Bateria ng Nikel Bakal o Bateria ni Edison na Pagsasagawa at Katangian

Alin battery ang naging mas popular araw-araw dahil sa malaking potensyal ng pag-unlad upang gawing high energy density battery para sa electric vehicle? Ang sagot ay Nickel Iron Battery o Edison Battery. Sa isang salita, ang Ni-Fe battery ay isang napakalakas na battery. Ang battery na ito ay may mataas na toleransiya sa overcharging, over discharging, short-circuiting, atbp. Ang battery na ito ay maaaring gumana nang magaling kahit hindi ito na-charge sa mahabang panahon. Dahil sa kanyang bigat, ginagamit ang battery na ito sa mga aplikasyon kung saan ang bigat ng battery ay hindi importante, halimbawa, sa solar energy system, sa wind energy system, atbp. bilang backup. Ang tagal ng pagkakataon at haba ng buhay ng nickel-iron cell ay mas mataas kaysa sa lead acid battery, ngunit pa rin, nawalan ng popularidad ang nickel-iron battery dahil sa mataas na cost ng paggawa nito.

Tingnan natin ang ilang espesipikong tampok ng nickel-iron (Ni-Fe) o Edison battery.

Ang battery na ito ay maaaring mag-deliver ng 30 hanggang 50 kW energy capacity per kg ng kanyang bigat. Ang charging efficiency ng battery na ito ay humigit-kumulang 65%. Ibig sabihin, 65% ng input electrical energy ang nakakalagay sa battery na ito bilang chemical energy sa proseso ng charging. Ang discharging efficiency ay humigit-kumulang 85%. Ibig sabihin, ang battery ay maaaring ibigay 85% ng nakalagay na energy sa load bilang electrical energy at ang natitira ay nawala dahil sa self-discharging ng battery. Kung hindi ginagamit ang battery sa 30 araw, ito ay mawawalan lamang ng 10% hanggang 15% ng nakalagay na energy dahil sa self-discharging. Ang Nickel Iron battery ay may mas matagal na lifespan, at ito ay humigit-kumulang 30 hanggang 100 taon. Ang panahong ito ay mas mahaba kaysa sa normal na lifespan ng lead acid battery na humigit-kumulang 10 taon. Ang nominal voltage rating per nickel iron cell ay 1.4 V.

Nickel Iron Battery

Ang mga pangunahing sangkap na ginagamit sa Nickel iron battery ay nickel(III) hydroxide bilang cathode, bakal bilang anode, at potassium hydroxide bilang elektrolito. Idinaragdag namin ang Nickel sulfate at Ferrous sulfide sa aktibong materyales.

Konstruksyon ng Edison Batteries

Ang kapasidad ng Ne-Fe cell ay nakadepende sa sukat at bilang ng positibo at negatibong plate. Pareho ang hitsura ng positibo at negatibong plate sa ganitong uri ng battery cell. Ang parehong plate ay binubuo ng parihabang grid na gawa sa nickel-plated iron. Ang bawat butas ng grid ay puno ng maliit at manipis na perforated na nickel-plated steel box.

Bagaman magkatulad ang hitsura ng parehong plate, iba-iba ang nilalaman nitong aktibong materyales. Ang mga perforated na nickel-plated steel box sa positibong plate ay naglalaman ng halo ng oxide ng nickel at pinong pulbos na carbon, samantalang ang ilan sa negatibong plate ay naglalaman ng pinong grano ng oxide ng iron kasama ang pinong alikabok ng carbon. Sa parehong plate, ang pinong alikabok ng carbon, na halo sa aktibong materyales, ay tumutulong upang mapataas ang kondaktibidad ng kuryente. Ginagamit namin ang 20% diluted caustic potash bilang elektrolito.

Ginagamit ang nickel plated iron para sa paggawa ng sisidlan na naglalaman ng elektrolito at mga electrode. Inilalagay ang mga stick na ebonite sa pagitan ng mga plate na may iba't ibang polaridad upang maiwasan ang direkta nilang pagkontak na maaaring magdulot ng maikling sirkito. May isa pang kakaibang katangian sa konstruksyon ng Edison battery o nickel iron battery, na ang bilang ng mga negatibong plate ay isa nang higit kaysa sa bilang ng positibong plate, at elektrikal na konektado ang huling negatibong plate sa sisidlan. Ang mga plate na may magkatulad na polaridad ay pinagsusuyod sa isang karaniwang strap, at bumubuo ito ng isang cell, at sa pamamagitan ng pagsasama ng maraming cell, nabubuo ang baterya.

