Никелово-железни (NiFe) батерии — характеристики, предимства и приложения
Научете всичко за никелово-железни (NiFe) батерии: характеристики, предимства и приложения — дълъг живот, издръжливост и използване в соларни и автономни системи.
Никелово-желязните батерии (NiFe батерии) са батерии, изработени от желязо, никел и хидроксид. Те са много здрави и не се чупят лесно. Могат да издържат повече от 20 години. Зареждат се бавно. Често се използват във влаковете.
Никел-железните батерии са много издръжливи. Могат да се зареждат многократно. Често се свързват с Томас Едисон, въпреки че той не е изобретил този тип батерии. Компанията на Едисон произвежда батериите до началото на 70-те години на миналия век. Днес те се произвеждат от няколко китайски компании. Често се използват в приложения, при които се изисква много дълъг експлоатационен живот, като например големи автономни системи за слънчева енергия.
Как работят NiFe батериите
В основата си NiFe клетката използва алкален електролит (обикновено KOH) и две активни материали:
- Анод — желязо (Fe), което се окислява при разреждане.
- Катод — никелова хидроксидна матрица (Ni(OH)2 / NiOOH), която претърпява обратими редокс реакции.
Номиналното напрежение на клетка е приблизително 1.2 V (подобно на никел-кадмиевите и никел-металхидридните клетки). По време на зареждане и разреждане протичат алкални редокс реакции; при силно презареждане се отделя водород, затова клетките са вентилирани и не могат да бъдат напълно запечатани.
Основни характеристики
- Дълъг живот — работен живот десетилетия при правилна поддръжка; много цикли без значителна деградация.
- Висока издръжливост — устойчиви на механични повреди, дълбоки разреждания и чести цикли.
- Ниска енергийна плътност — значително по-ниска от литиeвите батерии; това ги прави тежки и обемни за дадена енергия.
- Ниска ефективност на зареждане — част от енергията се губи при презареждане (частична газова еволюция), обща ефективност около средни стойности в сравнение с модерни технологии.
- Работен температурен диапазон — добри стойности при екстремни температури в сравнение с някои химии.
Предимства
- Изключително дълъг живот и голяма устойчивост при многократно зареждане/разреждане.
- Могат да бъдат дълбоко разреждани без сериозно повреждане.
- Висока механична здравина и добра работа при екстремни условия.
- Сравнително безопасна и нечувствителна към термично избухване в сравнение с някои литиеви клетки.
- Материалите (особено желязото) са по-малко токсични и лесно рециклируеми в сравнение с олово или кадмий.
Недостатъци
- Ниска енергийна плътност — батериите са тежки и големи за съхранение на една и съща енергия в сравнение с Li-ion.
- По-ниска енергийна ефективност и по-големи загуби при зареждане (частична еволюция на газове).
- Бавно зареждане/разреждане и по-високо вътрешно съпротивление.
- Не подходят за преносими приложения, където теглото и обемът са критични.
- Алкалният електролит (KOH) е корозивен — изисква правилно обвързване и поддръжка.
Приложения
- Автономни соларни системи и големи акумулаторни стаи, където важен е дългият живот и устойчивостта.
- Резервно захранване (UPS) и телекомуникационни площадки с изискване за дълготрайност.
- Индустриални и железопътни приложения, където нормалните удари и вибрации са чести.
- Проекти, при които безопасността и устойчивостта пред токсичност са по-важни от компактността (например някои стационарни системи за съхранение на енергия).
Поддръжка и експлоатация
- NiFe батериите са вентилирани и по време на зареждане може да се отделя водород и кислород — системата трябва да бъде добре вентилирана.
- Периодична проверка на нивото и състоянието на електролита; при необходимост се долива дестилирана вода (не киселинен електролит).
- Препоръчва се използване на подходящи зарядни устройства с контрол на напрежението и токa и с температурна компенсация за оптимален живот.
- При дълготрайно съхранение е добре да се поддържа частичен заряд; въпреки това батериите са по-устойчиви към самопразнене отколкото някои други технологии.
Безопасност и екологичен аспект
- NiFe батериите не съдържат олово или кадмий, което ги прави по-дружелюбни към околната среда в сравнение с някои традиционни акумулатори.
- Въпреки това KOH е корозивен и изисква правилно третиране при изтичане или подмяна.
- Рециклирането на желязо и никел е възможно и икономически оправдано при правилна организация.
Кратка история и съвременно производство
Никел-железните батерии имат дълга история; асоциацията с Томас Едисон идва от факта, че неговата компания масово е произвеждала и популяризирала тези акумулатори в началото на XX век. Производството е намаляло през втората половина на XX век в полза на по-компактни и ефективни технологии като оловно-киселинни, NiCd, NiMH и по-късно Li-ion. В наши дни няколко производителя (главно в Азия) възобновяват или поддържат производството на NiFe клетки за нишови приложения, където дългият живот и издръжливостта са приоритет.
Заключение
NiFe батериите са подходящ избор за приложения, където се търси максимална дълготрайност, устойчивост на злоупотреби и безопасност при стационарни инсталации. Те не са оптимални за преносими устройства или за места, където теглото и обемът са критични. При правилна поддръжка и подходящо управление на заряда тези акумулатори могат да работят десетилетия и да бъдат икономически изгодни в дългосрочен план.
обискирам