Nikel-rux batareyasi - Nickel–zinc battery

Nikel-rux batareyasi
Akku NiZn AAA AA tomonidan NicoJenner.jpg
AA va AAA o'lchamdagi nikel-sink xujayralari
Maxsus energiya100 W · h /kg
Energiya zichligi280 Vt · soat / l
Muayyan kuch> 3000 Vt /kg
Energiya / iste'molchi narxi2–3Wh /AQSH$
Hujayraning nominal kuchlanishi1.65 V

A nikel-rux batareyasi, qisqartirilgan NiZn, bir turi qayta zaryadlanuvchi batareya o'xshash NiCd batareyalar, lekin yuqori voltaj 1,6 V ga teng.

Kattaroq nikel –rux batareyalar tizimlari 100 yildan ortiq vaqtdan beri ma'lum. 2000 yildan beri stabillashgan rux ishlab chiqarilmoqda elektrod tizim ushbu texnologiyani hayotga tatbiq etadigan va boshqa sotiladigan batareyalar tizimlari bilan raqobatbardosh qildi. Ba'zi boshqa texnologiyalardan farqli o'laroq, zaryadlash tavsiya etilmaydi.

Tarix

1901 yilda Tomas Alva Edison mukofotlandi AQSh Patenti 684,204 qayta zaryadlanuvchi nikel-sinkli batareyalar tizimi uchun.[1]

Batareya keyinchalik Irlandiyalik kimyogar tomonidan ishlab chiqilgan Doktor Jeyms J. Drumm (1897–1974),[2] va to'rtta ikkita mashinaga o'rnatildi Barabanli vagon da foydalanish uchun 1932 yildan 1949 yilgacha o'rnatiladi Dublin – Bray temir yo'l liniyasi. Muvaffaqiyatli bo'lishiga qaramay, ular batareyalar eskirganida olib qo'yilgan. Dastlabki nikel-sinkli batareyalar ozgina miqdorda zaryadsizlantirish / zaryadlash davrlarini ta'minladilar. 1960-yillarda nikel-ruxli batareyalar harbiy maqsadlar uchun kumush-sinkli batareyalarga alternativa sifatida o'rganildi va 1970-yillarda yana elektr transport vositalari uchun qiziqish paydo bo'ldi.[3] Evercel Inc. nikel-sinkli batareyalarni ishlab chiqarishni takomillashtirdi va patentladi, ammo 2004 yilda ushbu hududdan chiqib ketdi.[4]

Ilovalar

Nikel-sinkli batareyalar 1,2 V ga teng bo'lgan zaryad / tushirish egri chizig'iga ega NiCd yoki NiMH hujayralar, lekin undan yuqori 1,6 V nominal kuchlanish bilan.[5]

Nikel-sinkli batareyalar yuqori drenajli dasturlarda yaxshi ishlaydi va ularni almashtirish imkoniyati bo'lishi mumkin qo'rg'oshin-kislotali batareyalar ularning massa va energiya nisbati yuqori bo'lganligi sababli - xuddi shu quvvat uchun massaning 25% ni tashkil qiladi.[6] NiZn nisbatan arzonroq nikel-kadmiyum batareyalari,[6] va NiCd va qo'rg'oshin-kislota turlari o'rtasida narxlanishini kutilmoqda. NiZn nikel-kadmiy o'rnini bosuvchi sifatida ishlatilishi mumkin. Evropa parlamenti kadmiy asosidagi batareyalarga taqiqlarni qo'llab-quvvatladi;[1] nikel-rux - bu elektr asboblari va boshqa dasturlar uchun yaxshi alternativ. Kamchilik 30-50 tsikldan keyin o'z-o'zidan tushirish tezligini oshiradi, shuning uchun batareyalar yangi bo'lganda zaryad olmaydilar. Bu erda muammo yo'q bo'lsa, NiZn yuqori quvvatli va yuqori kuchlanish talab qiladigan dasturlar uchun batareyani yaxshi tanlaydi.[7]

Batareya quvvati

Kadmiy gidroksidi bilan solishtirganda, eruvchan sink gidroksidi ionining moyilligi (sinkat ) eritmada eriydi va qayta zaryadlash paytida katodga to'liq o'tib ketmasligi, ilgari NiZn batareyasining tijorat qobiliyati uchun muammolarni keltirib chiqardi.[1][3] Sinkni qayta zaryadlanadigan batareyalar bilan bog'liq yana bir keng tarqalgan muammo elektrod shaklining o'zgarishi va dendritlar (yoki "mo'ylovlar "), bu hujayraning zaryadsizlanish ko'rsatkichini pasaytirishi yoki oxir-oqibat hujayrani qisqartirishi va past tsikl muddatiga olib kelishi mumkin.

