Železo-niklová baterie

Železo-niklová baterie  je sekundární zdroj chemického proudu , ve kterém  je železo anodou , elektrolytem je vodný roztok hydroxidu sodného nebo draselného (s přídavkem hydroxidu lithného ), katodou  je hydrát oxidu nikelnatého .

Aktivní materiál je obsažen v poniklovaných ocelových trubkách nebo perforovaných kapsách. Cenou a energetickou hustotou se blíží lithium-iontovým bateriím a samovybíjením, účinností a napětím se blíží bateriím NiMH . Tyto baterie jsou poměrně odolné, odolné vůči hrubému zacházení (přebíjení, hluboké vybití, zkrat a teplotní šok) a mají velmi dlouhou životnost.

Jejich využití klesá od zastavení výroby kvůli požáru v továrně/laboratoři Thomase Edisona v roce 1914 [1] check link , kvůli špatnému výkonu baterie při nízkých teplotách, špatnému udržení nabití (jako NiMH baterie) a vysokým výrobním nákladům srovnatelným s nejlépe uzavřené olověné baterie a až 1/2 ceny NiMH baterií. V důsledku zdražování olova [2] v posledních letech však cena olověných baterií výrazně vzrostla a ceny jsou téměř stejné. [3]

Při porovnávání baterií s olověnými bateriemi je třeba mít na paměti, že přípustné provozní vybíjení olověných baterií je mnohem menší než teoretická plná kapacita a železo-nikl se jí velmi blíží. Proto může být skutečná provozní kapacita železo-niklové baterie se stejnou teoretickou plnou kapacitou několikrát (v závislosti na režimu) větší než kapacita olověné baterie.

Trvanlivost

Schopnost těchto baterií vydržet časté cykly vybíjení/nabíjení je spojena s nízkou rozpustností činidel v elektrolytu. Dlouhodobá tvorba kovového železa během nabíjení je způsobena nízkou rozpustností Fe 3 O 4 . Dlouhý proces tvorby krystalů železa šetří elektrody, ale také omezuje rychlost práce: tyto baterie se pomalu nabíjejí a stejně pomalu vybíjejí.

Hlavními faktory omezujícími životnost železo-niklových baterií jsou vyhoření grafitu vodivé přísady v důsledku uvolňování kyslíku při rozkladu vody, koroze poniklovaných železných pouzder a lamel s následným vysrážením aktivních hmot do kalu, usazování železa na separátorech a zvýšení samovybíjení. Železo-niklové prvky vyráběné v Edisonových závodech na počátku 20. století měly trubkový design kladné oxidoniklové elektrody s vodivým přídavkem plátků niklu místo grafitu a vylepšenou technologii niklování pro železné konstrukční materiály (vypalování vícevrstvého niklu povlak získaný z vodného roztoku niklové soli v pecích s vodíkovou ochrannou atmosférou). V tomto případě byla plánovaná životnost 100 let a doporučený interval výměny elektrolytu 1x za 5–10 let. U levnějších provedení železo-niklových baterií s životností počátečních desítek let dochází vlivem vyhoření grafitové vodivé přísady při provozu článku k rychlejšímu znečištění elektrolytu uhličitany a intervaly mezi výměnami elektrolytu jsou snížena (doporučený interval výměny elektrolytu u verzí niklových baterií s grafitovými je od 100 cyklů nebo 1x ročně). Také po vypálení značného množství grafitu se zhorší výstupní kapacita a zvýší se ekvivalentní vnitřní odpor prvku v důsledku zhoršení kontaktu aktivní hmoty s elektrodami. Ke konečnému zničení baterie a úplnému selhání dochází při korozi konstrukčních prvků (lamely a/nebo ocelového pouzdra) v důsledku omezené kvality niklování u levných baterií.

Nikl-železné baterie se již dlouho používají v evropském těžebním průmyslu díky své schopnosti odolávat vibracím, vysokým teplotám a dalšímu namáhání. Zájem o solární a větrné generátory , moderní elektrická doprava opět vzrostl.

Historie vynálezu

Waldemar Jungner

Švédský vynálezce Waldemar Jungner byl vynálezcem nikl-kadmiové baterie v roce 1899. Jungner experimentoval se železem jako náhradou za kadmium, včetně varianty se 100% železem. Jungner zjistil, že hlavní výhodou oproti nikl-kadmiovému okruhu byla cena, ale kvůli nižší účinnosti nabíjení a vyššímu plynování byla technologie nikl-železo považována za podřadnou a opuštěná. Jungner obdržel několik patentů na železnou verzi své baterie (švédské patenty č. 8.558/1897, 10.177/1899, 11.132/1899, 11.487/1899 a německý patent č. 110.210/1899).

