鎳鐵電池
 在1972-1975年間生產的鎳鐵電池。其品牌是由托馬斯·愛迪生最初研製於1901年的「Exide公司」品牌。 | |
| 比能 | 22-25 [1] Wh/kg |
|---|---|
| 能量密度 | 30[2] Wh/l |
| 功率重量比 | 100[3] W/kg |
| 充電/放電效率 | 65%–80%[4] |
| 能源/消費價格 | 1.5[2] – 6.6[3] Wh/US$ |
| 自放電率 | 20%[2][3] – 30%[3]/月 |
| 時間耐久性 | 30[4] – 50 年[2][5] |
| 循環耐久性 | Repeated deep discharge does not reduce life significantly.[2][4] |
| 標稱電池電壓 | 1.2 V[3] |
| 充電時溫度間隔 | 最低 −40 °C – 最高46 °C[6] |
鎳鐵電池是眾多充電電池中的一種，它的陽極是氫氧化鎳，陰極是鐵，電解質(電解液)是氫氧化鉀。這種電池的電壓通常是1.2V。它很耐用，能夠經受一定程度的使用事故（包括過度充電、過度放電、短路、過熱），而且經受上述損害後仍能保持很長的壽命。[7]它一般作為後備使用，因為它能夠被持續充電而且儲存大概20年後仍能工作。而它的缺點則是單位質量(體積)儲存的電能少、不能很好的儲存電能、在低溫時性能低下以及與鉛酸電池相比時所突顯的高製造成本。這使得它已不怎麼被人使用了。[8]
這類電池之所以能夠經受頻繁充放電，是由於電解液中的反應物溶解度很低。在充電過程中，由於四氧化三鐵的低溶解度造成鐵離子的形成十分緩慢。這既是好事，也是壞事。好事是因為鐵晶體緩慢地形成可以很好地保護電極，而壞事則是它限制了電池的性能，使得這類電池充電慢，放電也慢。
應用
[編輯]許多鐵路車輛使用鎳鐵電池。[9][10]一些例子有倫敦地鐵電動火車和紐約城際地鐵-R62A等。
該技術的不連接電網的應用中已重新流行，每天充電使其成為適用技術。[11][12][13]
續航力
[編輯]這些電池的頻繁沖電放電循環的生存能力強，是由於在電解質中的反應物的溶解度很低。金屬鐵的充電過程中的形成慢是因為氫氧化亞鐵的溶解度低。當緩慢形成的鐵結晶保存了電極，但它也限制了高速率性能：這些電池充電緩慢，並且僅能夠放電緩慢。[7]鎳鐵電池不應該從一個恆壓源充電，因為它們可以通過熱失控而損壞；當電池放氣開始和升高溫度時，電池內部的電壓下降，從而增加了電流，因而進一步增加放氣和升高溫度。
電化學
[編輯]在正極板的半電池反應是：
- 2 NiOOH + 2 H2O + 2 e− ↔ 2 Ni(OH)2 + 2 OH−
以及在負極板：
- Fe + 2 OH− ↔ Fe(OH)2 + 2 e−
(放電從左向右閱讀，充電是從右到左閱讀。)[14] 開路電壓為1.4伏特，放電時下降到1.2伏特。[7]
歷史
[編輯]鎳鐵電池由愛迪生在1901年發明，當時被用作電動汽車的能源，比如底特律電動車。鎳鐵電池與鎳鎘電池相比，最大的優勢是價格低廉，但由於這類電池充電效率低，以及後來制氫技術的大發展，鎳鐵電池技術逐漸衰落。
愛迪生在1903年到1940年間製造這些電池，為公司帶來了可觀的利潤。使愛迪生失望的是，沒有人接受用他的電池來啟動內燃機，而上述的電動汽車在引進這些電池的幾年後就停產了。最後，這種電池只是在鐵路信號發送及備用電源方面得到廣泛的應用。
參看
[編輯]參考
[編輯]- ^ Energy Density from NREL Testing by Iron Edison (PDF). [25 March 2014]. （原始內容存檔於2016-10-20）.
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 A description of the Chinese nickel–iron battery from BeUtilityFree 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2009-02-06.
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 mpoweruk.com: Accumulator and battery comparisons (pdf) (PDF). [2013-01-08]. （原始內容 (PDF)存檔於2018-03-29）.
- ^ 4.0 4.1 4.2 Mpower: Nickel Iron Batteries. [2013-01-08]. （原始內容存檔於2018-08-26）.
- ^ "Nickel Iron Battery Frequently Asked Questions" BeUtilityFree 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2013-11-27.
- ^ Web archive backup: Edison Battery Booklet original instruction book for the Edison battery
- ^ 7.0 7.1 7.2 David Linden, Thomas B. Reddy (ed). Handbook Of Batteries 3rd Edition, McGraw-Hill, New York, 2002 ISBN 0-07-135978-8, Chapter 25
- ^ Ian Soutar. Nickel Iron Battery Association HomePage. 1 July 2010 [30 October 2011]. （原始內容存檔於2021-04-19）.
- ^ Systematic design of an autonomous hybrid locomotive | EUrailmag. eurailmag.com. [2013-04-17]. （原始內容存檔於2018-08-17）.
- ^ Magma #10 Project. azrymuseum.org. 2012-05-15 [2013-04-17]. （原始內容存檔於2020-08-05）.
- ^ Mother Earth News Issue #62 - March/April 1980
- ^ 存档副本. [2013-12-20]. （原始內容存檔於2021-04-19）.
- ^ Home Power Magazine Issue #80 December 2000/Jan 2001
- ^ Electrochemistry Edison Cell (Iron-Nickel-Battery) – Model. [2013-12-20]. （原始內容存檔於2007-08-08）.
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