So'nggi yutuqlar ushbu muammoni sezilarli darajada kamaytirishga imkon berdi. Ushbu yutuqlarga elektrodlarni ajratuvchi materiallarni takomillashtirish, rux moddasi stabilizatorlarini kiritish va elektrolitlarni takomillashtirish kiradi (masalan, fosfatlar ). PowerGenix 1,6 V kuchlanishli batareyalarni ishlab chiqardi, ular da'vo qilingan batareyaning ishlash muddati NiCd batareyalari bilan taqqoslanadi.[8]

Batareyaning ishlash muddati odatda nominal quvvatning 80 foizini tashkil etadigan chuqurlikda va bir soatlik oqim tezligini hisobga olgan holda belgilanadi. Chiqish oqimi yoki tushirish chuqurligi kamayganligi sababli, batareyaning zaryadsizlanish davrlari soni ortadi. NiZn-ni boshqa batareyalar texnologiyalari bilan taqqoslaganda, tsiklning ishlash muddatini taqqoslash ishlatilgan deşarj tezligiga va tushirish chuqurligiga qarab farq qilishi mumkin.

Afzalliklari

Nikel-rux xujayralari to'liq zaryadlanganda 1,85 voltsli ochiq zanjirli voltajga ega,[9] va nominal voltaj 1,65 V ni tashkil qiladi, bu esa NiZnni 1,5 V ishqoriy birlamchi xujayralardan foydalanishga mo'ljallangan elektron mahsulotlarni mukammal o'rnini bosadi.[iqtibos kerak ] Ishqoriy batareyalar uchun mo'ljallangan uskunalar yangi bo'lganda 1,5 V ga teng bo'lgan so'nggi kuchlanish ostida ishlamaydi; NiCd va NiMH ikkalasi ham nominal zo'riqishida 1,2 V ni tashkil etadi va ularning zaryadlash qobiliyati to'liq tugashidan oldin bu so'nggi nuqtaga etadi.[iqtibos kerak ]

Quvvatliroq va 800 tsiklgacha bo'lgan yangi hujayralar elektr transport vositalari uchun Li-ion batareyalarga alternativa bo'lishi mumkin. Hujayra kuchlanishi yuqori bo'lganligi sababli, ma'lum bir to'plam kuchlanishi uchun NiCd va NiMH ga qaraganda kamroq hujayralar talab qilinadi. Ularning ichki darajasi ham past empedans (odatda 5 milliom ), bu 50 ga qadar batareyani zaryadsizlantirish tezligini yuqori bo'lishiga imkon beradiC. (C Batareya quvvati Ahda, bir soatga bo'linadi.)[iqtibos kerak ]

NiZn batareyalari simob, qo'rg'oshin yoki kadmiydan foydalanmaydi yoki metall gidridlar, bularning hammasini qayta ishlash qiyin bo'lishi mumkin.[10] Nikel ham, rux ham tabiatda keng tarqalgan elementlar bo'lib, ularni to'liq qayta ishlashga imkon beradi.

NiZn hujayralarida yonuvchi faol moddalar yoki organik elektrolitlar ishlatilmaydi, eng yangi modellarda esa dendritlar muammosini kamaytiradigan polimer ajratgichlar qo'llaniladi.

To'g'ri ishlab chiqilgan NiZn xujayralari juda yuqori quvvat zichligi va past haroratli zaryadsizlanish ko'rsatkichlariga ega bo'lishi mumkin, shuningdek deyarli 100% gacha zaryadsizlanishi va muammosiz zaryadlanishi mumkin. 2017 yildan boshlab ular F va 50Ah / prizmatik hujayralargacha bo'lgan o'lchamlarda mavjud edi.

Rux - bu arzon va mo'l metal, Yer qobig'idagi eng ko'p tarqalgan 24-element va sog'liq uchun xavfli emas, oddiy oksidlanish +2 ni tashkil qiladi, shuning uchun zaryadlash va zaryadlash NiMH batareyalarida bo'lgani kabi bitta elektron o'rniga ikkita elektronni harakatga keltiradi.

