Nikkeljernakkumulator

Den nikkel-jern akkumulator , også kalt Edison akkumulator , ble utviklet rundt 1900. Det anses å være holdbart og robust. Det er relatert til nikkel-kadmiumakkumulatoren ; imidlertid brukes jern i stedet for det giftige kadmiumet . Det er også relatert til litiumjernfosfatakkumulatoren , som har blitt brukt siden begynnelsen av 2010-tallet.

Reaksjon / konstruksjon

Følgende reaksjoner finner sted på jern-nikkelakkumulatoren:

Laste:

2 Ni (OH) ₂ + 2 OH ^- → 2 NiO (OH) + 2 H ₂ O + 2 e ^-

Fe (OH) ₂ + 2 e ^- → Fe + 2 OH ^-

De motsatte reaksjonene finner sted når du slipper ut.

Akkumulatoren er fylt med 20 prosent kaliumhydroksidløsning . Eldre design brukte et glasskar som cellekroppen; den nødvendige luftekskludering (beskyttelse mot karbondioksid) ble oppnådd ved å dekke elektrolytten med et tynt lag med olje . Andre generasjon brukte ofte en sveiset metallbeholder, mer moderne danner et plasthus. Luften er her forseglet av en innskruet trykkavlastningsventil . Dette så vel som skrueforbindelsene og forbindelsesstroppene er ofte laget av nikkelbelagt jern.

Når ladingen , nikkel er elektroden er dekket med et svart oksyd lag, som forsvinner igjen ved utladning. Etter lading kan en spenning på typisk rundt 1,3  volt måles mellom elektrodene , dvs. litt lavere enn sluttspenningsspenningen til NiCd-systemet på 1,4 V. Energitettheten er 19-25 Wh / kg (tilsvarer 0,07 -0,09 MJ / kg).

historie

Nikkeljernakkumulatoren (NiFe-akkumulatoren) ble utviklet nesten samtidig og uavhengig av hverandre av amerikaneren Thomas Alva Edison og svensken Waldemar Jungner . Jungner utviklet nikkel-jernakkumulatoren litt senere til nikkel-kadmiumakkumulator (NiCd-akkumulator) som fremdeles er utbredt i dag . De første patentene på NiFe-batteriet ble gitt i 1901, og serieproduksjon ble oppnådd i 1908. En langvarig tvist om prioritering, også angående NiCd-batteriet fra 1909, som dukket opp fra NiFe-batteriet, fulgte mellom de to oppfinnerne.

varighet

Nikkeljernbatterier har en veldig lang levetid på minst 8 år med høy belastning og opptil 25 år med mindre belastning. Med god håndtering er 3000 til 4000 ladesykluser mulig. For en lang holdbarhet er det viktig at temperaturen på elektrolytten ikke stiger over 45 ° C under lading.

applikasjoner

NiFe-batteriet ble brukt i gruvelamper og i forskjellige motorvogner. Det var f.eks. B. muligheten til å kjøpe en Detroit Electric med NiFe-batterier fra Edison. NiFe-batterier brukes noen ganger i fysiske laboratorier og skoler.

På grunn av sin ekstremt lange levetid, brukes disse batteriene hovedsakelig til UPS- systemer og i jernbanevogner.

Nikkel-jernakkumulatoren anses å være mekanisk og elektrisk ufølsom. Spesielt skader forårsaket av overladning eller dyp utladning , som kjent fra andre akkumulatorer, har en relativt liten effekt på disse cellene. Disse egenskapene har ført til en viss gjenoppliving av teknologi innen desentralisert strømforsyning .

Forskning og utvikling

Forskere i USA har utviklet en elektrode laget av nikkelhydroksydpartikler på grafen . Jernelektroden viste seg å være egnet og førte til gjenoppdagelsen av nikkeljernakkumulatoren. Verken hurtiglading, overlading eller dyp utladning fører til skade.

I 2016 ble en variant av en nikkel-jernakkumulator presentert som også er i stand til å produsere hydrogen ved elektrolyse . Cellen kan lades og tømmes som en vanlig akkumulator. Hvis akkumulatoren når sin kapasitetsgrense og elektrisitet fortsetter å leveres, produseres hydrogen, som deretter lagres og er tilgjengelig for andre formål. Laboratorieresultater viste effektivitet på 80–90%, som er høyere enn for konvensjonelle nikkel-jernbatterier og alkaliske elektrolysatorer. Tester indikerer også at cellene har veldig god holdbarhet. Cellene er laget av de mange elementene nikkel og jern , edle katalysatorer som. B. Platina i PEM-elektrolysatorer er ikke påkrevd. Ifølge forfatterne av studien gjør egenskapene til cellene dem spesielt egnet for kort og langvarig lagring av vind- og solenergi som en del av energiovergangen .

litteratur

• David Linden, Thomas B. Reddy (red.): Håndbok for batterier . 3. Utgave. McGraw-Hill, New York 2002, ISBN 0-07-135978-8 .
• Eberhard Zirngiebl: Introduksjon til anvendt elektrokjemi (spesielt kapittel 6.1.1.). Otto Salle, Frankfurt / Main 1993.
• R. Kinzelbach: Varta referanseserie. Volum 1. Varta, Hannover 1974.
• Erich Witte: bly- og stålakkumulatorer . Krausskopf, Mainz 1967.
• Günter Krämer: Nikkeljernebatteri med høy energitetthet . 1981, 163 sider.

weblenker

• Nikkel-jern (NiFe) batteriet
• Nikkeljernebatteriet. Et livstidsbatteri for Off-Grid-systemet eller Backup på nettet . ( Memento fra 13. november 2012 i Internet Archive ) BeUtilityFree (engelsk)
• Edisons nikkeljernebatteri (engelsk)
• Amerikanske forskere forbedrer Edisons nikkel-jern-batteri
• Nytt nikkeljernbatteri lades nesten tusen ganger raskere . Verdens fysikk

Individuelle bevis

1. ↑ Energidensitet fra NREL-testing av Iron Edison (PDF)
2. ↑ Grimsehl: Fysikkens lærebok , bind II. Leipzig 1954, s. 217.
3. ↑ David Linden, Thomas B. Reddy: Handbook of Batteries 3rd Edition, McGraw-Hill, New York, 2002, kapittel 25, s.730
4. ↑ Sönke Gäthke : Revived classic - Edison-batteri som et alternativ til litiumionbatteriet i dradio- forskning fra 8. november 2012
5. ^ FM Mulder et al.: Effektiv strømlagring med battolyseren, et integrert Ni-Fe-batteri og elektrolyser . I: Energi- og miljøvitenskap . teip 10 , nei. 3 , 2017, s. 756-764 , doi : 10.1039 / C6EE02923J .