Paggana ng Nickel Iron Batteries

Alam na natin na ang pangunahing operasyon ng nickel-iron battery ay ang reaksyong kimikal sa loob ng battery na kilala bilang electrolysis. Ang electrolysis ay walang iba kundi ang reaksyong kimikal na nangyayari kapag may current flow, ito maaaring maging sanhi at resulta ng reaksyong kimikal. Ang kemistriya ng nickel-iron cell ay napakalito dahil hindi pa malinaw ang eksaktong formula para sa positibong aktibong materyal. Ngunit kung sasabihin nating ang materyal ay Ni(OH)3, maaari nating ipaliwanag ito hanggang sa isang punto. Sa panahon ng charging, ang nickel compound sa positibong plato ay nagiging oxidized tungo sa nickel peroxide. Ang proseso ng charging ay nagbabago ang iron compound sa spongy iron sa negatibong plato.

Sa buong na-charge na kondisyon, ang aktibong materyal ng positibong plato ay nickel hydroxide [Ni(OH)3], samantalang ang nasa pockets ng negatibong plato ay iron, Fe. Kapag nagbigay ang sel ng current sa load, ang aktibong materyal ng positibong plato ay nagbabago mula Ni(OH)3 tungo sa Ni(OH)2 at ang nasa negatibong plato ay nagbabago mula iron tungo sa Ferrous hydroxide (Fe(OH)2). Ang elektrokemikal na proseso sa Edison battery maaaring ipahayag ng ekwasyon

Ang ekwasyon ay nagpapahayag ng parehong phenomenon ng charging at discharging. Ang right side flow ng ekwasyon ay ang reaksyon ng discharging phenomenon, at ang left side flow ng ekwasyon ay nagpapahayag ng charging phenomenon. Ang reaksyon ay nangyayari sa pamamagitan ng paglipat ng mga electron sa pamamagitan ng external circuit patungo sa positibong plato sa panahon ng discharge. May provision para sa paglabas ng corrosive fume na lumilikha sa panahon ng electrolysis sa loob ng battery upang hindi kinakailangan ng espesyal na pangangalaga sa pagsasaka ng sel.

Karunungan ng Nickel Iron Batteries

Ang emf ng isang punong na-charged na Edison battery ay 1.4 V. Ang average discharge voltage ay humigit-kumulang 1.2 V at ang average charging voltage ay humigit-kumulang 1.7 V bawat cell. Ang mga katangian ng uri ng battery na ito ay ipinapakita sa ibaba sa larawan.

Ang mga katangian ng voltage ng Nickel Iron battery ay parang ang lead-acid cell. Bilang isang punong na-charged na emf 1.4 V at ito ay unti-unting bumababa hanggang 1.3 V at pagkatapos ay napakabagal hanggang 1.1 o 1.0 V habang nasa proseso ng discharge. Mula sa graph, makikita natin na walang lower limit para sa discharging emf kung saan ang output ng battery ay magiging zero. Kaya pagkatapos ng tiyak na panahon, ang battery ay tatahakin ang anumang output. Ang emf ng battery ay direktang proportional sa temperatura, na nangangahulugang ang emf ng battery ay tumataas kapag ang temperatura ay tumataas.
Ang average time ng charging ng battery ay 7 oras at ang discharging time ay 5 oras. Iba pang katangian ng Edison battery ay ang patuloy na operasyon sa mas mataas na temperatura ay nagbabawas ng buhay ng battery, ang parehong bagay na ito ay nangyayari kung ang battery ay in-charge nang higit pa sa average time ng charging.
Ang ampere-hour at watt-hour efficiency ng nickel-iron battery na ito ay 85% at 60% naman. Sa 4oC na temperatura, ang capacity ng Edison battery ay bumababa hanggang zero, kaya dapat na initin muna ang battery bago ito gamitin bagaman habang nasa operasyon, ang I2R loss ay nagpapanatili ng mainit at gumagana ang battery.

Mga Advantages ng Nickel Iron Batteries

May iba't ibang Mga Advantages ng Edison battery, ang mga ito ay nakalista sa ibaba.

1. Ang timbang ng battery na ito ay mas mababa kaysa sa ibang uri ng battery dahil kailangan lamang ito ng mas kaunti na electrolytes at ang mga plate ay mas magaan din.

2. Ang service life ng battery ay mas mataas dahil sa iba't ibang provisions na ginawa.

3. Ang mga uri ng battery na ito ay mas matibay, may rugged na konstruksyon dahil sa steel body. Dahil dito, hindi sila naapektuhan ng mga vibration, jolts o shocks, heavy currents at hindi rin sila nasusunog sa short circuits.

Mga Disadvantages ng Nickel Iron Batteries

May ilang kakulangan ang baterya ni Edison, tulad ng mataas na halaga ng unang bayad para sa paggawa nito dahil sa mga materyales na ginagamit ay may mataas na presyo. Isa pang hadlang ng ganitong uri ng baterya ay ang mababang epektibidad. Dahil sa ilang rason na ito, limitado ang paggamit ng mga bateryang ito, karaniwang ginagamit lamang sa mga lugar kung saan kailangan ng mataas na lakas mekanikal, kabawasan sa bigat, at walang asido na usok.

Pahayag: Igalang ang orihinal, mahalagang mga artikulo na karapat-dapat na ibahagi, kung may labag sa copyright paki-kontakin para ma-delete.