Войти
 Никель-железные батареи, произведенные между 1972 и 1975 годами под Торговая марка Exide, первоначально разработанная Томасом Эдисоном в 1901 году. | |
| Удельная энергия | 19-25 Втч / кг |
|---|---|
| Плотность энергии | 30Wh /l |
| Удельная мощность | 100 Вт / кг |
| Эффективность заряда / разряда | <65% |
| Энергия / цена для потребителей | 1,5 - 6,6 Втч / US $ |
| Скорость саморазряда | 20% - 30% / месяц |
| Срок службы | 30-50 лет |
| Циклическая долговечность | Повторный глубокий разряд не приводит к значительному сокращению срока службы. |
| Номинальное напряжение элемента | 1,2 В |
| Температурный интервал заряда | мин. −40 ° C - макс.46 ° C |
Томас Эдисон в 1910 году со своим никель-железным элементом из собственной производственной линии. Никель-железный аккумулятор (NiFe-аккумулятор) - это аккумуляторная батарея, имеющая положительные пластины оксид-гидроксид никеля (III) и отрицательные пластины железа, с электролитом из гидроксида калия. Активные материалы содержатся в стальных никелированных трубках или перфорированных карманах. Это очень прочный аккумулятор, устойчивый к неправильному обращению (перезаряд, переразряд и короткое замыкание) и может иметь очень долгий срок службы даже при таком обращении. Он часто используется в ситуациях резервного копирования, когда он может непрерывно заряжаться и может работать более 20 лет. Из-за низкой удельной энергии, плохого удержания заряда и высокой стоимости производства, другие типы аккумуляторных батарей вытеснили никель-железные батареи в большинстве приложений.
На многих железнодорожных транспортных средствах используются Ni – Fe аккумуляторы. Некоторыми примерами являются лондонские подземные электровозы и вагоны метро Нью-Йорка - R62A.
Эта технология снова стала популярной для автономных приложений, где это позволяет ежедневная зарядка. соответствующая технология.
Никель-железные батареи исследуются для использования в качестве комбинированных батарей и электролиза для производства водорода для топливных элементов автомобилей и хранилищ. Эти «баттолизеры» можно заряжать и разряжать, как обычные батареи, и они будут выделять водород при полной зарядке.
Способность этих батарей выдерживать частые циклы работы обусловлена низкой растворимостью реагенты в электролите. Образование металлического железа во время загрузки происходит медленно из-за низкой растворимости гидроксида двухвалентного железа. Хотя медленное образование кристаллов железа сохраняет электроды, оно также ограничивает высокую производительность: эти элементы заряжаются медленно и могут только медленно разряжаться. Никель-железные элементы не следует заряжать от источника постоянного напряжения, так как они могут быть повреждены тепловым разгоном ; внутреннее напряжение элемента падает, когда начинается выделение газа, повышая температуру, что увеличивает потребляемый ток и, таким образом, еще больше увеличивает выделение газа и температуру.
реакция полуячейки на положительной пластине от черного оксид-гидроксид никеля (III) NiO (OH) до зеленого Гидроксид никеля (II) Ni (OH) 2:
и на отрицательной пластине:
(Разряд читается слева направо, зарядка справа налево.)
Напряжение холостого хода составляет 1,4 В, снижаясь до 1,2 В во время разряда. Смесь электролита из гидроксида калия и гидроксида лития не расходуется при зарядке или разрядке, поэтому, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, удельный вес электролита не указывает степень заряда. Напряжение, необходимое для зарядки Ni-Fe батареи, равно или превышает 1,6 В на элемент. Гидроксид лития улучшает работу элемента. Напряжение выравнивающего заряда составляет 1,65 В.
Шведский изобретатель Вальдемар Юнгнер изобрел никель-кадмиевую батарею в 1899 году. Юнгнер экспериментировал с заменой кадмия железом в различных пропорциях. в том числе 100% железо. Юнгнер обнаружил, что основным преимуществом перед никель-кадмиевой химией является стоимость, но из-за более низкой эффективности реакции зарядки и более выраженного образования водорода (выделение газа) никель - железная технология была признана ненужной и заброшенной. У Юнгнера было несколько патентов на железную версию своей батареи (шведские патенты 8.558 / 1897, 10.177 / 1899, 11.132 / 1899, 11.487 / 1899 и патенте Германии № 110.210 / 1899). Кроме того, у него был один патент на никель-кадмиевые батареи: Swed.pat No. 15.567 / 1899.
Edison Storage Battery Company В 1901 Томас Эдисон запатентовал и коммерциализировал NiFe в США и предложили его в качестве источника энергии для электромобилей, таких как Detroit Electric и Baker Electric. Эдисон утверждал, что никель-железная конструкция «намного превосходит батареи с использованием свинцовых пластин и кислоты» (свинцово-кислотные батареи ). У Эдисона было несколько патентов: США. Патент 678722 / 1901, США. Патент 692 507 / 1902 и немецкий патент № 157.290 / 1901.
Эдисон был разочарован тем, что его батарея не была использована для запуска двигателей внутреннего сгорания, и что электромобили были сняты с производства только через несколько лет после был введен его аккумулятор. Он разработал батарею, которая станет предпочтительной батареей для электромобилей, которые были предпочтительным видом транспорта в начале 1900-х годов (за которыми следовали бензин и пар). Батареи Эдисона имели значительно более высокую плотность энергии, чем свинцово-кислотные батареи, используемые в то время, и их можно было заряжать вдвое быстрее, однако они плохо работали при низких температурах и были более дорогими.
