Железо-никелевый аккумулятор


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

 



карта сайта