Bateri Nikel Besi atau Bateri Edison: Cara Kerja dan Ciri-ciri

Bateri manakah yang semakin popular setiap hari kerana terdapat ruang pengembangan yang besar untuk menjadikan bateri tersebut sebagai bateri berketumpatan tenaga tinggi untuk kenderaan elektrik? Jawapannya ialah Bateri Nikel Besi atau Bateri Edison. Dalam satu perkataan, bateri Ni-Fe adalah bateri yang sangat kuat. Bateri ini mempunyai toleransi yang sangat tinggi terhadap pengisian berlebihan, pengecasan berlebihan, pendek siri, dan sebagainya. Bateri ini boleh berfungsi dengan baik walaupun kita tidak mengecas bateri itu untuk tempoh yang lama. Disebabkan beratnya, bateri ini digunakan dalam aplikasi di mana berat bateri tidak menjadi masalah, contohnya, dalam sistem tenaga suria, dalam sistem tenaga angin, dan sebagainya sebagai cadangan. Ketahanan dan jangka hayat sel nikel-besi jauh lebih tinggi daripada bateri asid timbal, tetapi bateri nikel-besi telah kehilangan popularitinya disebabkan kos pembuatan yang tinggi.

Mari kita lihat beberapa ciri-ciri spesifik bateri nikel-besi (Ni-Fe) atau bateri Edison.

Bateri ini boleh memberikan kapasiti penghantaran tenaga 30 hingga 50 kW per kg beratnya. Kecekapan pengecasan bateri ini adalah kira-kira 65%. Ini bermaksud 65% tenaga elektrik input disimpan dalam bateri ini sebagai tenaga kimia semasa proses pengecasan. Kecekapan pelepasan adalah kira-kira 85%. Ini bermaksud bateri dapat menghantar 85% tenaga yang disimpan kepada beban sebagai tenaga elektrik, dan selebihnya dilepaskan disebabkan pengecasan sendiri bateri. Jika bateri dibiarkan tidak digunakan selama 30 hari, ia hanya akan kehilangan 10% hingga 15% tenaga yang disimpan disebabkan pengecasan sendiri. Bateri nikel-besi mempunyai jangka hayat yang jauh lebih panjang, iaitu 30 hingga 100 tahun. Tempoh ini jauh lebih lama daripada jangka hayat normal bateri asid timbal yang kira-kira sepuluh tahun. Voltan nominal setiap sel nikel-besi adalah 1.4 V.

Bateri Nikel Besi

Komponen asas yang digunakan dalam bateri nikel-besi adalah hidroksida nikel(III) sebagai katod, besi sebagai anod, dan hidroksida kalium sebagai elektrolit. Kami menambah sulfat nikel dan sulfida ferus kepada bahan aktif.

Pembinaan Bateri Edison

Kapasiti sel Ne-Fe bergantung pada saiz dan jumlah plat positif dan negatif. Penampilan kedua-dua plat positif dan negatif dalam sel bateri jenis ini adalah sama. Kedua-dua plat terdiri daripada grid segi empat tepat yang dibuat daripada besi dilapisi nikel. Setiap lubang grid diisi dengan kotak baja dilapisi nikel yang dangkal dan berlubang halus.

Walaupun kedua-dua plat kelihatan sama, mereka mengandungi bahan aktif yang berbeza. Kotak baja dilapisi nikel yang berlubang halus pada plat positif mengandungi campuran oksida nikel dan karbon yang dipulverized, dan beberapa plat negatif mengandungi butiran halus oksida besi dengan debu halus karbon. Dalam kedua-dua plat, debu halus karbon yang dicampur dengan bahan aktif membantu meningkatkan konduktiviti elektrik. Kami menggunakan potas kaustik 20% yang dilarutkan sebagai elektrolit.

Besi dilapisi nikel digunakan untuk membuat bekas yang mengandungi elektrolit dan elektrod. Batang ebonit diletakkan antara plat-plat polariti yang berbeza untuk mencegah mereka datang ke dalam hubungan langsung dan menyebabkan pendek siri. Terdapat satu keistimewaan dalam pembinaan bateri Edison atau bateri nikel-besi, di mana jumlah plat negatif adalah satu lebih daripada jumlah plat positif, dan kami menghubungkan plat negatif terakhir ke bekas. Plat-plat dengan polariti yang sama dielas kepada tali umum, dan mereka membentuk sel, dan dengan menggabungkan beberapa sel, bateri dibina.

Operasi Bateri Nikel Besi

Kita sudah tahu bahawa operasi utama bateri nikel-besi adalah reaksi kimia dalam bateri yang dikenali sebagai elektrolisis. Elektrolisis bukan apa-apa selain reaksi kimia yang berlaku apabila terdapat aliran arus, ia boleh menjadi sebab dan hasil reaksi kimia. Kimia sel nikel-besi sangat rumit kerana formula tepat untuk bahan aktif positif belum ditetapkan dengan baik. Tetapi jika kita boleh mengandaikan bahan tersebut sebagai Ni(OH)3, maka kita boleh menerangkan sejauh mana. Semasa pengecasan, kompaun nikel pada plat positif dioksidasi kepada peroksida nikel. Proses pengecasan mengubah kompaun besi kepada besi spons pada plat negatif.

Dalam keadaan penuh cas, bahan aktif plat positif adalah hidroksida nikel [Ni(OH)3], sementara dalam poket plat negatif adalah besi, Fe. Apabila sel menghantar arus ke beban, bahan aktif plat positif berubah dari Ni(OH)3 kepada Ni(OH)2 dan plat negatif berubah dari besi kepada hidroksida ferus (Fe(OH)2). Proses elektrokimia dalam bateri Edison boleh dinyatakan oleh persamaan

Persamaan ini menerangkan kedua-dua fenomena pengecasan dan pelepasan. Aliran kanan persamaan adalah reaksi fenomena pelepasan, dan aliran kiri persamaan menerangkan fenomena pengecasan. Reaksi berlaku melalui pemindahan elektron melalui litar luar ke plat positif semasa pelepasan. Terdapat provisi untuk melepaskan asap korosif yang dihasilkan semasa elektrolisis di dalam bateri supaya tiada perlu perhatian khusus dalam pemasangan sel.

Ciri-ciri Bateri Nikel Besi

EMF bateri Edison yang penuh cas adalah 1.4 V. Voltan purata pelepasan voltan adalah kira-kira 1.2 V dan voltan purata pengecasan adalah kira-kira 1.7 V per sel. Ciri-ciri bateri jenis ini ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Ciri-ciri voltan bateri Nikel Besi serupa dengan sel asid timbal. EMF penuh cas 1.4 V dan ia berkurang perlahan-lahan ke 1.3 V dan kemudian sangat perlahan-lahan ke 1.1 atau 1.0 V semasa pelepasan. Dari graf, kita boleh melihat bahawa tiada had bawah untuk EMF pelepasan di mana output bateri akan menjadi sifar. Oleh itu, selepas tempoh tertentu, bateri berhenti memberikan output. EMF bateri berkadar terus dengan suhu, yang bermaksud EMF bateri meningkat dengan peningkatan suhu.
Tempoh purata pengecasan bateri adalah 7 jam dan tempoh pelepasan adalah 5 jam. Ciri-ciri lain bateri Edison adalah operasi berterusan pada suhu yang lebih tinggi mengurangkan jangka hayat bateri, perkara yang sama berlaku jika bateri dicas lebih daripada tempoh purata pengecasan.
Kecekapan ampere-jam dan wat-jam bateri nikel-besi ini masing-masing ialah 85% dan 60%. Pada suhu 4