Железо-никелевый аккумулятор


Железо-никелевый аккумулятор

Желе́зо-ни́келевый аккумуля́тор — это вторичный химический источник тока, в котором железо — анод, электролитом является водный раствор гидроксида натрия или калия (с добавками гидроксида лития), катод — гидрат окиси никеля(III).

Активный материал содержится в никелированных стальных трубках или перфорированных карманах. С точки зрения стоимости и удельной энергоемкости, они близки к литий-ионным аккумуляторам, а с точки зрения саморазряда, эффективности и напряжения — к NiMH аккумуляторам. Это достаточно выносливые аккумуляторы, стойкие к грубому обращению (перезаряд, глубокий разряд, короткое замыкание и термические удары) и имеющие очень длинный срок службы. Используются для резервного электропитания там, где могут быть постоянно заряжаемыми. Срок службы в таком случае может быть более 20 лет.

Их использование стало снижаться с момента остановки производства из-за пожара на заводе/лаборатории Эдисона в 1914 году[1], по причине плохих показателей работы батарей при низких температурах, плохого удержания заряда (как у NiMH аккумуляторов) и высокой стоимости производства, сравнимой с лучшими герметизированными свинцово-кислотными аккумуляторами и до 1/2 стоимости NiMH аккумуляторов. Однако в связи с ростом стоимости свинца[2] в последние годы, из-за чего цена свинцовых аккумуляторов значительно поднялась, цены практически сравнялись.[3]

Содержание

Долговечность

Способность этих аккумуляторов выносить частые циклы разряд/заряд связана с низкой растворимостью реагентов в электролите. Формирование металлического железа в процессе зарядки длительно по причине низкой растворимости Fe3O4. Длительный процесс образования кристаллов железа сохраняет электроды, но также лимитирует скорость работы: данные аккумуляторы заряжаются медленно и разряжаются медленно.

Никель-железные аккумуляторы долгое время использовались в европейской горной промышленности благодаря их способности выносить вибрацию, высокие температуры и другие стрессовые воздействия. Повторно к ним возрос интерес в солнечных и ветрогенераторах, современном электротранспорте.

История изобретения

Вальдемар Юнгнер

Шведский изобретатель Вальдемар Юнгнер (Waldemar Jungner, в английском произношении — Джангнер) был изобретателем никель-кадмиевого аккумулятора в 1899. Юнгнер экспериментировал с железом в качестве замены кадмию, включая вариант со 100 % железом. Юнгнер обнаружил, что главным преимуществом перед никель-кадмиевой схемой была стоимость, но из-за более низкой эффективности зарядки и более высокого газообразования никель-железная технология была признана неполноценной и заброшена. Юнгнер получил несколько патентов на железную версию его аккумулятора (шведские патенты № 8.558/1897, 10.177/1899, 11.132/1899, 11.487/1899 и германский патент № 110.210/1899).

Томас Эдисон

Железо-никелевый аккумулятор был независимо изобретён Томасом Эдисоном в 1901 и использовался как источник энергии для электромобилей, таких как «Detroit Electric» и «Baker Electric». Эдисон заявлял, что никель-железные батареи будут «гораздо лучше аккумуляторов, использующих свинцовые пластины и кислоту». Работа Юнгнера была практически неизвестна в США вплоть до 40-х годов, когда там было запущено производство никель-кадмиевых аккумуляторов. 50-вольтовая никель-железная батарея была основным источником питания в немецкой ракете «Фау-2» (совместно с двумя 16-вольтовыми аккумуляторами питания 4 гироскопов, в уменьшенной версии использовалась в крылатой ракете «Фау-1»).

