Nikel-železna baterija ali Edisonova baterija delovanje in značilnosti
Katera baterija se vse bolj prilagaja vsakodnevnemu uporabi, saj je veliko možnosti za razvoj visoko gosto energijske baterije za električna vozila? Odgovor bi bil Nikel železna baterija ali Edisonova baterija. Z drugimi besedami, Ni-Fe baterija je zelo odporna baterija. Ta baterija ima zelo visoko toleranco za pretiskanje, pretok, kratkopovezave itd. Ta baterija lahko deluje enako dobro, tudi če jo dolgo ne polnimo. Zaradi svoje teže se ta baterija uporablja v aplikacijah, kjer teža baterije ni pomembna, na primer v sistemih sončne energije, v sistemih vetrske energije itd. kot rezervni vir. Trajanost in življenjski čas nikel-železnega celica je mnogo višji kot pri olovinsko-kislinsko bateriji, toda nikel-železna baterija je izgubila popularnost zaradi visoke proizvodne cene.
Poglejmo si nekatere specifične značilnosti nikel-železne (Ni-Fe) ali Edisonove baterije.
Ta baterija lahko doseže kapaciteto dostave energije 30 do 50 kW na kg svoje teže. Učinkovitost polnjenja te baterije je približno 65 %. To pomeni, da 65 % vhodne električne energije se shranjuje v tej bateriji kot kemijska energija med procesom polnjenja. Učinkovitost razpolnjenja je približno 85 %. To pomeni, da baterija lahko dostavi 85 % shranjene energije kot električna energija na optro in ostalo se razpolni zaradi samodejnega razpolnjenja baterije. Če baterijo ne uporabljamo 30 dni, bo izgubila le 10 % do 15 % shranjene energije zaradi samodejnega razpolnjenja. Nikel železna baterija ima znatno daljši življenjski čas, ki je približno 30 do 100 let. Ta obdobje je mnogo daljše od običajnega življenjskega časa olovinsko-kislinske baterije, ki je približno deset let. Nominalna napetost na nikel železni celici je 1,4 V.
Nikel železna baterija
Osnovni komponenti, uporabljeni v nikel železni bateriji, so nikel(III) hidroksid kot katoda, železo kot anoda in kalijev hidroksid kot elektrolit. Dodajamo nikel sulfat in ferrov sulfid aktivnemu materialu.
Gradnja Edisonovih baterij
Kapaciteta Ni-Fe celice je odvisna od velikosti in števila pozitivnih in negativnih plat. Izgled obeh plat v teh vrstah baterijskih celic je enak. Obe plat sestavljata pravokotno mrežo iz nikla pokrivanega železom. Vsaka od mrežnih luknjic je napolnjena z malo in finom porfirsko škatlo iz nikla pokrivanega železom.
Čeprav obe plat izgledata enako, vsebujeta različne aktivne materiale. Perforirane škatle iz nikla pokrivanega železom pozitivnih plat vsebujejo mešanico niklovih oksidov in drobljenega ogljika, in nekateri negativni plat vsebujejo majhne zrna železnih oksidov s finim praškom ogljika. V obeh platih fin prah ogljika, mešan s aktivnimi materiali, pomaga povečati električno prevodnost. Uporabljamo 20% razreden alkalični potas kot elektrolit.
Za izdelavo posode, ki vsebuje elektrolit in elektrode, se uporablja nikl pokriven železom. Ebonitne palice so postavljene med plat različnih polaritet, da preprečijo neposredni stik in kratkopovezavo. V gradnji Edisonove baterije ali nikel železne baterije je še ena posebnost, in sicer, da je število negativnih plat eno večje od števila pozitivnih plat, in zadnjo negativno plat povežemo z posodo. Plat iste polaritete so zaprta na skupni trak in sestavljajo celico, in s kombinacijo več celic se baterija sestavi.
Delovanje nikel železnih baterij
Večemo, da je glavni operacijski princip nikel-železne baterije kemijska reakcija znotraj baterije, znana kot elektroliza. Elektroliza je kemijska reakcija, ki se dogaja, ko je tok, in to lahko biti vzrok ali rezultat kemijske reakcije. Kemijska struktura nikel-železne celice je zelo zapletena, ker točna formula za pozitivni aktivni material še ni dovolj dobro določena. Toda, če lahko predpostavimo, da je material Ni(OH)3, lahko to do neke mere pojasnimo. Med polnjenjem se nikelski spojin na pozitivnih platih oksidira v nikelski peroxid. Polnjenje spremeni železni spojin v sproščeno železo na negativnih platih.
V popolnoma polnjenem stanju je aktivni material pozitivnih platih nikelski hidroksid [Ni(OH)3], medtem ko je v jeklenkah negativnih platih železo, Fe. Ko celica dostavlja tok optro, se aktivni material pozitivnih plat spremeni iz Ni(OH)3 v Ni(OH)2 in material negativnih plat iz železa v ferrovi hidroksid (Fe(OH)2). Elektrokemijski proces v Edisonovi bateriji lahko izrazimo z enačbo
Enačba izraža fenomen polnjenja in razpolnjenja. Pravilni tok enačbe je reakcija razpolnjenja, levi tok enačbe pa izraža polnjenje. Reakcija se zgodi z prenosom elektronov skozi zunanji vezni tok pozitivnim platom med razpolnjenjem. Obstaja možnost za oddajanje korozivnih plinov, ki se generirajo med elektrolizo znotraj baterije, zato ni potrebno posebno varovanje pri montaži celice.
Značilnosti nikel železnih baterij
EMF popolnoma polnjenega Edisonove baterije je 1,4 V. Povprečna razpolnjen napetost je približno 1,2 V in povprečna napetost polnjenja je približno 1,7 V na celico. Značilnosti te vrste baterije so prikazane na spodnji sliki.
Napetostne zna
