Железо никелевый аккумулятор эдисона

Батарея Эдисона

Walter Noon III

Nuts&Volts, 2012, № 2, с. 38-43, «The Edison Cell»

Почти каждый день мы слышим о новых прорывах на пути приближения к ускользающей цели по созданию реально работающей системы аккумуляторных батарей. Возможно, однажды мы получим батарею, которая не будет демонстрировать эффекта «памяти», которая может быть полностью разряжена и перезаряжена без ущерба, и которая не потребует сложной компьютеризированной системы обслуживания. Она может оказаться даже настолько прочной, что будет защищена от повреждений при вибрациях и от химических протечек. При эксплуатации такая батарея может запросто пережить автомобиль или машину, для которой она предназначалась. И еще, мы можем добавить к списку наших пожеланий в части невозможного: малую токсичность материалов, простоту конструкции и, конечно, хорошую энергоемкость. Не слишком ли много мы хотим, чтобы надежда еще оставалась?

Томас Эдисон не думал так, когда в 1899 году, работая над пионерской разработкой Вальдемара Джангнера, он запатентовал батарею со всеми этими характеристиками. Это была мечта Эдисона, что электромобиль, сегодняшний лидер в популярности, легко превзойдет автомобиль с двигателем внутреннего сгорания или паровой, став «автомобилем дня» его времени и нашего.

Батарея Эдисона имела бóльшую энергоемкость, чем популярные свинцово-кислотные аккумуляторы и вдвое быстрее заряжалась. Поразительно, но она не страдала от полного разряда (даже оставаясь закороченной на годы), и подзарядка время от времени тоже ее устраивала. В руководстве было даже рекомендовано проделывать это ежемесячно!

Эдисон предполагал, что срок жизни батарей будет не менее четырех лет, но использованные материалы оказались столь стабильны (из-за низкой растворимости реагентов в электролите), что некоторые из них сохранили свою полную емкость сегодня, спустя более 50 лет!

Было несколько проблем с батареей Эдисона, включая малую пригодность к низким температурам, высокий саморазряд при хранении (от 20% до 40% в месяц) и более медленный, чем обычно, цикл заряд-разряд (65%). Хотя практическая природа этих батарей была неоспорима, возможно, эти «неограненные алмазы» заслуживают более пристального внимания, чтобы понять, какие современные технологии можно применить для улучшения их работы. На эти батареи в историческом плане неоднократно ссылались как на «батареи, которые работают так хорошо». Хотя они были популярны и рентабельны в рыночных нишах для Эдисона, было сказано, что никогда для общества не будет создана бизнес-модель по производству продукта, который не требует замены. Однако в наши дни, когда «озеленение» становится более чем причудой, возможно, идея Эдисона окончательно найдет свое время.

Электромобиль Эдисона и Байли с тестовым пробегом в 1000 миль.

В оригинальной статье вы можете найти более подробное описание батареи Эдисона, включая такие домашние опыты с ней, как на картинках ниже:

Светодиод горит от простой никель-железной составной батареи.

Платы и разделитель батарей, показанных на предыдущем рисунке.

Автор статьи подробно рассказывает об изготовлении элементов, а завершает свой рассказ так:

Хотя элементы «домашнего приготовления», показанные здесь, имеют очень ограниченную емкость, я надеюсь, что вы найдете их суть такой же очаровательной, как некогда я. Я верю, что все принципиально нужное здесь есть для создания больших элементов и следованию важному наследию Эдисона в других разработках. Поразительно, мое первое знакомство с элементами Эдисона было на местной энергетической выставке более 15 лет назад. Профессор из юношеского колледжа экспонировал Фольксваген, переделанный для работы от большого набора антикварных батарей Эдисона. Батареи в его автомобиле – много больше 50-летнего возраста – двигали его Фольксваген с серийным мотором и другими компонентами по школьному двору. Он заявлял о расстоянии около 100 миль и скорости в 60 миль/час… что превосходит многие из электромобилей нового поколения сегодня! Новые батареи могут вскоре затмить все, что было сделано ранее, но временами и старые технологии могут удивить вас!

Подготовил: Гололобов В.Н. по заказу Радиоежегодник

Источник

Железо-никелевый аккумулятор

Желе́зо-ни́келевый аккумуля́тор — 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 [1] , 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 [2] в последние годы, из-за чего цена свинцовых аккумуляторов значительно поднялась, цены практически сравнялись. [3]

Содержание

Долговечность

Способность этих аккумуляторов 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. Юнгнер экспериментировал с железом в качестве замены кадмию, включая вариант со 100 % железом. Юнгнер 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. Юнгнер получил несколько патентов на железную версию его аккумулятора (шведские патенты № 8.558/1897, 10.177/1899, 11.132/1899, 11.487/1899 и германский патент № 110.210/1899).

Томас Эдисон

Железо-никелевый аккумулятор был независимо изобретён Томасом Эдисоном в 1901 и использовался как источник энергии для электромобилей, таких как «Detroit Electric» и «Baker Electric». Эдисон заявлял, что никель-железные батареи будут «гораздо лучше аккумуляторов, использующих свинцовые пластины и кислоту». Работа Юнгнера 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 «Фау-2» (совместно с двумя 16-вольтовыми аккумуляторами питания 4 гироскопов, в уменьшенной версии использовалась в крылатой ракете «Фау-1»).

