Batería de níquel hierro ou batería Edison funcionamento e características

Cal é a bateria que está a volverse máis popular día a día debido á súa gran capacidade de desenvolvemento para convertirse nunha batería de alta densidade energética para vehículos eléctricos? A resposta sería a Bateria de Níquel Ferro ou Bateria Edison. En unha soa palabra, unha batería Ni-Fe é unha batería moi robusta. Esta batería ten unha tolerancia moi alta ao sobrexcarga, descarga excesiva, cortocircuito, etc. Esta batería pode funcionar igualmente ben mesmo se non se carrega durante un longo período. Debido ao seu peso, esta batería úsase en aquelas aplicacións onde o peso da batería non importa, por exemplo, no sistema de enerxía solar, no sistema de enerxía eólica, etc., como respaldo. A durabilidade e a vida útil dunha célula de níquel-ferro son moito maiores que as dunha batería de chumbo-ácido, pero aínda así, a batería de níquel-ferro perdeu a súa popularidade debido ao seu alto custo de fabricación.

Vexamos algúns características específicas da batería de níquel-ferro (Ni-Fe) ou batería Edison.

Esta batería pode ter unha capacidade de entrega de enerxía de 30 a 50 kW por kg do seu peso. A eficiencia de carga desta batería é aproximadamente do 65%. Isto significa que o 65% da enerxía eléctrica de entrada almacénase nesta batería como enerxía química durante o seu proceso de carga. A eficiencia de descarga é aproximadamente do 85%. Isto significa que a batería pode entregar o 85% da enerxía almacenada á carga como enerxía eléctrica e o resto descárgase debido á autodescarga da batería. Se a batería permanece sen usar durante 30 días, só perderá entre o 10% e o 15% da súa enerxía almacenada debido á autodescarga. A batería de níquel-ferro ten unha vida útil significativamente máis longa, que é de 30 a 100 anos. Este período é moito máis longo que a vida útil normal dunha batería de chumbo-ácido, que é de uns dez anos. O voltaxe nominal por célula de níquel-ferro é de 1,4 V.

Bateria de Níquel-Ferro

Os compoñentes básicos utilizados na bateria de níquel-ferro son hidróxido de níquel(III) como catodo, ferro como ánodo e hidróxido de potasio como electrolito. Engadimos sulfato de níquel e sulfuro férrico ao material activo.

Construción das Baterías Edison

A capacidade da célula Ne-Fe depende do tamaño e número de placas positivas e negativas. A apariencia de ambas as placas positivas e negativas neste tipo de células de batería é a mesma. Ambas as placas consisten nunha grade rectangular feita de ferro chapado con níquel. Cada un dos buracos da grade está cheo dunha caixa de acero chapado con níquel perfurada e fina.

Aínda que ambas as placas parecen ser as mesmas, contén materiais activos diferentes. As caixas de acero chapado con níquel perfuradas das placas positivas conteñen unha mezcla de óxido de níquel e carbono pulverizado, e algunhas das placas negativas conteñen gránulos finos de óxido de ferro co polvo fino de carbono. Nas dúas placas, o polvo fino de carbono, mezclado cos materiais activos, axuda a aumentar a conductividade eléctrica. Usamos potasa cáustica diluída ao 20% como electrolito.

O ferro chapado con níquel úsase para facer o recipiente que contén o electrolito e os electrodes. As varas de ébonite colócanse entre as placas de polaridades diferentes para evitar que entren en contacto directo e cause un cortocircuito. Hai outra especialidade na construción da batería Edison ou batería de níquel-ferro, que o número de placas negativas é unha máis que o número de placas positivas, e conectamos electricamente a última placa negativa ao recipiente. As placas de mesma polaridade soldanse a unha correa común, e forman unha célula, e combinando varias células, constrúese a batería.

Funcionamento das Baterías de Níquel-Ferro

Xa sabemos que a operación principal da batería de níquel-ferro é a reacción química dentro da batería, coñecida como electrólise. A electrólise é nada máis que a reacción química que ocorre cando hai corrente, pode ser tanto causa como resultado da reacción química. A química da célula de níquel-ferro é moi complicada porque a fórmula exacta para o material activo positivo aínda non está ben establecida. Pero se podemos asumir que o material sexa Ni(OH)3, entón podemos explicalo ata certo punto. Durante a carga, o composto de níquel nas placas positivas oxídase a peróxido de níquel. O proceso de carga cambia o composto de ferro a ferro esponxoso nas placas negativas.

Na condición totalmente cargada, o material activo das placas positivas é hidróxido de níquel [Ni(OH)3], mentres que no interior das placas negativas é ferro, Fe. Cando a célula entrega corrente á carga, o material activo das placas positivas cambia de Ni(OH)3 a Ni(OH)2 e o das placas negativas cambia de ferro a hidróxido férrico (Fe(OH)2). O proceso electroquímico na batería Edison pode expresarse coa ecuación

A ecuación expresa ambos os fenómenos de carga e descarga. O fluxo do lado dereito da ecuación é a reacción do fenómeno de descarga, e o fluxo do lado esquerdo da ecuación expresa o fenómeno de carga. A reacción ocorre polo traslado de eléctrons a través do circuito externo á placa positiva durante a descarga. Hai unha disposición para dar saída ao fume corrosivo que se xera durante a electrólise dentro da batería, polo que non é necesario ningún cuidado especial na montaxe da célula.

Características das Baterías de Níquel-Ferro

A f.e.m. dunha batería Edison completamente cargada é de 1,4 V. A tensión de descarga media é de aproximadamente 1,2 V e a tensión de carga media é de aproximadamente 1,7 V por célula. As características deste tipo de batería móstranse na figura inferior.

As características de voltaxe da batería de níquel-ferro son similares ás da célula de chumbo-ácido. Como a f.e.m. completamente cargada é de 1,4 V e diminúe lentamente a 1,3 V e despois moi lentamente a 1,1 ou 1,0 V durante a descarga. Dende o gráfico, podemos ver que non hai un límite inferior para a descarga de f.e.m. máis allá do cal a saída da batería será cero. Por iso, despois dun determinado período, a batería deixará de producir saída. A f.e.m. da batería é directamente proporcional á temperatura, o que significa que a f.e.m. da batería aumenta co aumento da temperatura.
O tempo medio de carga dunha batería é de 7 horas e o tempo de descarga é de 5 horas. Outra característica da batería Edison é que a operación continua a temperaturas máis altas diminúe a vida útil da