镍铁电池

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
镍铁电池
Thomas Edison's nickel–iron batteries.jpg
在1972-1975年间生产的镍铁电池。其品牌是由托马斯·爱迪生最初研制于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
充电/放电效率 65%–80%[4]
能源/消费价格 1.5[2] – 6.6[3] Wh/US$
自放电率 20%[2][3] – 30%[3]/月
时间耐久性 30[4] – 50 年[2][5]
循环耐久性 Repeated deep discharge does not reduce life significantly.[2][4]
标称电池电压 1.2 V[3]
充电时温度间隔 最低 −40 °C – 最高46 °C[6]

镍铁电池是众多充电电池中的一种,它的阳极氢氧化镍阴极电解质(电解液)是氢氧化钾。这种电池的电压通常是1.2V。它很耐用,能够经受一定程度的使用事故(包括过度充电、过度放电、短路、过热),而且经受上述损害后仍能保持很长的寿命。[7]它一般作为后备使用,因为它能够被持续充电而且储存大概20年后仍能工作。而它的缺点则是单位质量(体积)储存的电能少、不能很好的储存电能、在低温时性能低下以及与铅酸电池相比时所突显的高制造成本。这使得它已不怎么被人使用了。[8]

这类电池之所以能够经受频繁充放电,是由于电解液中的反应物溶解度很低。在充电过程中,由于四氧化三铁的低溶解度造成铁离子的形成十分缓慢。这既是好事,也是坏事。好事是因为晶体缓慢地形成可以很好地保护电极,而坏事则是它限制了电池的性能,使得这类电池充电慢,放电也慢。

应用[编辑]

许多铁路车辆使用镍铁电池。[9][10]一些例子有伦敦地铁电动火车英语London Underground battery-electric locomotives纽约城际地铁-R62A英语R62A (New York City Subway car)等。

该技术的不连接电网的应用中已重新流行,每天充电使其成为适用技术[11][12][13]

续航力[编辑]

这些电池的频繁冲电放电循环的生存能力强,是由于在电解质中的反应物的溶解度很低。金属铁的充电过程中的形成慢是因为氢氧化亚铁的溶解度低。当缓慢形成的铁结晶保存了电极,但它也限制了高速率性能:这些电池充电缓慢,并且仅能够放电缓慢。[7]镍铁电池不应该从一个恒压源充电,因为它们可以通过热失控而损坏;当电池放气开始和升高温度时,电池内部的电压下降,从而增加了电流,因而进一步增加放气和升高温度。

电化学[编辑]

在正极板的半电池反应是:

2 NiOOH + 2 H2O + 2 e ↔ 2 Ni(OH)2 + 2 OH

以及在负极板:

Fe + 2 OH ↔ Fe(OH)2 + 2 e

(放电从左向右阅读,充电是从右到左阅读。)[14] 开路电压为1.4伏特,放电时下降到1.2伏特。[7]

历史[编辑]

镍铁电池由爱迪生在1901年发明,当时被用作电动汽车的能源,比如底特律电动车英语Detroit_Electric。镍铁电池与镍镉电池相比,最大的优势是价格低廉,但由于这类电池充电效率低,以及后来制技术的大发展,镍铁电池技术逐渐衰落。

爱迪生在1903年到1940年间制造这些电池,为公司带来了可观的利润。使爱迪生失望的是,没有人接受用他的电池来启动内燃机,而上述的电动汽车在引进这些电池的几年后就停产了。最后,这种电池只是在铁路信号发送及备用电源方面得到广泛的应用。

参看[编辑]

参考[编辑]

  1. ^ Energy Density from NREL Testing by Iron Edison. [25 March 2014]. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 A description of the Chinese nickel–iron battery from BeUtilityFree
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 mpoweruk.com: Accumulator and battery comparisons (pdf)
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Mpower: Nickel Iron Batteries
  5. ^ "Nickel Iron Battery Frequently Asked Questions" BeUtilityFree
  6. ^ Web archive backup: Edison Battery Booklet original instruction book for the Edison battery
  7. ^ 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
  8. ^ Ian Soutar. Nickel Iron Battery Association HomePage. 1 July 2010 [30 October 2011]. 
  9. ^ Systematic design of an autonomous hybrid locomotive | EUrailmag. eurailmag.com. [2013-04-17]. 
  10. ^ Magma #10 Project. azrymuseum.org. 2012-05-15 [2013-04-17]. 
  11. ^ Mother Earth News Issue #62 - March/April 1980
  12. ^ http://www.nickel-iron-battery.com/
  13. ^ Home Power Magazine Issue #80 December 2000/Jan 2001
  14. ^ Electrochemistry Edison Cell (Iron-Nickel-Battery) – Model