Nikl-vodíková baterie (NiH 2 nebo Ni-H 2 ) je reverzibilní zdroj chemického proudu sestávající z niklových a vodíkových elektrod [1] . Od nikl-metal hydridové baterie se liší použitím vodíku v plynné formě, uloženého ve stlačeném stavu v článku při tlaku 82,7 bar [2] .
NiH 2 články využívající 26% hydroxid draselný (KOH) jako elektrolyt dosahují životnosti 15 let a více při 80% hloubce vybití [3] . Hustota energie je 75 W•h / kg , 60 W•h/dm 3 [4] [5] . Napětí na kontaktech je 1,55 V , průměrné napětí při vybíjení je 1,25 V [6] .
Navzdory skutečnosti, že hustota energie je pouze asi třetinová ve srovnání s lithiovou baterií , specifickou vlastností nikl-vodíkové baterie je její dlouhá životnost: články vydrží více než 20 000 vybíjecích cyklů [7] při 85% účinnosti.
Baterie NiH 2 mají dobré elektrické vlastnosti, díky čemuž jsou atraktivní pro ukládání elektrické energie na vesmírných dopravních prostředcích [8] . Nikl-vodíkové baterie jsou vybaveny například ISS [9] , Messenger [10] , Mars Odyssey [11] , Mars Global Surveyor [12] a MRO . Hubbleův teleskop , když byly jeho původní baterie vyměněny v květnu 2009 19 let po startu, dosáhl nejvyššího počtu vybíjecích cyklů ze všech baterií NiH 2 na nízkých referenčních drahách [13] .
Vývoj nikl-vodíkových baterií začal v roce 1970 ve společnosti COMSAT [14] , kde byly poprvé použity v roce 1977 na palubě satelitu NTS-2 amerického námořnictva . [patnáct]
Nikl-vodíková baterie kombinuje kladnou niklovou elektrodu nikl-kadmiového článku a zápornou elektrodu, která obsahuje katalyzátor a část palivového článku pro difúzi plynu . Během výboje dochází k interakci vodíku obsaženého v tlakové nádobě s kyslíkem nikloxychloridové elektrody. Voda se spotřebovává na niklové elektrodě a uvolňuje se na vodíkové elektrodě, takže koncentrace hydroxidu draselného v elektrolytu se nemění. Jak se baterie vybíjí, tlak vodíku klesá, což poskytuje spolehlivou indikaci stavu vybití. V baterii jednoho z komunikačních satelitů byl při plném nabití tlak vyšší (3,4 MPa ), při úplném vybití klesl téměř na (0,1 MPa).
Jestliže nabitá baterie pokračuje v nabíjení, voda vytvořená na niklové elektrodě difunduje do vodíkové elektrody a tam se disociuje; v důsledku toho mohou baterie odolávat přebíjení, dokud se generované teplo odvádí.
Baterie mají nevýhodu relativně vysokého samovybíjení, které je úměrné tlaku vodíku v článku; u některých provedení může dojít ke ztrátě 50 % kapacity po několika dnech skladování. Samovybíjení se snižuje s klesající teplotou. [16]
Nikl-vodíkové baterie mají oproti jiným bateriím dobrou energetickou hustotu 60 Wh/kg a velmi dlouhou životnost na satelitech. Články vydrží přebíjení, náhodné přepólování , tlak vodíku článku poskytuje dobrou indikaci stupně vybití. Plynná povaha vodíku však znamená, že objemová účinnost je poměrně nízká a požadovaný vysoký tlak vyžaduje použití drahých tlakových nádob. [16]
Kladná elektroda je vyrobena ze slinutého [17] porézního niklového disku, který obsahuje hydroxid nikelnatý . Záporná vodíková elektroda využívá platinový katalyzátor s teflonovou vazbou se separátorem zirkoniových vláken [18] . [19]
Konstrukce baterie Individual Vessel (IPV) se skládá z článku NiH 2 a tlakové nádoby. [dvacet]
Konstrukce baterie Common Vessel (CPV) se skládá ze dvou článků NiH 2 v sérii a společné tlakové nádoby. CPV poskytuje poněkud vyšší hustotu energie než IPV.
Konstrukce SPV kombinuje až 22 článků ve společné nádobě.
V bipolárním provedení je běžná dostatečně silná elektroda: kladná pro jednu a záporná pro sousední článek v SPV. [21]
Design Dependent Vessel (DPV) poskytuje větší hustotu energie za nižší cenu. [22]
Konstrukce společné/závislé nádoby (C/DPV) je hybridem CPV a DPV s vysokou objemovou účinností. [23]