Nikl željezni akumulator ili Edisonov akumulator Funkcija i karakteristike

Koja baterija postaje svakim danom popularnija zbog velikog potencijala za razvoj u visokoenergetske baterije za električna vozila? Odgovor bi bio Nikel-željezna baterija ili Edisonova baterija. U jednom riječi, Ni-Fe baterija je vrlo izdržljiva baterija. Ova baterija ima vrlo visoku toleranciju na preopterećenje, iscrpljenost, kratki spoj itd. Ova baterija može isto dobro funkcionirati čak i ako ju dugo ne napajamo. Zbog težine, ova baterija se koristi u aplikacijama gdje težina baterije nije bitna, npr. u sustavima solarnih energija, u vjetrovim sustavima energije itd. kao rezervna. Trajanost i životni vijek nikel-željeznog elementa mnogo su duži od onih olovno-kiselinih baterija, ali ipak, nikel-željezne baterije su izgubile popularnost zbog visokih troškova proizvodnje.

Pogledajmo neke specifične značajke nikel-željezne (Ni-Fe) ili Edisonove baterije.

Ova baterija može dostaviti 30 do 50 kW energije po kg svoje težine. Efikasnost punjenja ove baterije iznosi oko 65%. To znači da se 65% ulazne električne energije pohranjuje u bateriji kao kemijska energija tijekom procesa punjenja. Efikasnost ispunjenja iznosi oko 85%. To znači da baterija može dostaviti 85% pohranjene energije opterećenju kao električna energija, a ostatak se ispušta zbog samopotpunjenja baterije. Ako baterija ostane nepouživana 30 dana, izgubit će samo 10% do 15 % pohranjene energije zbog samopotpunjenja. Nikel-željezna baterija ima značajno duži životni vijek, koji iznosi 30 do 100 godina. Taj period je mnogo duži od normalnog životnog vijeka olovno-kiselinske baterije, koji iznosi oko deset godina. Nominalna naponska ocjena po nikel-željeznog elementa iznosi 1,4 V.

Nikel-željezna baterija

Osnovni komponenti korišteni u nikel-željeznoj bateriji su hidroksid nikela(III) kao katoda, željezo kao anoda i hidroksid kalijeva kao elektrolit. Dodajemo sulfat nikela i sulsfid ferrozna aktivnom materijalu.

Konstrukcija Edisonovih baterija

Kapacitet Ni-Fe elementa ovisi o veličini i broju pozitivnih i negativnih ploča. Izgled pozitivnih i negativnih ploča u ovim tipovima baterijskih celija je isti. Obje ploče sastoje se od pravokutne mreže od nikela pokrivene željezom. Svaka od otvora mreže je ispunjena plovitim i fino perforiranim kutijama od nikela pokrivenog željezom.

Iako obje ploče izgledaju isto, one sadrže različite aktivne materijale. Perforirane kutije od nikela pokrivenog željezom pozitivnih ploča sadrže mješavinu oksida nikela i stavljenog ugljika, a neke negativne ploče sadrže fine zrna oksida željeza s finom praškom ugljika. U obje ploče, fina praška ugljika, miješana s aktivnim materijalima, pomaže u povećanju električne provodnosti. Koristimo 20% razrijeđeni lutan kalijev kao elektrolit.

Nikel pokriven željezom koristi se za izradu posude koja sadrži elektrolit i elektrode. Štapići od ebonita smješteni su između ploča različitih polarnosti kako bi se spriječio njihov direktni kontakt i krati spoj. Postoji još jedna posebnost u konstrukciji Edisonove baterije ili nikel-željezne baterije, a to je da je broj negativnih ploča za jednu veći od broja pozitivnih ploča, a zadnja negativna ploča je električno spojena s posudom. Ploče iste polarnosti su savarene na zajedničku traku, i one čine element, a kombiniranjem nekoliko elemenata, konstruirana je baterija.

Funkcija nikel-željeznih baterija

Već znamo da je glavna funkcija nikel-željezne baterije kemijska reakcija unutar baterije, koja se naziva elektroliza. Elektroliza je ništa drugo nego kemijska reakcija koja se događa kada ima struja, a može biti uzrok i rezultat kemijske reakcije. Kemijska struktura nikel-željeznog elementa je vrlo složena jer se tačna formula za pozitivan aktivni materijal još uvijek ne dovoljno dobro poznaje. Ali ako pretpostavimo da je materijal Ni(OH)3, tada ga možemo do neke mjere objasniti. Tijekom punjenja, nikelski spoj na pozitivnim pločama oksidira se u nikel peroksid. Proces punjenja mijenja željezni spoj u gubavčast željez u negativnim pločama.

U potpuno punjenom stanju, aktivni materijal pozitivnih ploča je nikl-hidroksid [Ni(OH)3], dok je u daskama negativne ploče željezo, Fe. Kada element isporučuje struju opterećenju, aktivni materijal pozitivne ploče mijenja se od Ni(OH)3 na Ni(OH)2, a on negativne ploče mijenja se od željeza na hidroksid ferrozna (Fe(OH)2). Elektrokemijski proces u Edisonovoj bateriji može se izraziti formulom

Formula izražava oba fenomena, punjenja i ispunjenja. Pravilni tok formule predstavlja reakciju ispunjenja, a lijevi tok formule izražava fenomen punjenja. Reakcija se odvija prijenosom elektrona kroz vanjski krug na pozitivnu ploču tijekom ispunjenja. Postoji mogućnost da se emitira korozivni dim koji se generira tijekom elektrolize unutar baterije, tako da se ne treba posebno brinuti o montaži elementa.

Značajke nikel-željeznih baterija

EMF potpuno punjene Edisonove baterije je 1,4 V. Prosječna ispunjena naponska vrijednost iznosi oko 1,2 V, a prosječna punjena naponska vrijednost iznosi oko 1,7 V po elementu. Značajke ovog tipa baterija prikazane su u nastavku na slici.