Thomas Edison

Železo-niklová baterie byla nezávisle vynalezena Thomasem Edisonem v roce 1901 a byla používána jako zdroj energie pro elektrická vozidla, jako jsou Detroit Electric a Baker Electric. Edison tvrdil, že nikl-železné baterie by byly „mnohem lepší než baterie využívající olověné desky a kyselinu“. Jungnerovo dílo bylo ve Spojených státech prakticky neznámé až do 40. let 20. století, kdy zde byla zahájena výroba nikl-kadmiových baterií.

50voltová nikl-železná baterie byla hlavním zdrojem energie v německé raketě V-2 (společně se dvěma 16voltovými bateriemi pro napájení 4 gyroskopů, menší verze byla použita v řízené střele V-1 ).

Možnosti

Elektrochemický proces

Poloviční reakce na katodě:

a na anodě:

(Při vybití reakce probíhá zleva doprava, při nabití zprava doleva.) [1]

Vlivem hodnoty elektrochemického potenciálu železa v pracovním alkalickém roztoku se při skladování nabité baterie uvolňuje vodík a železná elektroda se samovolně vybíjí. Také díky nízké hodnotě přepětí vývinu vodíku na železné elektrodě při nabíjení se i při doporučených kladných provozních teplotách spotřebuje na vývin vodíku asi polovina elektrického náboje prošlého baterií. To je hlavní faktor omezující energetickou účinnost železo-niklové baterie. Při poklesu teploty pod nulu se účinnost nabíjení železné elektrody ještě více zhorší a při teplotách pod -20 °C se baterie přestane nabíjet.

Výroba

Edisonova baterie byla vyráběna v letech 1903 až 1972 společností Edison Battery Storage Company v East Orange , New Jersey. Pro společnost byly docela ziskové. V roce 1972 byla společnost prodána společnosti Exide Battery Corporation, která ukončila výrobu v roce 1975.

V současné době (2012) se železo-niklové baterie vyrábějí v USA, Číně, Maďarsku, Rusku a na Ukrajině.

Aplikace

Ekologie

Nikl-železné baterie neobsahují kadmium a olovo, díky čemuž jsou šetrnější k životnímu prostředí než nikl-kadmiové a olověné baterie.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ „Život Thomase A. Edisona“ http://memory.loc.gov/ammem/edhtml/edbio.html Archivováno 20. ledna 2011 na Wayback Machine
  2. ↑ Rostoucí hlavní ceny: Odborníci doporučují skladovat baterie. . Získáno 10. dubna 2010. Archivováno z originálu 19. srpna 2014.
  3. ↑ srovnání: Železo-niklová baterie-Energie/spotřebitelská cena 1,5 – 6,6 Wh/US$ a olověná baterie – Energie/spotřebitelská-cena 7-18 Wh/US$
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 mpoweruk.com: Porovnání akumulátorů a baterií (pdf) . Získáno 7. února 2010. Archivováno z originálu dne 29. března 2018.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 popis čínské nikl-železné baterie od BeUtilityFree
  6. ↑ 1 2 3 Mpower: Nickel Iron Batteries archivováno 26. srpna 2018 na Wayback Machine , Axeonpower: Nickel Iron Batteries archivováno 23. března 2011 na Wayback Machine
  7. ↑ „Nikloželezná baterie často kladené otázky“ BeUtilityFree Archivováno 27. listopadu 2013 na Wayback Machine
  8. ↑ Záloha webového archivu: Edison Battery Booklet originální návod k baterii Edison
  9. ↑ Všeobecné specifikace pro TNZh baterie jsou uvedeny v GOST 26500-85 „Alkalické nikl-železné trakční baterie. Všeobecné technické podmínky“, které platí pro baterie s kapacitou vyšší než 150 Ah, určené k napájení elektromotorů důlních elektrických lokomotiv a podlahových bezkolejových elektrifikovaných vozidel v provozních podmínkách skupin M26 a M28 podle GOST 17516-72 v nadmořské výšce do nadmořské výšky 2000 m nad mořem.

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Chemické zdroje proudu
Galvanické články
Elektrické baterie
palivové články
Modelky
přístroj