ویژگی ها و عملکرد باتری آهن نیکل یا ادیسون

ویژگی هاو عملکرد باتری آهن نیکل یا باتری ادیسون

ویژگی هاو عملکرد باتری آهن نیکل‌یا باتری ادیسون

باتوجه به بیشتر شدن روز به روز محبوبیت باتری ، تلاش گسترده ای برای تبدیل باتری به باتری با چگالی انرژی بالا جهت وسیله نقلیه الکتریکی‌وجوددارد. جواب‌این می‌تواند باتری نیکل آهن یا باتری ادیسون باشد. با یک کلمه واحد ، باتری Ni-Fe یک باتری بسیار مقاوم‌است. این باتری از تحمل بسیار بالایی برای شارژ بیش ازحد ، اتصال کوتاه و غیره برخورداراست.

حتی اگر ما این باتری را برای مدت طولانی شارژ نمی کنیم می تواند به همان اندازه عملکرد خوبی‌داشته‌باشد. این باتری به دلیل وزن سنگین ، در آن دسته از کاربردهامورداستفاده‌قرار‌می‌گیرد که در آن وزن باتری اهمیتی‌ندارد ، به عنوان مثال در سیستم انرژی خورشیدی ، در سیستم انرژی بادی و غیره به عنوان پشتیبان‌تهیه‌شود. ماندگاری و طول عمر سلول نیکل آهن بسیار بیشتر از باتری سربی اسیدی‌است ، امابا این وجود باتری نیکل آهن به دلیل هزینه بالای تولید محبوبیت خود را از دست‌داده‌است.

——————————————-

بیایید نگاهی به برخی از ویژگی‌های‌خاص نیکل آهن (Ni-Fe) یا باتری ادیسون بیندازیم.

این‌باتری می‌تواند 30 تا 50 کیلو وات ظرفیت تحویل انرژی درهرکیلوگرم وزن خود راداشته‌باشد. راندمان شارژ این باتری حدود 65٪است. این بدان‌معنی‌است که 65٪ انرژی الکتریکی ورودی در این باتری به عنوان انرژی شیمیایی در فرایند شارژ آن ذخیره‌می‌شود. راندمان تخلیه حدود 85٪است. این بدان‌معناست که باتری می‌تواند 85٪ انرژی ذخیره‌شده را به‌عنوان انرژی الکتریکی به بار منتقل کندو مابقی به دلیل تخلیه خود باتری‌تخلیه‌شود.

اگرباتری به مدت 30 روز بدون استفاده‌نگه داشته‌شود ، تنها 10٪ تا 15٪ از انرژی ذخیره‌شده خودرا به دلیل تخلیه خود از دست‌می‌دهد. باتری نیکل آهن از طول عمر قابل توجهی طولانی‌تربرخوردار است و حدود 30 تا 100 سال‌است. این دوره بسیارطولانی تر از طول عمر طبیعی باتری اسید سرب‌است که درحدود ده سال‌است. ولتاژ اسمی در هر سلول آهن نیکل 1.4 ولت‌است.

باتری آهن نیکل

اجزای اصلی مورد استفاده در باتری آهن نیکل ، هیدروکسید نیکل (III) به عنوان کاتد ، آهن به عنوان آند و هیدروکسید پتاسیم به عنوان الکترولیت‌است.

نیکل سولفات و سولفید آهن را به ماده فعال اضافه‌می‌کنیم.

——————————————-

ساختار باتری های‌ادیسون

ظرفیت سلول Ne-Fe به اندازه و تعداد صفحات مثبت و منفی بستگی‌دارد. ظاهر هر دو صفحه مثبت و منفی در این نوع سلول های باتری یکسان‌است. هردو صفحه از شبکه مستطیل شکل ساخته شده از آهن اندود نیکل تشکیل‌شده‌است. هریک از سوراخ‌های شبکه از جعبه استیل کم عمق و سوراخ شده با نیکل‌پرشده‌است.

اگرچه به‌نظر می‌رسد که هر دو صفحه یکسان‌هستند ، اماحاوی مواد فعال مختلفی‌هستند. جعبه های استیل سوراخ شده با نیکل از صفحات مثبت حاوی مخلوطی از اکسید نیکل و کربن پودر شده است‌و برخی از صفحات منفی حاوی دانه های ریز اکسید آهن با گرد و غبار ریز کربن‌هستند. درهردو صفحه ، گرد و غبار ریز کربن ، مخلوط با مواد فعال ، به افزایش هدایت الکتریکی کمک می‌کند. ما از پطاس محرق رقیق شده 20٪ به عنوان الکترولیت استفاده‌می‌کنیم.

