Nikl-željezni akumulator ili Edisonov akumulator rad i karakteristike

Koja baterija postaje sve popularnija dan po dan, jer postoji veliki prostor za razvoj kako bi se baterija pretvorila u bateriju visoke energijske gustoće za električna vozila? Odgovor bi bio Nikl Željezna Baterija ili Edisonova Baterija. U jednom reči, Ni-Fe baterija je vrlo otporna baterija. Ova baterija ima veoma visoku toleranciju na preopterećenje, nadiskorijentaciju, krajnju vezu itd. Ova baterija može isto dobro da radi čak i ako ju ne napajamo dugi period vremena. Zbog svog težine, ova baterija se koristi u onim aplikacijama gde težina baterije nije bitna, na primer, u solarnom energetskom sistemu, u vjetrovom energetskom sistemu itd. kao rezervni izvor. Trajanost i životni vek nikl-željezne celije su mnogo veći od životnog veka ovlakno-kiselinske baterije, ali ipak, nikl-željezna baterija je izgubila svoju popularnost zbog visokih troškova proizvodnje.

Pogledajmo neke specifične karakteristike nikl-željezne (Ni-Fe) ili Edisonove baterije.

Ova baterija može imati kapacitet isporuke energije od 30 do 50 kW po kg svoje težine. Efikasnost punjenja ove baterije iznosi oko 65%. To znači da se 65% ulazne električne energije pohranjuje u ovoj bateriji kao hemijska energija tijekom procesa punjenja. Efikasnost ispunjenja iznosi oko 85%. To znači da baterija može isporučiti 85% pohranjene energije opterećenju kao električnu energiju, a ostatak se ispušta zbog samopunjenja baterije. Ako se baterija ne koristi 30 dana, izgubiće samo 10% do 15% pohranjene energije zbog samopunjenja. Nikl-željezna baterija ima znatno duži životni vek, a to je oko 30 do 100 godina. Ovaj period je mnogo duži od normalnog životnog veka ovlakno-kiselinske baterije, koji iznosi oko deset godina. Nominalna naponska ocjena po nikl-željeznoj celiji iznosi 1,4 V.

Nikl-Željezna Baterija

Osnovni komponenti koristi u nikl-željeznoj bateriji su hidroksid nikla(III) kao katoda, željezo kao anoda i hidroksid kalijuma kao elektrolit. Dodajemo sulfat nikla i sulfid ferrozna aktivnom materijalu.

Konstrukcija Edisonovih Baterija

Kapacitet Ne-Fe celije zavisi o veličini i broju pozitivnih i negativnih ploča. Izgled oba tipa ploča u ovim tipovima baterijskih celija je isti. Obje ploče sastoje se od pravougaone mreže izrađene od nikla pokrivenog željezom. Svaka od mrežnih rupe je ispuna površinom i finom perforiranom kutijom od nikla pokrivenog željezom.

Iako obe ploče izgledaju isto, one sadrže različite aktivne materije. Perforirane kutije od nikla pokrivenog željezom pozitivnih ploča sadrže miks oksida nikla i sitnog ugljena, a neke negativne ploče sadrže sitne zrna oksida željeza sa sitnim praškom ugljena. U obje ploče, sitni prašak ugljena, mešan s aktivnim materijalima, pomaže u povećanju električne provodljivosti. Koristimo 20% razrijeđeni kaustični potaš kao elektrolit.

Nikl pokriven željezom koristi se za izradu posude koja sadrži elektrolit i elektrode. Ebonitne štapiće smještaju se između ploča različitih polariteta kako bi se spriječio direktni kontakt i uzrokovanje krajnje veze. Postoji još jedna posebnost u konstrukciji Edisonove baterije ili nikl-željezne baterije, a to je da broj negativnih ploča za jednu više od broja pozitivnih ploča, i električno povezujemo zadnju negativnu ploču s posudom. Ploče iste polaritete su zavarene na zajedničku traku, i formiraju celiju, a kombiniranjem nekoliko celija, konstruirana je baterija.

Rad Nikl-Željeznih Baterija

Već znamo da je glavni rad nikl-željezne baterije hemijska reakcija unutar baterije, koja se naziva elektroliza. Elektroliza ništa drugo nije do hemijska reakcija koja se događa kada postoji struja, može biti i uzrok i rezultat hemijske reakcije. Hemijska formula nikl-željezne celije je vrlo složena jer tačna formula za pozitivni aktivni materijal još uvek nije dovoljno utvrđena. Ali ako pretpostavimo da je materijal Ni(OH)3, tada možemo to do neke mere objasniti. Tijekom punjenja, nikl kompozit na pozitivnim pločama oksidira se u nikl peroksida. Proces punjenja mijenja željezni kompozit u gubavčast željezni na negativnim pločama.

U potpuno punjenom stanju, aktivni materijal pozitivnih ploča je hidroksid nikla [Ni(OH)3], dok je u džepovima negativne ploče željezo, Fe. Kada celija isporučuje struju opterećenju, aktivni materijal pozitivne ploče se menja od Ni(OH)3 do Ni(OH)2 a negativne ploče se menja od željeza do hidroksida ferroza (Fe(OH)2). Elektrokemijski proces u Edisonovoj bateriji može se izraziti jednadžbom

Jednadžba izražava i fenomen punjenja i ispunjenja. Desni tok jednadžbe predstavlja reakciju ispunjenja, a lijevi tok jednadžbe izražava fenomen punjenja. Reakcija se odvija prenosom elektrona kroz vanjski krug na pozitivnu ploču tijekom ispunjenja. Postoji prilika za ispuštanje korozivnog dima koji se generira tijekom elektrolize unutar baterije, tako da nije potrebno posebno brinuti se o montaži celije.

Karakteristike Nikl-Željeznih Baterija

EMF potpuno punjene Edisonove baterije je 1,4 V. Prosječni ispunjeni napon je oko 1,2 V, a prosječni napon punjenja je oko 1,7 V po celiji. Karakteristike ovog tipa baterije prikazane su na slici ispod.