Bateria ng Tanso at Bakal o Bateria ni Edison na Pagsasagawa at Katangian

Alin ang battery na naging mas popular araw-araw dahil sa malaking potensyal para maging battery na may mataas na energy density para sa electric vehicle? Ang sagot ay Nickel Iron Battery o Edison Battery. Sa isang salita, ang Ni-Fe battery ay napakalakas na battery. Ang battery na ito ay may mataas na toleransiya sa overcharging, over discharging, short-circuiting, atbp. Ang battery na ito ay maaaring gumana ng maganda kahit hindi ito na-charge sa mahabang panahon. Dahil sa kanyang bigat, ginagamit ang battery na ito sa mga aplikasyon kung saan ang bigat ng battery ay hindi importante, halimbawa, sa solar energy system, sa wind energy system, atbp. bilang backup. Ang tagal ng gastos at buhay ng nickel-iron cell ay mas mataas kaysa sa lead acid battery, ngunit patuloy pa rin ang pagkawala ng popularidad ng nickel-iron battery dahil sa mataas na cost ng paggawa nito.

Tingnan natin ang ilang tiyak na katangian ng nickel-iron (Ni-Fe) o Edison battery.

Ang battery na ito ay maaaring mag-deliver ng 30 hanggang 50 kW energy capacity per kg ng bigat nito. Ang charging efficiency ng battery na ito ay humigit-kumulang 65%. Ito ang ibig sabihin, 65% ng input electrical energy ay nakaimbak sa battery na ito bilang chemical energy sa proseso ng charging. Ang discharging efficiency ay humigit-kumulang 85%. Ibig sabihin, ang battery ay maaaring mag-deliver ng 85% ng imbabang energy sa load bilang electrical energy at ang natitirang bahagi ay nawalan dahil sa self-discharging ng battery. Kung hindi gagamitin ang battery sa loob ng 30 araw, ito lamang ang mawawalan ng 10% hanggang 15% ng imbabang energy nito dahil sa self-discharging. Ang lifespan ng Nickel Iron battery ay napakataas, at ito ay humigit-kumulang 30 hanggang 100 taon. Mas mahaba ito kaysa sa normal na lifespan ng lead acid battery na humigit-kumulang 10 taon. Ang nominal voltage rating per nickel iron cell ay 1.4 V.

Nickel Iron Battery

Ang pangunahing mga komponente na ginagamit sa Nickel iron battery ay nickel(III) hydroxide bilang cathode, iron bilang anode, at potassium hydroxide bilang electrolyte. Idinadagdag namin ang Nickel sulfate at Ferrous sulfide sa aktibong materyales.

Construction of Edison Batteries

Ang kapasidad ng Ne-Fe cell ay depende sa laki at bilang ng positive at negative plates. Ang hitsura ng parehong positive at negative plates sa uri ng battery cells na ito ay pareho. Parehong plates na ito ay binubuo ng rectangular grid na gawa sa nickel-plated iron. Bawat grid hole ay puno ng shallow at finely perforated nickel-plated steel box.

Bagama't ang parehong plates ay magkaiba ang hitsura, sila ay naglalaman ng iba't ibang aktibong materyales. Ang perforated nickel-plated steel boxes ng positive plates ay naglalaman ng mixture ng oxide ng nickel at pulverized carbon, at ang ilang negative plates ay naglalaman ng fine grains ng oxide ng iron kasama ang fine dust ng carbon. Sa parehong plates, ang fine dust ng carbon, na pinagsama sa aktibong materyales, ay tumutulong upang tumaas ang electrical conductivity. Ginagamit natin ang 20% diluted caustic potash bilang electrolyte.

Ang nickel plated iron ay ginagamit upang gawing vessel ang electrolyte at electrodes. Inilalagay ang ebonite sticks sa pagitan ng plates ng iba't ibang polarities upang maprevent ang direct contact at short circuit. Mayroon pa ring espesyal na katangian sa construction of Edison battery o nickel iron battery, kung saan ang bilang ng negative plates ay isang higit pa kaysa sa bilang ng positive plates, at inaalamin natin ang huling negative plate sa container. Ang plates ng parehong polarities ay welded sa common strap, at sila ang gumagawa ng cell, at sa pamamagitan ng pagsasama ng maraming cells, ang battery ay nabubuo.

Operation of Nickel Iron Batteries

Alam na natin na ang pangunahing operasyon ng nickel-iron battery ay ang chemical reaction sa loob ng battery na kilala bilang electrolysis. Ang Electrolysis ay wala kundi ang chemical reaction na nangyayari kapag may current flow, ito ay maaaring sanhi at resulta ng chemical reaction. Ang chemistry ng nickel-iron cell ay napakalito dahil ang eksaktong formula para sa positive active material ay hindi pa lubusang naitatag. Ngunit kung sasabihin natin na ang materyal ay Ni(OH)3, maaari nating ipaliwanag ito hanggang isang punto. Sa panahon ng charging, ang nickel compound sa positive plates ay nagiging oxidized sa nickel peroxide. Ang proseso ng charging ay nagbabago ang iron compound sa spongy iron sa negative plates.

Sa fully charged condition, ang aktibong materyal ng positive plates ay nickel hydroxide [Ni(OH)3], habang ang sa pockets ng negative plate ay iron, Fe. Kapag nag-deliver ang cell ng current sa load, ang aktibong materyal ng positive plate ay nagbabago mula Ni(OH)3 hanggang Ni(OH)2 at ang ng negative plate ay nagbabago mula iron hanggang Ferrous hydroxide (Fe(OH)2). Ang electrochemical process sa Edison battery ay maipapahayag ng equation

Ang equation na ito ay nagpapahayag ng parehong phenomena ng charging at discharging. Ang right side flow ng equation ay ang reaksyon ng discharging phenomenon, at ang left side flow ng equation ay nagpapahayag ng charging phenomenon. Ang reaksyon ay nangyayari sa pamamagitan ng transfer ng electrons sa external circuit sa positive plate sa panahon ng discharge. May provision para sa pag-release ng corrosive fume na nangyayari sa panahon ng electrolysis sa loob ng battery upang walang special care ang kailangan sa mounting ng cell.

Characteristics of Nickel Iron Batteries

Ang emf ng fully charged Edison battery ay 1.4 V. Ang average discharge voltage ay humigit-kumulang 1.2 V at ang average charging voltage ay humigit-kumulang 1.7 V per cell. Ang mga katangian ng uri ng battery na ito ay ipinapakita sa figure sa ibaba.

Ang voltage characteristics ng Nickel Iron battery ay katulad ng lead-acid cell. Bilang fully charged emf 1.4 V at ito ay unti-unting bumababa hanggang 1.3 V at pagkatapos ay unti-unting bumababa hanggang 1.1 o 1.0 V sa panahon ng discharge. Mula sa graph, makikita natin na walang lower limit para sa discharging emf na lumampas dito ang output ng battery ay zero. Dahil dito, pagkatapos ng isang panahon, ang battery ay tumitigil na mag-output. Ang emf ng battery ay direktang proportional sa temperature, na ibig sabihin ang emf ng battery ay tumaas kapag tumaas ang temperature.
Ang average time of charging ng battery ay 7 oras at ang discharging time ay 5 oras. Ang isa pang characteristic of Edison battery ay ang continuous operation sa mas mataas na temperature ay nagbabawas ng buhay ng