Железо-никелевый аккумулятор.
Железо-никелевый аккумулятор (никель-железный аккумулятор) – это вторичный химический источник тока, в котором анодом является железо (с добавками оксида железа), электролитом – водный раствор гидроксида натрия или калия (с добавками гидроксида лития), катодом – гидрат окиси никеля (III) (с добавками никеля).
Железо-никелевый аккумулятор, его устройство
Принцип работы железо-никелевого аккумулятора
Преимущества и недостатки железо-никелевого аккумулятора
Применение железо-никелевого аккумулятора
Железо-никелевый аккумулятор, его устройство:
Железо-никелевый аккумулятор (никель-железный аккумулятор) – это вторичный химический источник тока, в котором анодом (отрицательным электродом) является железо (с добавками оксида железа), электролитом – водный раствор гидроксида натрия или калия (с добавками гидроксида лития), катодом (положительным электродом) – гидрат окиси никеля (III) (NiOOH) (с добавками никеля).
В свою очередь электрический аккумулятор – это вторичный химический источник тока многоразового действия, который может быть вновь заряжен после разряда. Для заряда аккумулятора электрический ток пропускается в направлении, обратном направлению тока при разряде.
Железо-никелевый аккумулятор также известен как аккумулятор Эдисона, т.к. был разработан последним в 1901 году.
Железо-никелевый аккумулятор относится к щелочному типу аккумуляторов.
Устройство железо-никелевого аккумулятора аналогично устройству аккумуляторов других типов с той лишь разницей, что активный материал содержится в никелированных стальных трубках или никелированных перфорированных карманах (ламелях).
Принцип работы железо-никелевого аккумулятора:
Принцип работы железо-никелевого аккумулятора основан на электрохимических реакциях окиси никеля (III) (NiOOH) и железа в растворе электролита.
В процессе работы железо-никелевого аккумулятора протекают следующие электрохимические реакции (процессы):
На катоде (положительном электроде), сделанном из гидрата окиси никеля (III) (NiOOH), протекает реакция:
2NiOOH + 2H2O + 2e– ⇄ 2Ni(OH)2 + 2OH–
На аноде (отрицательном электроде), сделанном из железа, протекает реакция:
Fe + 2OH– ⇄ Fe(OH)2 + 2e–
Все реакции обратимы. При разряде реакции протекают слева направо, при заряде – справа налево.
При разряде и заряде аккумулятора происходит изменение химического состава материала пластин (электродов), а химический состав электролита не меняется.
При разряде аккумулятора электрический ток течет от катода (положительного электрода) через внешнюю цепь к аноду (отрицательному электроду) при соответствующей нагрузке, например, в виде лампочки. При заряде – наоборот. Внутри аккумулятора в электролите при разряде аккумулятора происходит движение катионов к аноду (отрицательному электроду) и анионов к катоду (положительному электроду). При разряде – наоборот.
В ходе вышеуказанных электрохимических реакций на аноде могут образовываться Fe3O4, Fe2O3 и FeOOH, что приводит к образованию на аноде оксидной пленки и торможению реакций на аноде.
Напряжение разомкнутой цепи на одну ячейку составляет 1,4 вольта, при разряде падает до 1,2 вольта. Напряжение, необходимое для зарядки железо-никелевого аккумулятора, должно быть равно или превышать 1,6 вольта на одну ячейку.
Преимущества и недостатки железо-никелевого аккумулятора:
К преимуществам железо-никелевого аккумулятора относятся:
– достаточно высокая выносливость и стойкость к грубому обращению (перезаряд, глубокий разряд, короткое замыкание и термические удары),
– очень длительный срок службы и долговечность (20-50 лет) даже при таком – грубом обращении,
– способность выносить частые циклы разряд/заряд. Эта связана с низкой растворимостью реагентов в электролите. Длительное формирование металлического железа в процессе зарядки обусловлено низкой растворимостью Fe3O4. Длительный процесс образования кристаллов железа сохраняет электроды, но также лимитирует скорость работы: данные аккумуляторы заряжаются медленно и также медленно разряжаются.
– медленный разряд,
– способность выносить вибрацию, высокие температуры и другие стрессовые воздействия, что позволяет их использовать, например, в солнечных электростанциях и ветрогенераторах,
– электролитная смесь гидроксида натрия или гидроксида калия (с добавками гидроксида лития) не расходуется при зарядке или разрядке,
– не содержат кадмия и свинца, что делает их более безопасными для окружающей среды, чем никель-кадмиевые и свинцово-кислотные аккумуляторы,
– большой рабочий диапазон рабочих температур: от −40 до +46 °C,
– многократный глубокий разряд аккумулятора заметно не влияет на срок службы,
– эффективность заряда/разряда – менее 65-80 %.
К недостаткам железо-никелевого аккумулятора относятся:
– низкая удельная энергия,
– плохое удержание заряда,
– плохие показатели работы батарей при низких температурах,
– высокая стоимость производства,
– медленный заряд. Полная зарядка одной ячейки железо-никелевого аккумулятора составляет 7 часов,
– высокий саморазряд (20-40 % в месяц).
Применение железо-никелевого аккумулятора:
– в качестве тяговых аккумуляторов на различном электротранспорте,
– в качестве питания электрооборудования на железнодорожном транспорте (пассажирских вагонах, моторвагонном подвижном составе и локомотивах),
– для резервного электропитания в тех областях, где могут быть постоянно заряжаемыми,
– в тех областях, где необходимо выносить вибрацию, высокие температуры и другие стрессовые воздействия.
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com