Железо-никелевый аккумулятор

Железо-никелевый аккумулятор — 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, 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 в последние годы из-за чего цена свинцовых аккумуляторов значительно поднялась цены практически сравнялись.

Долговечность

Способность этих батарей 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. Джангнер экспериментировал с железом в качестве замены кадмию, включая вариант с 100% железом. Джангнер 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. Джангнер никогда не патентовал железную версию его аккумулятора.

Томас Эдисон

Аккумулятор был развит Томасом Эдисоном в 1901 и использовался как источник энергии для электромобилей, таких как "Detroit Electric" и "Baker Electric". Эдисон заявлял, что никель-железный дизайн будет "сильно превосходящим аккумуляторы, использующих свинец и кислоту". Работа Джангнера 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 V2 (совместно с двумя 16 вольтовыми аккумуляторами питания 4х гироскопов, с уменьшеной версией использовалась в V1 бомбе). (viz. 1946 Operation Backfire blueprints.)

Параметры

• Запасенная энергия/масса: 20-50 Вт*ч/кг
• Запасенная энергия/объем: 350 Вт*ч/л
• Мощность/Вес: 100 Вт/кг
• Эффективность: 65%
• Стоимость: 1.5 - 6.6 Вт*ч/US$
• Саморазряд: 20% - 40%/месяц
• Срок службы: 30 - 50 лет
• Количество рабочих циклов: Многократный глубокий разряд на срок службы заметно не влияет.
• Напряжение: 1.2 V
• Рабочий диапазон температур: min.?-max.46 °C

Электрохимический процесс

Половина реакции на катоде:

$2NiOOH\;+\;2H_{2}O\;+\;2e^{-}\quad \rightleftharpoons \quad 2Ni(OH)_{2}+2OH^{-}$

и на аноде:

$Fe+2OH^{-}\quad \rightleftharpoons \quad Fe(OH)_{2}+2e^{-}.$

(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, NJ. Они были достаточно прибыльными для компании. В 1972 компания была продана корпорации "Exide Battery", которая прекратила производство в 1975.

В настоящее время (2007) никель-железные аккумуляторы в западном мире не производятся, но есть производства в Китае, Венгрии и Украине.

Экология

Никель железные аккумуляторы не содержат кадмия и свинца, что делает их более безопасными для окружающей среды.

См. также

• Электрический аккумулятор

Литература

• 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.

• Modern nickel-iron battery data