ni(OH)3], samas kui negatiivsete plaatide taskudes on raud, Fe. Kui element andestab voolu laadi, muutub positiivsete plaatide aktiivne materjal Ni(OH)3 Ni(OH)2 ja negatiivsete plaatide aktiivne materjal muutub rauda ferrosoohi (Fe(OH)2). Elektrokemiline protsess Edisoni akus saab väljenduda võrrandiga

Võrrand väljendab nii laadimise kui ka laiendamise fenomenit. Võrrandi parempoolne osa väljendab laiendamise fenomenit, ja vasakpoolne osa väljendab laadimise fenomenit. Reaktsioon toimub elektronide edastamise kaudu välimisele tsirkuitile positiivsele plaatile laiendamisel. On võimalus anda välja korrodiveeriv foon, mis tekib elektrolüüsi käigus akus, nii et elementi paigutamisel ei pea tegema erilisi järelevalvet.

Nikkel-rauda akkude omadused

Täielikult laetud Edisoni akku emf on 1,4 V. Keskmine laiendamise pinge on umbes 1,2 V ja keskmine laadimise pinge on umbes 1,7 V elemendi kohta. Sellise tüübi akku omadused on näidatud järgmisel joonisel.

Nikkel