Nikkel Järn Batteri eller Edison Batteri Funktionalitet och Egenskaper

Vilken batteri blir alltmer populär dag för dag eftersom det finns ett stort utrymme för utveckling för att omvandla batteriet till en högenergitäthetsbatteri för elbilar? Svaret skulle vara nickeljärnbatteri eller Edisonbatteri. Med ett ord är ett Ni-Fe batteri ett mycket robust batteri. Detta batteri har en mycket stor tolerans för överladdning, överavladning, kortslutning, etc. Batteriet kan presterar lika bra även om vi inte laddar batteriet under en lång period. På grund av sin tyngd används detta batteri i de tillämpningar där vikten av batteriet inte spelar någon roll, till exempel i solenergisystem, i vindenergisystem, etc. som backup. Hållbarheten och livslängden hos en nickel-järncell är mycket högre än hos en blysyrbatteri, men trots detta har nickel-järnbatteriet förlorat sin popularitet på grund av sin höga tillverkningskostnad.

Låt oss titta på några specifika egenskaper hos nickel-järn (Ni-Fe) eller Edisonbatteri.

Detta batteri kan ha en energileveranskapacitet på 30 till 50 kW per kg av dess vikt. Laddningseffektiviteten för detta batteri är cirka 65%. Det innebär att 65% av den inmatade elektriska energin lagras i detta batteri som kemisk energi under laddningsprocessen. Avladdningseffektiviteten är cirka 85%. Det betyder att batteriet kan leverera 85% av den lagrade energin till belastningen som elektrisk energi, och resten avlägsnas på grund av själavladdning. Om batteriet lämnas oanvänt i 30 dagar, kommer det att förlora endast 10% till 15 % av den lagrade energin på grund av själavladdning. Nickeljärnbatteri har en betydligt längre livslängd, och den är omkring 30 till 100 år. Denna period är mycket längre än den normala livslängden för en blysyrbatteri som är ungefär tio år. Nominal spänning per nickeljärncell är 1,4 V.

Nickeljärnbatteri

De grundläggande komponenterna i nickeljärnbatteri är nikel(III)hydroxid som katod, järn som anod och kaliumhydroxid som elektrolyt. Vi lägger till nikelsulfat och ferrosulfid till det aktiva materialet.

Konstruktion av Edisonbatterier

Kapaciteten hos Ne-Fe cell beror på storlek och antal positiva och negativa plattor. Utseendet på både positiva och negativa plattor i denna typ av battericeller är samma. Båda plattorna består av en rektangulär nät av nickelbelagt järn. Varje hål i nätet fylls med en liten och finperforerad nickelbelagd stålbox.

Även om båda plattorna ser likadana ut, innehåller de olika aktiva material. De perforerade nickelbelagda stålboxarna i de positiva plattorna innehåller en blandning av nikeloxider och pulveriserad kol, och några av de negativa plattorna innehåller fina korn av järnoxider med fint kolstoft. I båda plattorna hjälper fint kolstoft, blandat med aktiva material, till att öka elektrisk ledningsförmåga. Vi använder 20% förvätt syra som elektrolyt.

Nickelbelagt järn används för att göra behållaren som innehåller elektrolyt och elektroder. Ebonitepinnar placeras mellan plattor av olika polaritet för att förhindra att de kommer i direkt kontakt och orsakar kortslutning. Det finns en annan specialitet i konstruktionen av Edisonbatteri eller nickeljärnbatteri, vilket är att antalet negativa plattor är en mer än antalet positiva plattor, och vi elektriskt kopplar den sista negativa plattan till behållaren. Plattor av samma polaritet svetsas till en gemensam band, och de bildar en cell, och genom att kombinera flera celler byggs batteriet.

Funktion hos nickeljärnbatterier

Vi vet redan att huvudfunktionen för nickeljärnbatteri är den kemiska reaktionen inuti batteriet, vilket kallas för elektrolys. Elektrolys är ingenting annat än den kemiska reaktion som sker när det finns strömflöde, det kan vara både orsak och resultat av den kemiska reaktionen. Kemien i nickeljärncellen är ganska komplicerad eftersom den exakta formeln för det positiva aktiva materialet ännu inte är väl etablerad. Men om vi kan anta att materialet ska vara Ni(OH)3, så kan vi förklara det till viss del. Under laddning oxideras nikelförbindelsen vid de positiva plattorna till nikelperoxid. Laddningsprocessen ändrar järnförbindelsen till spongy järn i de negativa plattorna.

I fullt laddat tillstånd är det aktiva materialet i de positiva plattorna nikelydroxid [Ni(OH)3], medan det i fickorna av de negativa plattorna är järn, Fe. När cellen levererar ström till belastningen ändras det aktiva materialet i de positiva plattorna från Ni(OH)3 till Ni(OH)2 och det i de negativa plattorna ändras från järn till ferroshydroxid (Fe(OH)2). Den elektrokemiska processen i Edisonbatteri kan uttryckas med ekvationen

Ekvationen uttrycker både fenomenet laddning och avladdning. Rörelsen till höger i ekvationen är reaktionen av avladdningsfenomenet, och rörelsen till vänster i ekvationen uttrycker laddningsfenomenet. Reaktionen sker genom överföring av elektroner genom den externa kretsen till den positiva plattan under avladdning. Det finns en möjlighet att ge ifrån sig korrosiv ånga som genereras under elektrolys inuti batteriet, så att ingen särskild vård behövs vid montering av cellen.

Egenskaper hos nickeljärnbatterier

EMF för ett fullt laddat Edisonbatteri är 1,4 V. Den genomsnittliga avladdningsspänningen är omkring 1,2 V och den genomsnittliga laddningsspänningen är omkring 1,7 V per cell. Egenskaperna för denna typ av batteri visas nedan i figuren.

Spänningskaraktäristiken för nickeljärnbatteriet är liknande den för blysyrcellen. Som den fullt laddade EMF 1,4 V och den sakta minskar till 1,3 V och sedan mycket sakta till 1,1 eller 1,0 V under avladdning. Från grafen kan vi se att det inte finns något nedre gräns för avladdnings-EMF bortom vilken batteriets utdata kommer att bli noll. Därför slutar batteriet att ge utdata efter en viss tid. Batteriets EMF är proportionellt mot temperaturen, vilket betyder att batteriets EMF ökar med temperaturökning.
Den genomsnittliga laddningstiden för ett batteri är 7 timmar och avladdningstiden är 5 timmar