Никелево-железная батарея или аккумулятор Эдисона принцип работы и характеристики

Какой аккумулятор становится все более популярным с каждым днем, поскольку существует огромный потенциал для его развития в высокоплотный аккумулятор для электромобилей? Ответом будет никель-железный аккумулятор или аккумулятор Эдисона. Одним словом, Ni-Fe аккумулятор очень прочен. Этот аккумулятор обладает очень высокой устойчивостью к перезарядке, глубокому разряду, короткому замыканию и т.д. Этот аккумулятор может работать одинаково хорошо, даже если его не заряжать длительное время. Из-за своей тяжести этот аккумулятор используется в тех приложениях, где вес аккумулятора не имеет значения, например, в системах солнечной энергии, в системах ветроэнергетики и т.д. в качестве резервного источника. Прочность и срок службы никель-железного элемента гораздо выше, чем у свинцово-кислотного аккумулятора, но, тем не менее, никель-железный аккумулятор потерял свою популярность из-за высоких затрат на производство.

Рассмотрим некоторые специфические характеристики никель-железного (Ni-Fe) или аккумулятора Эдисона.

Этот аккумулятор может иметь энергоемкость от 30 до 50 кВт на кг своего веса. КПД зарядки этого аккумулятора составляет около 65%. Это означает, что 65% входящей электрической энергии сохраняется в этом аккумуляторе в виде химической энергии во время процесса зарядки. КПД разрядки составляет около 85%. Это означает, что аккумулятор может передать 85% накопленной энергии нагрузке в виде электрической энергии, а остальная часть энергии теряется из-за саморазряда аккумулятора. Если аккумулятор не используется в течение 30 дней, он потеряет только 10-15% накопленной энергии из-за саморазряда. Никель-железный аккумулятор имеет значительно больший срок службы, который составляет от 30 до 100 лет. Этот период намного больше обычного срока службы свинцово-кислотного аккумулятора, который составляет около десяти лет. Номинальное напряжение никель-железного элемента составляет 1,4 В.

Никель-железный аккумулятор

Основные компоненты, используемые в никель-железном аккумуляторе, это гидроксид никеля(III) как катод, железо как анод и гидроксид калия как электролит. Мы добавляем сульфат никеля и сульфид железа в активный материал.

Конструкция аккумуляторов Эдисона

Емкость Ni-Fe элемента зависит от размера и количества положительных и отрицательных пластин. Внешний вид как положительных, так и отрицательных пластин в таких аккумуляторных элементах одинаков. Обе пластины состоят из прямоугольной решетки, изготовленной из никелированного железа. Каждое отверстие в решетке заполняется мелко перфорированным никелированным стальным ящиком.

Хотя обе пластины выглядят одинаково, они содержат разные активные материалы. Перфорированные никелированные стальные ящики положительных пластин содержат смесь оксида никеля и измельченного углерода, а некоторые отрицательные пластины содержат мелкие зерна оксида железа с мелкой пылью углерода. В обоих пластинах мелкая пыль углерода, смешанная с активными материалами, помогает увеличить электропроводность. Мы используем 20%-ный разбавленный едкий калий в качестве электролита.

Никелированное железо используется для изготовления сосуда, содержащего электролит и электроды. Между пластинами разных полярностей помещаются эбонитовые прутья, чтобы предотвратить их прямой контакт и короткое замыкание. Существует еще одна особенность в конструкции аккумулятора Эдисона или никель-железного аккумулятора, количество отрицательных пластин на одну больше, чем количество положительных пластин, и последнюю отрицательную пластину подключают к корпусу. Пластины одной полярности сварены в общую ленту, образуя элемент, и объединение нескольких элементов создает аккумулятор.

Работа никель-железных аккумуляторов

Мы уже знаем, что основная работа никель-железного аккумулятора заключается в химической реакции внутри аккумулятора, известной как электролиз. Электролиз — это ничто иное, как химическая реакция, происходящая при наличии ток, он может быть как причиной, так и результатом химической реакции. Химия никель-железного элемента очень сложна, так как точная формула для положительного активного материала пока не установлена. Но если мы можем предположить, что материал является Ni(OH)3, то мы можем объяснить это в некоторой степени. Во время зарядки никельсодержащий соединение на положительных пластинах окисляется до пероксида никеля. Процесс зарядки изменяет железосодержащий соединение на губчатое железо на отрицательных пластинах.

В полностью заряженном состоянии активный материал положительных пластин — гидроксид никеля [Ni(OH)3], тогда как в карманах отрицательных пластин — железо, Fe. Когда элемент отдает ток нагрузке, активный материал положительной пластины меняется с Ni(OH)3 на Ni(OH)2, а отрицательной пластины — с железа на гидроксид железа (Fe(OH)2). Электрохимический процесс в аккумуляторе Эдисона можно выразить уравнением

Уравнение выражает как процесс зарядки, так и разрядки. Правая сторона уравнения представляет собой реакцию разрядки, а левая сторона — процесс зарядки. Реакция происходит за счет переноса электронов через внешнюю цепь к положительной пластине во время разрядки. Предусмотрено удаление коррозионных паров, которые образуются во время электролиза внутри аккумулятора, поэтому нет необходимости в специальном обслуживании при установке элемента.

Характеристики никель-железных аккумуляторов

ЭДС полностью заряженного аккумулятора Эдисона составляет 1,4 В. Среднее выходное напряжение составляет около 1,2 В, а среднее зарядное напряжение — около 1,7 В на элемент. Характеристики такого типа аккумулятора показаны ниже на графике.

Напряжение никель-железного аккумулятора похоже на напряжение свинцово-кислотного элемента. Полностью заряженное ЭДС составляет 1,4 В, которое мед