از نیکل آهن اندود برای ساختن رگ های حاوی الکترولیت و الکتروداستفاده‌می‌شود. میله‌های ایبونیت بین صفحات قطب‌های مختلف‌قرار‌می‌گیرند تا از تماس مستقیم آنهاو باعث اتصال کوتاه جلوگیری‌کند. یک نکته دیگر در ساخت باتری ادیسون یا باتری آهن نیکل وجوددارد که تعداد صفحات منفی یکی بیشتر از تعداد صفحات مثبت‌است و ماآخرین صفحه الکتریکی منفی را به ظرف وصل‌می‌کنیم. صفحات همان قطب هابه یک بند مشترک جوش داده‌می‌شوند و سلول را می‌سازند و با ترکیب چندین سلول ، باتری ساخته‌می‌شود.

——————————————-

عملکرد باتری های‌آهن نیکل

ماقبلاً می‌دانیم که عملکرد اصلی باتری نیکل آهن ، واکنش شیمیایی درون باتری‌است که به الکترولیز معروف‌است. الکترولیز چیزی نیست جز واکنش شیمیایی هنگام عبور جریان ، آن می‌تواند هم علت و هم نتیجه واکنش شیمیایی‌باشد. شیمی سلول نیکل آهن بسیار پیچیده‌است زیرا فرمول دقیق ماده مثبت هنوز به خوبی مشخص‌نشده‌است. اما اگر بتوانیم فرض کنیم که ماده Ni(OH)₃‌است ، می توانیم تا حدودی آنرا توضیح‌دهیم. در حین شارژ ، ترکیب نیکل در صفحات مثبت به اکسید نیکل تبدیل‌می‌شود. فرایند شارژ باعث تغییر ترکیب آهن به آهن اسفنجی در صفحات منفی‌می‌شود.

درشرایط کاملاً شارژشده ، ماده فعال صفحات مثبت هیدروکسید نیکل [Ni(OH)3]است ، در حالیکه در جیب های صفحه منفی آهن ، آهن‌است. هنگامی که سلول جریان رابار می‌دهد ، ماده فعال صفحه مثبت از Ni (OH) 3 به Ni (OH) 2 و تغییر صفحه منفی از آهن به اکسید فرو(Fe(OH)₂)  تغییر می‌کند. فرایند الکتروشیمیایی موجود در باتری ادیسون را می توان با معادله زیر بیان‌کرد:

این معادله هم شارژ و هم تخلیه را بیان‌می‌کند. بخش سمت راست معادله واکنش پدیده‌تخلیه‌است و بخش سمت چپ معادله پدیده شارژ را بیان می‌کند. واکنش با انتقال الکترون‌ها از طریق مدار بار خارجی به صفحه مثبت هنگام تخلیه رخ‌می‌دهد. تدارک شرایطی برای خنک کردن بخار خورنده وجوددارد که در طول الکترولیز درون باتری ایجاد می‌شود و به این‌ترتیب در نصب سلول نیاز به مراقبت خاصی‌نیست.

ویژگی‌های باتری های‌آهن نیکل

میزان emf  باتری ادیسون به طور کامل شارژ 1.4 ولت‌است.

ولتاژ تخلیه متوسط ​​حدود 1.2 ولت است و متوسط ​​ولتاژ شارژ آن حدود 1.7 ولت در هر سلول‌است.

مشخصات این نوع باتری در شکل زیر نشان‌داده‌شده‌است.

ویژگی‌های باتری ادیسون

خصوصیات ولتاژ باتری نیکل آهن با مشخصات سلول سرب-اسید مشابه‌است. به طور کامل شارژ emf  1.4 V و به آرامی به 1.3 ولت کاهش می‌یابد و پس از آن بسیار آهسته در هنگام تخلیه به 1.1 یا 1.0 ولت می‌رسد. از نمودار می‌توانیم ببینیم که هیچ حد پایینتری برای تخلیه emf وجود نداردکه فراتر از آن خروجی باتری صفر‌باشد.

به‌همین دلیل بعد از مدت معینی باتری با هر خروجی متوقف‌می‌شود. emf یک باتری به طور مستقیم با درجه حرارت متناسب‌است ، به این معنی که با افزایش دما emf باتری افزایش‌می‌یابد.