Параметры

  • Запасённая энергия/масса: 20-50[4] Вт·ч/кг
  • Запасённая энергия/объем: 350[5] Вт·ч/л
  • Мощность/масса: 100[4] Вт/кг
  • Эффективность: 65 %[6]
  • Стоимость: 1,5[5] — 6,6[4] Вт·ч/US$
  • Саморазряд: 20 %[5][4] — 40 %[4]/месяц
  • Срок службы: 30[6] — 50 лет[7][5]
  • Количество рабочих циклов: Многократный глубокий разряд на срок службы заметно не влияет.[6][5]
  • Напряжение: 1,2 В[4]
  • Рабочий диапазон температур: от −40 до +46 °C[8]

Электрохимический процесс

Половина реакции на катоде:

\mathsf{2 Ni O OH \; + \; 2 H_2O \; + \; 2e^- \quad \rightleftharpoons \quad 2 Ni(OH)_2 + 2 OH^-}

и на аноде:

\mathsf{Fe + 2 OH^- \quad \rightleftharpoons \quad Fe(OH)_2 + 2e^-}.

(При разряде реакция протекает слева направо, при заряде справа налево.) [1]

Производство

Аккумулятор Эдисона производился с 1903 до 1972 компанией «Edison Battery Storage Company» в East Orange, штат Нью-Джерси. Они были достаточно прибыльными для компании. В 1972 компания была продана корпорации «Exide Battery», которая прекратила производство в 1975.

В настоящее время (2012) железо-никелевые аккумуляторы производятся в США, Китае, Венгрии, России и на Украине.

Экология

Железо-никелевые аккумуляторы не содержат кадмия и свинца, что делает их более безопасными для окружающей среды, чем никель-кадмиевые и свинцово-кислотные аккумуляторы.

См. также

Литература

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

Примечания



Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Железо-никелевый аккумулятор" в других словарях:

  • ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЕВЫЙ АККУМУЛЯТОР — щелочной аккумулятор, у которого положительным электродом служит водная окись никеля с добавкой 20 % графита, отрицательным размельченное железо, электролитом 21 % раствор щелочи (едкий калий). Электродвижущая сила около 1,25 в. По конструкции… …   Морской словарь

  • железо-никелевый аккумулятор — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN iron nickel accumulator …   Справочник технического переводчика

  • железо-никелевый аккумулятор — nikelio geležies akumuliatorius statusas T sritis chemija formulė Fe|20% KOH|NiO(OH),Ni atitikmenys: angl. Edison cell; nickel iron accumulator; NIFF cell rus. железо никелевый аккумулятор …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • железо-никелевый аккумулятор — geležies nikelio akumuliatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. iron nickel accumulator; nickel iron accumulator vok. Nickel Eisen Akkumulator, m rus. железо никелевый аккумулятор, m pranc. accumulateur au fer nickel, m …   Fizikos terminų žodynas

  • Железо-никелевый аккумулятор —         щелочной Аккумулятор с электродами из железа (+) и никеля ( ). Один из основных типов аккумуляторов; применяется в авиации, технике связи, на электрокарах …   Большая советская энциклопедия

  • Литий-железо-сульфидный аккумулятор — Li FeS  это вторичный химический источник тока в котором анодом является литий алюминиевый сплав, электролит  сплав хлорида фторида и сульфида лития в матрице из оксида магния (твердый электролит), катод  FeS сульфид железа.… …   Википедия

  • Литий-железо-фосфатный аккумулятор — (LiFePO4) тип электрического аккумулятора, являющийся видом литий ионного аккумулятора, в котором используется LiFePO4 в качестве катода. Содержание 1 Характеристики 2 История …   Википедия

  • Аккумулятор (значения) — Аккумулятор (лат. accumulator собиратель, от лат. accumulo собираю, накопляю) устройство для накопления энергии с целью её последующего использования. Автомобильный аккумулятор аккумуляторная батарея, используемая на автомобильном… …   Википедия

  • Электрический аккумулятор — {б{redirect|Аккумулятор|Аккумулятор (значения)}} Никель кадмиевые (NiCd) аккумуляторы …   Википедия

  • Никель-водородный аккумулятор — (NiH2 или Ni–H2) это обратимый химический источник тока, состоящий из никелевого и водородного электродов …   Википедия


We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.