Zaryadlanmoqda

NiZn batareyalari uchun zaryadlovchi qurilmalar batareyaning to'liq zaryadlangan kuchlanishi 1,85 V ni tashkil qiladi, bu NiMH ning 1,4 V dan yuqori. NiZn texnologiyasi tezda zaryadlovchi velosipedda harakatlanish uchun juda mos keladi, chunki optimal zaryad stavkalari C yoki C / 2 ga afzallik beriladi.[11]

Ma'lum bo'lgan zaryadlash rejimlari C yoki C / 2 doimiy tokini hujayra voltajiga = 1,9 V. o'z ichiga oladi. Bitta ishlab chiqaruvchi [12] hujayra zo'riqishida 1,9V ga yetguncha doimiy C / 4 dan S gacha bo'lgan oqimda quvvat olishni tavsiya qiladi, so'ngra zaryad oqimi C / 40 ga kamayguncha 1,9V doimiy voltajda zaryad qilishni davom ettiradi.

Maksimal zaryad muddati har xil tarzda beriladi2 1⁄2 soat[11] va 3 soat.[13] Bir marta quvvat olgandan so'ng, doimiy ravishda tomchilab zaryadlash tavsiya etilmaydi, chunki rekombinatsiya ta'minlanmagan va ortiqcha vodorod oxir-oqibat, batareyaning ishlash muddatiga salbiy ta'sir ko'rsatadigan shamolni chiqaradi.[iqtibos kerak ] NiZn batareyalari uchun odatiy zaryadlovchi, batareyani to'liq zaryadlangandan keyin zaryadni uchirmaydi, lekin o'chadi.[14]

Kimyo

(-) elektrod: Zn + 4 OH− ⇌ Zn (OH)42− + 2e− (E0 = -1.2 V / SHE)
Elektrolit: KOH
Zn (OH)42− ⇌ Zn (OH)2 + 2OH−
Zn (OH)2 ⇌ ZnO + H2O
(+) elektrod: 2 NiO (OH) + 2 H2O + 2 e− ⇌ 2 Ni (OH)2 + 2 OH− (E0 = +0.50 V / SHE)
Umumiy reaktsiya: Zn + 2 NiO (OH) + H2O ⇌ ZnO + 2 Ni (OH)2
Parazitar reaktsiya: Zn + 2 H2O → Zn (OH)2 + H2

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ a b v "Yaxshi batareyani yaratish", Kerri A. Dolan, Forbes.com, Forbes jurnal, 2009 yil 11-may, 2011-02-12-da, Forbes-44.
  2. ^ "Mashhur irlandiyalik kimyogarlar: Jeyms J. Dramm". Ul.ie. Arxivlandi asl nusxasi 2012 yil 22-iyulda. Olingan 1 iyul 2012.
  3. ^ a b Devid Linden (tahr.), Batareyalar haqida ma'lumotnoma, McGraw Hill, 2002 yil, ISBN  0-07-135978-8, 31-bob.
  4. ^ Evercel 2007 yil moliyaviy hisoboti Arxivlandi 2016 yil 7 mart kuni Orqaga qaytish mashinasi, Evercel.com, 9-bet, 2010 yil 23-noyabrda olingan.
  5. ^ Batareya o'lchagich muammosi, NiZn deşarj egri chiziqlari va kameradagi kuchlanishning uzilishi, PentaxForums.com
  6. ^ a b "Nikel rux". EnerSys.com. EnerSys. Olingan 13 iyul 2015.
  7. ^ Tomas, Jastin (2012 yil 16 mart). "NiZn batareyalari haqida sharh". MetaEfficient.com. inSync Theme. Olingan 10 avgust 2020.
  8. ^ "Batareyaning rivojlanishining qisqacha tarixi", PowerGenix.com, 2010 yil, 2011 yil 12 fevralda olingan.[o'lik havola ]
  9. ^ [1] Yangi NiZn batareyalari yashin tezligida qayta ishlashni taklif etadi
  10. ^ "Xavfsizlik ma'lumotlari varaqasi: Nikel rux batareyasi (hujayra) o'lchamlari: Sub-C va Prizmatik". ZincFive. 24 may 2019 yil. Olingan 10 avgust 2020.
  11. ^ a b "PowerGenix AA batareyasining texnik xususiyatlari" (PDF). Olingan 1 iyul 2012.[o'lik havola ]
  12. ^ "Nikel-sinkni zaryadlash bo'yicha ko'rsatmalar". Sinkfive. Olingan 5 iyun 2019.
  13. ^ "PowerGenix NiZn tez zaryadlovchi qurilmasi". Powergenix.com. Olingan 1 iyul 2012.[o'lik havola ]
  14. ^ "UPStealth NEMA batareyalar paneli". - ZincFive (avval PowerGenix). 2017. Olingan 23 yanvar 2017.