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鎳鐵電池

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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,它的陽極氫氧化鎳陰極電解質(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

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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英語London Underground battery-electric locomotives紐約城際地鐵-R62A英語R62A (New York City Subway car)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

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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

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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

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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,比如底特律電動車英語Detroit_Electric。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

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參考

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  1. ^ Energy Density from NREL Testing by Iron Edison (PDF). [25 March 2014]. (原始內容存檔於2016-10-20). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 A description of the Chinese nickel–iron battery from BeUtilityFree 網際網路檔案館存檔,存檔日期2009-02-06.
  3. ^ 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. ^ 4.0 4.1 4.2 Mpower: Nickel Iron Batteries. [2013-01-08]. (原始內容存檔於2018-08-26). 
  5. ^ "Nickel Iron Battery Frequently Asked Questions" BeUtilityFree 網際網路檔案館存檔,存檔日期2013-11-27.
  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]. (原始內容存檔於2021-04-19). 
  9. ^ Systematic design of an autonomous hybrid locomotive | EUrailmag. eurailmag.com. [2013-04-17]. (原始內容存檔於2018-08-17). 
  10. ^ Magma #10 Project. azrymuseum.org. 2012-05-15 [2013-04-17]. (原始內容存檔於2020-08-05). 
  11. ^ Mother Earth News Issue #62 - March/April 1980
  12. ^ 存档副本. [2013-12-20]. (原始內容存檔於2021-04-19). 
  13. ^ Home Power Magazine Issue #80 December 2000/Jan 2001
  14. ^ Electrochemistry Edison Cell (Iron-Nickel-Battery) – Model. [2013-12-20]. (原始內容存檔於2007-08-08).