Залізо-нікелевий акумулятор

1. Вальдемар Юнгнер [ правити | правити код ]
2. Томас Едісон [ правити | правити код ]

Наши партнеры ArtmMisto

Залізо-нікелевий акумулятор - це вторинний хімічний джерело струму , в котрому залізо - анод , електролітом є водний розчин гідроксиду натрію або калію (З добавками гідроксиду літію ), катод - гідрат окису нікелю (III) .

Активний матеріал міститься в нікельованих сталевих трубках або перфорованих кишенях. З точки зору вартості і питомої енергоємності, вони близькі до літій-іонним акумуляторам , А з точки зору саморозряду, ефективності і напруги - до NiMH акумуляторів . Це досить витривалі акумулятори, стійкі до грубого поводження (перезаряд, глибокий розряд, коротке замикання і термічні удари) і мають дуже довгий термін служби.

Їх використання стало знижуватися з моменту зупинки виробництва через пожежу на заводі / лабораторії Едісона в 1914 році [1] перевірити посилання, через погані показники роботи батарей при низьких температурах, поганого утримання заряду (як у NiMH акумуляторів) і високу вартість виробництва, яку можна порівняти з кращими герметизованими свинцево-кислотними акумуляторами і до 1/2 вартості NiMH акумуляторів. Однак у зв'язку зі зростанням вартості свинцю [2] в останні роки, ціна свинцевих акумуляторів значно піднялася, і ціни практично зрівнялися. [3]

При порівнянні акумуляторів зі свинцево-кислотними слід пам'ятати, що допустимий експлуатаційний розряд свинцево-кислотного акумулятора значно менше, ніж теоретична повна ємність, а залізонікелевого - дуже близький до неї. Тому реальна експлуатаційна ємність залізонікелевого акумулятора, при рівній теоретичної повної ємності, може бути в кілька разів (в залежності від режиму) більше, ніж у свинцево-кислотного.

Здатність цих акумуляторів виносити часті цикли розряд / заряд пов'язана з низькою розчинністю реагентів в електроліті. Тривале формування металевого заліза в процесі зарядки обумовлено низькою розчинністю Fe3O4. Тривалий процес утворення кристалів заліза зберігає електроди, але також лімітує швидкість роботи: дані акумулятори заряджаються повільно і так само повільно розряджаються.

Основні фактори обмежують довговічність залізо-нікелевих акумуляторів - вигоряння графіту токопроводящей добавки через виділення кисню при розкладанні води, корозія нікельованих залізних корпусів і ламелей з наступним висипанням активних мас в шлам, осадження заліза на сепараторах і збільшення саморазряда. Залізо-нікелеві елементи виробництва заводів Едісона на початку 19хх років мали трубчасту конструкцію позитивного окисно-нікелевого електрода з струмопровідного добавкою нікелевих пелюсток замість графіту і поліпшену технологію нікелювання залізних конструкційних матеріалів (запікання багатошарового нікелевого покриття, отриманого з водного розчину нікелевої солі, в печах з водневої захисною атмосферою). При цьому призначений термін служби становив 100 років і рекомендований інтервал заміни електроліту - один раз в 5..10 років. У дешевших конструкціях залізо-нікелевих акумуляторів яка відслужила вже в початкові десятки років через вигоряння графитной токопроводящей добавки в процесі експлуатації елемента швидше забруднюється електроліт карбонатами і зменшуються інтервали між замінами електроліту (рекомендований інтервал заміни електроліту в виконаннях нікелевих акумуляторів з графітом - від 100 циклів або 1 раз на рік). Також після вигоряння істотної кількості графіту погіршується віддається ємність і збільшується еквівалентну внутрішній опір елемента через погіршення контакту активної маси з електродами. Остаточна руйнація акумулятора і повний вихід з ладу відбуваються при наскрізної корозії конструкційних елементів (ламелей і / або сталевого корпусу) через обмежений якості нікелювання дешевих варіантів виконання акумулятора.

Нікель-залізні акумулятори довгий час використовувалися в європейській гірської промисловості завдяки їх здатності виносити вібрацію, високі температури і інші стресові впливу. Повторно до них зріс інтерес в сонячних і вітрогенератори , Сучасному електротранспорті.