Работа Юнгнера была в значительной степени неизвестна в США до 1940-х годов, когда там начали производство никель-кадмиевых батарей. Никель-железная батарея на 50 В была основным источником питания DC в немецкой ракете V-2 времен Второй мировой войны вместе с двумя батареями на 16 В, питавшими четыре гироскопа (генераторы с приводом от турбин поставлялись переменного тока для его магнитного усилителя с приводом сервомеханизмов ). Меньшая версия использовалась в летающей бомбе Фау-1. (а именно, 1946 чертежи Operation Backfire.)
Батареи Эдисона производились примерно с 1903 по 1972 год на предприятии Edison Storage Battery Company в West Orange, Нью-Джерси. В 1972 году аккумуляторная компания была продана Exide Battery Corporation, которая прекратила выпуск продукции в 1975 году. Аккумулятор широко использовался для железнодорожной сигнализации, вилочного погрузчика и резервного источника питания приложений.
Изготовлены никель-железные элементы емкостью от 5 до 1250 Ач. Многие оригинальные производители больше не производят никелевые чугунные элементы, но производство новых компаний началось в нескольких странах.
Три ряда пластин внутри современной железно-никелевой батареи Активный материал пластин батареи содержится в ряде заполненных трубок или карманов, надежно закрепленных в поддерживающей и проводящей раме или сетка. Опора находится в хорошем электрическом контакте с трубками. Сетка представляет собой легкий каркасный каркас, штампованный из тонколистовой стали, с армирующей шириной вверху. Решетки, а также все другие внутренние металлические поверхности никелированы для предотвращения коррозии. Элементы должны оставаться покрытыми электролитом; если они высыхают, отрицательные пластины окисляются и требуют очень длительного заряда.
Элементы никелево-железо (NiFe) элемента Активный материал положительных пластин представляет собой форму гидрата никеля . Держатели трубок изготовлены из тонкой стальной ленты, мелко перфорированной и никелированной, около 4 дюймов в длину и 1/4 дюйма и 1/8 дюйма. в диаметре. Лента намотана по спирали, с нахлестанными швами, а трубки усилены с интервалом примерно 1/2 дюйма небольшими стальными кольцами. В эти трубки загружают гидрат никеля и чистый чешуйчатый никель тонкими чередующимися слоями (примерно 350 слоев каждого на трубку) и плотно набивают или утрамбовывают. Цель чешуйчатого никеля - обеспечить хороший контакт между гидратом никеля и трубками и тем самым обеспечить проводимость. После заполнения и закрытия трубки вставляются вертикально в решетки.
Положительная пластина заполнена гидратом никеля. Активным материалом отрицательных пластин является оксид железа. Удерживающие карманы изготовлены из тонкой, мелкоперфорированной никелированной стали прямоугольной формы, шириной 1/2 дюйма, длиной 3 дюйма и максимальной толщиной 1/8 дюйма. Оксид железа в виде мелкодисперсного порошка плотно утрамбовывается в эти карманы, после чего они устанавливаются в сетки. После монтажа их прижимают, заставляя плотно прилегать к сеткам. Это гофрирует стороны карманов, чтобы обеспечить пружинный контакт кармана с активным материалом.
Активный материал отрицательных пластин оксид железа. Заряд / разряд включает перенос кислород от одного электрода к другому (от одной группы пластин к другой). Поэтому клетки этого типа иногда называют кислородными. В заряженном элементе активный материал положительных пластин переокислен, а активный материал отрицательных пластин находится в губчатом или восстановленном состоянии.
Если нормальная емкость элемента недостаточна, могут происходить кратковременные заряды с повышенной скоростью. при условии, что температура электролита не превышает 115˚ F / 46˚ C. Эти короткие заряды очень эффективны и не причиняют вреда. Скорость заряда, в три раза превышающая нормальную скорость заряда (определяемая как C, ток, равный номинальной емкости батареи, деленной на 1 час), может использоваться в течение 30 минут.
Полная зарядка NiFe-элемента состоит из семь часов при нормальной скорости передачи ячеек. В процессе эксплуатации размер начисленного заряда зависит от объема предыдущего разряда. Например, аккумулятор, разряженный наполовину, позволяет зарядить его за 3,5 часа по нормальному тарифу. Избыточный заряд приводит к потере тока и быстрому испарению воды из электролита.
Для постепенного уменьшения заряда необходимо поддерживать в среднем 1,67 вольт на клеммах элемента на протяжении всего заряда. Текущее значение в начале заряда варьируется в зависимости от электрического сопротивления. При отсутствии сопротивления начальная скорость будет примерно вдвое выше нормальной, а конечная скорость - примерно 40% от нормальной.
При разряде положительные пластины уменьшаются («раскисляются»); кислород с его естественным сродством к железу идет к отрицательным пластинам, окисляя их. Допускается непрерывный разряд с любой скоростью до 25% выше нормы и на короткие периоды с частотой до шести раз выше нормы. Когда скорость разряда превышает это значение, возникают аномальные падения напряжения.
Электролит не входит в химическую комбинацию для выполнения функций элемента, действуя как транспортер. Его удельный вес не изменяется во время зарядки и разрядки, кроме испарения и изменений температуры. Допускается значительное изменение удельного веса, которое влияет только на эффективность батареи.
Никель-железные батареи не содержат свинца или кадмия свинцово-кислотных и никель-кадмиевых аккумуляторов, которые требуют обращения как опасные материалы.