Параметры

• Запасённая энергия/масса: 20-50 [4] Вт·ч/кг
• Запасённая энергия/объем: 350 [5] Вт·ч/л
• Мощность/масса: 100 [4] Вт/кг
• Эффективность: 65 % [6]
• Стоимость: 1,5 [5] — 6,6 [4] Вт·ч/US$
• Саморазряд: 20 % [5][4] — 40 % [4] /месяц
• Срок службы: 30 [6] — 50 лет [7][5]
• Количество рабочих циклов: Многократный глубокий разряд на срок службы заметно не влияет. [6][5]
• Напряжение: 1,2 В[4]
• Рабочий диапазон температур: от −40 до +46 °C [8]

Электрохимический процесс

Половина реакции на катоде:

(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, штат Нью-Джерси. Они были достаточно прибыльными для компании. В 1972 компания была продана корпорации «Exide Battery», которая прекратила производство в 1975.

В настоящее время (2012) железо-никелевые аккумуляторы производятся в США, Китае, Венгрии, России и на Украине.

Экология

Железо-никелевые аккумуляторы не содержат кадмия и свинца, что делает их более безопасными для окружающей среды, чем никель-кадмиевые и свинцово-кислотные аккумуляторы.

См. также

Литература

• Black Edwin Internal Combustion : How Corporations and Governments Addicted the World to Oil and Derailed the Alternatives. — St Martin’s Griffin. — ISBN 978-0-312-35908-9

• Modern nickel-iron battery data

Примечания

1. ↑ «The Life of Thomas A. Edison» http://memory.loc.gov/ammem/edhtml/edbio.html
2. ↑Рост цен на свинец: эксперты рекомендуют создавать запас аккумуляторов.
3. ↑ сравн: Железо-никелевый аккумулятор-Energy/consumer-price 1.5 — 6.6 Wh/US$ и свинцово-кислотный аккумулятор — Energy/consumer-price 7-18 Wh/US$
4. ↑ 123456mpoweruk.com: Accumulator and battery comparisons (pdf)
5. ↑ 12345a description of the Chinese nickel-iron battery from BeUtilityFree
6. ↑ 123Mpower: Nickel Iron Batteries, Axeonpower: Nickel Iron Batteries
7. ↑«Nickel Iron Battery Frequently Asked Questions» BeUtilityFree
8. ↑ Web archive backup: Edison Battery Booklet original instruction book for the Edison battery

Химические источники тока
Гальванический элемент	Гальванический элемент Даниеля | Щелочной элемент | Ртутно-цинковый элемент | Сухой элемент | Концентрационный элемент | Воздушно-цинковый элемент | Нормальный элемент Вестона
Электрические аккумуляторы	Свинцово-кислотный | Серебряно-цинковый | Никель-кадмиевый | Никель-металл-гидридный | Никель-цинковый аккумулятор | Литий-ионный | Литий-полимерный | Литий-железо-сульфидный | Литий-железо-фосфатный | Литий-титанатный | Ванадиевый | Железо-никелевый
Топливные элементы	Прямой метанольный | Твердооксидный | Щелочной
Модели	Батарея | Электрический аккумулятор | Топливный элемент
Устройство	Анод | Катод | Электролит

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Железо-никелевый аккумулятор» в других словарях:

ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЕВЫЙ АККУМУЛЯТОР — щелочной аккумулятор, у которого положительным электродом служит водная окись никеля с добавкой 20 % графита, отрицательным размельченное железо, электролитом 21 % раствор щелочи (едкий калий). Электродвижущая сила около 1,25 в. По конструкции… … Морской словарь

железо-никелевый аккумулятор — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN iron nickel accumulator … Справочник технического переводчика

железо-никелевый аккумулятор — nikelio geležies akumuliatorius statusas T sritis chemija formulė Fe|20% KOH|NiO(OH),Ni atitikmenys: angl. Edison cell; nickel iron accumulator; NIFF cell rus. железо никелевый аккумулятор … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

железо-никелевый аккумулятор — geležies nikelio akumuliatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. iron nickel accumulator; nickel iron accumulator vok. Nickel Eisen Akkumulator, m rus. железо никелевый аккумулятор, m pranc. accumulateur au fer nickel, m … Fizikos terminų žodynas

Железо-никелевый аккумулятор — щелочной Аккумулятор с электродами из железа (+) и никеля ( ). Один из основных типов аккумуляторов; применяется в авиации, технике связи, на электрокарах … Большая советская энциклопедия

Литий-железо-сульфидный аккумулятор — Li FeS это вторичный химический источник тока в котором анодом является литий алюминиевый сплав, электролит сплав хлорида фторида и сульфида лития в матрице из оксида магния (твердый электролит), катод FeS сульфид железа.… … Википедия

Литий-железо-фосфатный аккумулятор — (LiFePO4) тип электрического аккумулятора, являющийся видом литий ионного аккумулятора, в котором используется LiFePO4 в качестве катода. Содержание 1 Характеристики 2 История … Википедия

Аккумулятор (значения) — Аккумулятор (лат. accumulator собиратель, от лат. accumulo собираю, накопляю) устройство для накопления энергии с целью её последующего использования. Автомобильный аккумулятор аккумуляторная батарея, используемая на автомобильном… … Википедия

Никель-водородный аккумулятор — (NiH2 или Ni–H2) это обратимый химический источник тока, состоящий из никелевого и водородного электродов … Википедия

Источник