Вальдемар Юнгнер [ правити | правити код ]

шведський винахідник Вальдемар Юнгнер (Waldemar Jungner, в англійській вимові - Джангнер) був винахідником нікель-кадмиевого акумулятора в 1899. Юнгнер експериментував з залізом в якості заміни кадмію, включаючи варіант з 100% залізом. Юнгнер виявив, що головною перевагою перед нікель-кадмиевой схемою була вартість, але через більш низьку ефективність зарядки і більш високого газоутворення нікель-залізна технологія була визнана неповноцінною і занедбана. Юнгнер отримав кілька патентів на залізну версію його акумулятора (шведські патенти № 8.558 / 1897 10.177 / 1899 11.132 / 1899 11.487 / 1899 і німецький патент № 110.210 / 1899).

Томас Едісон [ правити | правити код ]

Залізо-нікелевий акумулятор був незалежно винайдений Томасом Едісоном в 1901 і використовувався як джерело енергії для електромобілів, таких як « Detroit Electric »І« Baker Electric ». Едісон заявляв, що нікель-залізні батареї будуть «набагато краще акумуляторів, що використовують свинцеві пластини і кислоту». Робота Юнгнер була практично невідома в США аж до 40-х років, коли там було запущено виробництво нікель-кадмієвих акумуляторів. 50-вольта нікель-залізна батарея була основним джерелом харчування в німецькій ракеті « Фау-2 »(Спільно з двома 16-вольтовими акумуляторами харчування 4 гіроскопів, в зменшеної версії використовувалася в крилатої ракети« Фау-1 »).

• Збережена енергія / маса: 20-50 [4] Вт · год / кг
• Збережена енергія / об'єм: 350 [5] В т.ч/ л
• Потужність / маса: 100 [4] Вт / кг
• Ефективність: 65% [6]
• Вартість: 1,5 [5] - 6,6 [4] В т.ч/ US $
• Саморозряд: 20% [4] [5] - 40% [4] / місяць
• Термін служби: 30 [6] - 50 років [5] [7]
• Кількість робочих циклів: Багаторазовий глибокий розряд на термін служби помітно не впливає. [5] [6]
• Напруга: 1,2 В [4]
• Робочий діапазон температур: від -40 до +46 ° C [8]

Половина реакції на катоді:

2 N i OOH + 2 H 2 O + 2 e - ⇌ 2 N i (OH) 2 + 2 OH - {\ displaystyle {\ mathsf {2NiOOH \; + \; 2H_ {2} O \; + \; 2 e ^ {-} \ quad \ rightleftharpoons \ quad 2Ni (OH) _ {2} + 2OH ^ {-}}}}

і на аноді:

F e + 2 O H - ⇌ F e (O H) 2 + 2 e -. {\ Displaystyle {\ mathsf {Fe + 2OH ^ {-} \ quad \ rightleftharpoons \ quad Fe (OH) _ {2} + 2 e ^ {-}}}.}

(При розряді реакція протікає зліва направо, при заряді справа наліво.) [1]

У зв'язку зі значенням електрохімічного потенціалу заліза в робочому лужному розчині при зберіганні заряджений акумулятор відбувається виділення водню і саморозряд залізного електрода. Також через малого значення перенапруги виділення водню на залізному електроді при заряді приблизно половина минулого через акумулятор електричного заряду витрачається на виділення водню навіть при рекомендованих позитивних робочих температурах. Це основний фактор обмежує енергетичну ефективність залізо-нікелевого акумулятора. При зниженні температури нижче нуля зарядна ефективність залізного електрода ще більше погіршується і приблизно при нижче -20 ° C акумулятор перестає заряджатися.

Акумулятор Едісона проводився з 1903 до 1972 компанією «Edison Battery Storage Company» в East Orange, штат Нью-Джерсі. Вони були досить прибутковими для компанії. У 1972 компанія була продана корпорації «Exide Battery», яка припинила виробництво в 1975.

В даний час (2012) залізо-нікелеві акумулятори виробляються в США, Китаї, Угорщині, Росії та Україні.

Залізо-нікелеві акумулятори не містять кадмію і свинцю, що робить їх більш безпечними для навколишнього середовища, ніж нікель-кадмієві і свинцево-кислотні акумулятори.

• Black, Edwin. Internal Combustion: How Corporations and Governments Addicted the World to Oil and Derailed the Alternatives. - St Martin's Griffin, 2006. - ISBN 978-0-312-35908-9 .