Nikkel-IJzer Batterij of Edison Batterij Werking en Kenmerken

Welke accu wordt steeds populairder naarmate er een enorme ontwikkelingsruimte is om de accu te veranderen in een accu met hoge energiedichtheid voor elektrische voertuigen? Het antwoord zou zijn Nickel-IJzer Accu of Edison Accu. Met één woord gezegd, is een Ni-Fe accu een zeer robuuste accu. Deze accu heeft een zeer hoge tolerantie voor overladen, overontladen, kortsluiting, enz. Deze accu kan zelfs na een lange periode zonder opladen even goed functioneren. Vanwege het zware gewicht wordt deze accu gebruikt in toepassingen waar het gewicht van de accu niet uitmaakt, bijvoorbeeld in een zonenergie systeem, in een windenergie systeem, enz. als back-up. De duurzaamheid en levensduur van een nikkel-ijzer cel zijn veel hoger dan die van een lood-zuur accu, maar toch is de nikkel-ijzer accu in populariteit gedaald vanwege de hoge productiekosten.

Laten we eens kijken naar enkele specifieke kenmerken van de nikkel-ijzer (Ni-Fe) of Edison accu.

Deze accu kan 30 tot 50 kW energie leveren per kg gewicht. De laadefficiëntie van deze accu is ongeveer 65%. Dat betekent dat 65% van de ingevoerde elektrische energie tijdens het opladen als chemische energie in de accu wordt opgeslagen. De ontladefficiëntie is ongeveer 85%. Dit betekent dat de accu 85% van de opgeslagen energie als elektrische energie aan de belasting kan leveren, terwijl de rest door zelf-ontladen wordt afgevoerd. Als de accu 30 dagen ongebruikt blijft, verliest hij slechts 10% tot 15% van de opgeslagen energie door zelf-ontladen. De nikkel-ijzer accu heeft een aanzienlijk langere levensduur, en dat is ongeveer 30 tot 100 jaar. Deze periode is veel langer dan de normale levensduur van een lood-zuur accu, die ongeveer tien jaar is. De nominale spanning per nikkel-ijzer cel is 1,4 V.

Nikkel-IJzer Accu

De basiscomponenten die in de nikkel-ijzer accu worden gebruikt, zijn nikel(III)-hydroxide als kathode, ijzer als anode en kaliumhydroxide als elektrolyt. We voegen nikel sulfide en ferriet sulfide toe aan het actieve materiaal.

Bouw van Edison Accus

De capaciteit van de Ni-Fe cel hangt af van de grootte en het aantal positieve en negatieve platen. De uiterlijke verschijning van zowel de positieve als de negatieve platen in dit type accucellen is hetzelfde. Beide platen bestaan uit een rechthoekig raster gemaakt van nikkel-geplateerd ijzer. Elk van de rastergaten is gevuld met een ondiepe, fijn geperforeerde nikkel-geplateerde stalen doos.

Hoewel beide platen er hetzelfde uitzien, bevatten ze verschillende actieve materialen. De geperforeerde nikkel-geplateerde stalen dozen van de positieve platen bevatten een mengsel van een oxide van nikel en gepulveriseerde koolstof, en sommige van de negatieve platen bevatten fijne korrels van een oxide van ijzer met fijn stof van koolstof. In beide platen helpt het fijne stof van koolstof, vermengd met actieve materialen, om de elektrische geleidbaarheid te verhogen. We gebruiken 20% verdunnde caustische potas als elektrolyt.

Nikkel-geplateerd ijzer wordt gebruikt om de behuizing te maken die het elektrolyt en de elektroden bevat. Ebonieten stokjes worden tussen de platen van verschillende polariteit geplaatst om direct contact en kortsluiting te voorkomen. Er is nog een specialiteit in de bouw van de Edison accu of nikkel-ijzer accu, namelijk dat het aantal negatieve platen één meer is dan het aantal positieve platen, en we verbinden de laatste negatieve plaat elektrisch met de behuizing. Platen van dezelfde polariteit worden aan een gemeenschappelijke band gelast, en vormen zo een cel, en door meerdere cellen te combineren, wordt de accu gebouwd.

Werking van Nikkel-IJzer Accus

We weten al dat de hoofdfunctie van de nikkel-ijzer accu de chemische reactie binnen de accu is, die bekend staat als elektrolyse. Elektrolyse is niets anders dan de chemische reactie die plaatsvindt wanneer er stroom stroomt, het kan zowel de oorzaak als het resultaat van de chemische reactie zijn. De scheikunde van de nikkel-ijzer cel is zeer complex omdat de exacte formule voor het positieve actieve materiaal nog niet volledig is vastgesteld. Maar als we kunnen aannemen dat het materiaal Ni(OH)3 is, dan kunnen we het enigszins uitleggen. Tijdens het opladen wordt het nikkelverbond op de positieve platen geoxideerd tot nikelperoxide. Het oplaadproces verandert het ijzerverbond in sponsachtig ijzer in de negatieve platen.

In de volledig opgeladen toestand is het actieve materiaal van de positieve platen nikkelhydroxide [Ni(OH)3], terwijl dat in de zakken van de negatieve plaat ijzer, Fe, is. Wanneer de cel stroom levert aan de belasting, verandert het actieve materiaal van de positieve plaat van Ni(OH)3 naar Ni(OH)2 en dat van de negatieve plaat van ijzer naar ijzerhydroxide (Fe(OH)2). Het elektrochemische proces in de Edison accu kan worden uitgedrukt door de vergelijking

De vergelijking drukt zowel het fenomeen van opladen als ontladen uit. De stroom van de rechterkant van de vergelijking is de reactie van het ontladingsfenomeen, en de stroom van de linkerkant van de vergelijking drukt het oplaadingsfenomeen uit. De reactie vindt plaats door het overdragen van elektronen door het externe circuit naar de positieve plaat tijdens het ontladen. Er is een voorziening om de corrosieve damp die tijdens de elektrolyse binnen de accu wordt gegenereerd af te geven, zodat geen speciale zorg nodig is bij het monteren van de cel.

Eigenschappen van Nikkel-IJzer Accus

De spanning van een volledig opgeladen Edison accu is 1,4 V. De gemiddelde ontladingsspanning is ongeveer 1,2 V en de gemiddelde oplaadspanning is ongeveer 1,7 V per cel. De eigenschappen van dit type accu staan hieronder in de figuur getoond.

De spanningseigenschappen van de nikkel-ijzer accu zijn vergelijkbaar met die van de lood-zuur cel. Bij de volledig opgeladen spanning van 1,4 V daalt deze langzaam naar 1,3 V en vervolgens heel langzaam naar 1,1 of 1,0 V tijdens het ontladen. Uit de grafiek kunnen we zien dat er geen ondergrens is voor de ontladingsspanning waarna de uitvoer van de accu nul zal zijn. Daarom stopt de accu na een bepaalde periode met elke uitvoer. De spanning van de accu is recht evenredig met de temperatuur, wat betekent dat de spanning van de accu toeneemt met de temperatuur.
De gemiddelde tijd voor het opladen van de accu is 7 uur en de ontladingstijd is 5 uur. Een andere eigenschap van de Edison accu is dat continu werken bij hogere temperaturen de levensduur van de