متوسط ​​زمان شارژ باتری 7 ساعت و زمان تخلیه آن 5 ساعت‌است.

ویژگی دیگر باتری ادیسون این‌است که عملکرد مداوم در دمای بالاتر باعث کاهش عمر باتری می‌شود ،

در صورت شارژ شدن باتری بیشتر از زمان متوسط ​​شارژ ، همین اتفاق می‌افتد.

راندمان آمپر ساعت و وات ساعت این باتری نیکل آهن به ترتیب 85٪ و 60٪‌است.

در دمای 4 درجه سانتیگراد ، ظرفیت باتری ادیسون به صفر‌می‌رسد ،

به همین دلیل باید باتری قبل از کار گرم شود ، اگرچه در حین کار تلفات I²R باتری را داغ و در حال کار نگه‌می‌دارد.

——————————————-

مزایای باتری های‌آهن نیکل

مزایای مختلف باتری ادیسون وجود دارد ، که در زیر ذکر شده‌است.

1. وزن این باتری نسبت به سایر انواع باتری پایین تراست
   زیرا به مقدار کمتری از الکترولیت نیازدارند و صفحات نیز سبک ترهستند.
2. عمر باتری به دلیل مقررات مختلفی که ارائه شده بسیار بیشتراست.
3. این نوع باتری هاقوی ترهستند ، به دلیل وجود بدنه آهن ، ساختار و سازهای قوی‌دارند
   به همین دلیل ، آنها تحت تأثیر لرزش ، شوک ، جریانهای‌سنگین قرارندارند

معایب باتری های‌آهن نیکل

باتری ادیسون معایب خاصی دارد ، مانند هزینه اولیه مورد نیاز برای ساخت این باتری‌ها بسیار زیاداست زیرا مواد مورد استفاده‌بسیار گران قیمت هستند. یکی دیگر از اشکالات این نوع باتری ، راندمان پایین آن است. به همین دلایل محدود بودن‌استفاده‌از این باتری ها ، آنها عمدتاً در مناطقی مورد‌استفاده قرار میگیرند که استحکام مکانیکی بالایی ، سبکی ، رهایی از دودهای اسیدی مورد نیاز است.

کاربرد باتری های‌آهن نیکل

از مباحث فوق ، ما قبلاً می دانیم که باتری مذکور عمدتا در شرایط شدید مورد استفاده‌قرار می‌گیرد یا می توان گفت در جاهایی که راه دیگری جزاستفاده از باتری ادیسون وجودندارد. این باتری‌ها عمدتا در کامیون‌های صنعتی به منظور پیشرانه استفاده‌می شوند. آنهاهمچنین در لوکوموتیو‌های معدن و در راه آهن ، روشنایی ماشین و تهویه هوا مورداستفاده قرار میگیرند زیرا از مقاومت مکانیکی بالایی برخوردارهستند.

نگهداری و مراقبت از باتری های‌آهن نیکل

ماقبلاً می دانیم که این باتری هانسبت به سایر باتری ها به نگهداری کمتری نیازدارند.

احتیاط اصلی مورد استفاده در مورد این نوع باتری ها،‌حفظ سطح الکترولیت موجود در داخل باتری‌است. زیرا اگر سطح الکترولیت از صفحات داخل پایین‌ترشود ، باتری خیلی سریع آسیب‌می‌بیند و باتری آسیب جبران ناپذیری را متحمل‌می‌شود. برای جلوگیری از این امر ، باتری حداقل یک بار در هفته با آب مقطر پرشود. تعمیر و نگهداری دیگر که برای این باتری مورد نیازاست ، تعویض محلول الکترولیت‌است ، هر زمان که وزن مخصوص محلول به زیر 1.16 بیفتد ، الکترولیت تغییر می‌یابد.

——————————————-

مقالات مرتبط :

عملکرد باتری سربی اسیدی ثانویه | باتری ذخیره سازی سربی اسیدی ثانویه

اصول الکترولیز/ الکترولیت سولفات مس

نگهداری و تست های دوره ای باتری ها( اسیدی – نیکل کادمیوم و …)

باتری منیزیم /  ساختار باتری منیزیم

لینک زبان اصلی مقاله :

https://www.electrical4u.com/nickel-iron-batteries-or-edison-batteries/