Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
bg‑blue

Budowa akumulatora Ni-Fe

Akumulatory Ni-Fe są konstruowane w podobny sposób jak ogniwa Ni-Cd, z wykorzystaniem elektrolitu o podobnym składzie oraz tych samych elementach konstrukcyjnych. Napięcienapięcie elektryczneNapięcie pojedynczego ogniwa w temperaturze 25°C wynosi 1,4 V.

R1H8bK9PcHzX71
Schemat budowy akumulatora Ni-Fe
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Budowa akumulatora:

  • zbudowany jest z ogniw z elektrodami „kieszeniowymi”, najczęściej w postaci stalowych płyt kieszonkowych,

  • elektroda dodatnia: wodorotlenek tlenek niklu (NiO(OH)), nikiel (Ni) i grafit (C),

  • elektroda ujemna: sproszkowane żelazo (Fe) lub tlenek żelaza(II) diżelaza(III) (Fe3O4),

  • płyty dodatnie połączone są ze stalową obudową akumulatora,

  • jako elektrolit stosowany jest ok. 20‑procentowy roztwór wodorotlenku potasu (KOH) lub wodorotlenek litu (LiOH),

  • substancje, takie jak kadm (Cd), tlenek kadmu (CdO), siarczek żelaza(II) (FeS), są dodawane w celu zwiększenia możliwości odzyskiwania pojemnościpojemność akumulatorapojemności i przewodności elektrycznej.

ReEPg0mTvezJm
Schemat budowy ogniwa akumulatora Ni-Fe
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Reakcje zachodzące w ogniwieogniwo galwaniczneogniwie:

AnodaanodaAnoda:

Fe+2 OH-  ładowanierozładowanie  Fe(OH)2+2e-

KatodakatodaKatoda:

2 NiOOH+2 H2O+2e-  ładowanierozładowanie 2 Ni(OH)2+2 OH-

Reakcja sumaryczna ładowania i rozładowania zachodzi zgodnie z równaniem:

Fe+2 NiOOH+2 H2O ładowanierozładowanie Fe(OH)2+2 Ni(OH)2

W czasie głębokiego rozładowania tworzą się związki Fe trójwartościowego typu Fe(OH)4-, Fe(OH)3 lub Fe3O4.

bg‑blue

Zalety i wady akumulatora Ni-Fe

R1NxmHrrunzNC1
Ćwiczenie 1
Zalety Możliwe odpowiedzi: 1. długi czas życia, 2. zawodność pracy w niskich temperaturach, 3. odporność na dużą liczbę cykli ładowanie‑rozładowanie, 4. niższa sprawność ładowania w porównaniu z akumulatorami Ni‑Cd, 5. niezawodność przy prawidłowej obsłudze, 6. prawie stałe napięcie w czasie rozładowywania, 7. wytrzymałość na przeładowania, 8. znacznie mniejsze zagrożenie dla środowiska w porównaniu z ogniwami Ni‑Cd, 9. mała wydajność ładowania ze względu na wydzielanie wodoru (zamiast redukcji żelaza), 10. elektrody ujemne (żelazowe) w przeciwieństwie do akumulatorów Ni‑Cd, nie mają tzw. „efektu pamięci”, a więc można je dowolnie rozładowywać i ładować, 11. niższe prądy rozładowania w porównaniu z ogniwami Cd‑Ni, 12. słaba regeneracja ogniw, 13. dużo niższa cena magazynowania energii elektrycznej w porównaniu z akumulatorami niklowo‑kadmowymi, nieco wyższa w porównaniu z akumulatorem ołowiowym., 14. odporność na duże gęstości prądu w czasie ładowania i rozładowania Wady Możliwe odpowiedzi: 1. długi czas życia, 2. zawodność pracy w niskich temperaturach, 3. odporność na dużą liczbę cykli ładowanie‑rozładowanie, 4. niższa sprawność ładowania w porównaniu z akumulatorami Ni‑Cd, 5. niezawodność przy prawidłowej obsłudze, 6. prawie stałe napięcie w czasie rozładowywania, 7. wytrzymałość na przeładowania, 8. znacznie mniejsze zagrożenie dla środowiska w porównaniu z ogniwami Ni‑Cd, 9. mała wydajność ładowania ze względu na wydzielanie wodoru (zamiast redukcji żelaza), 10. elektrody ujemne (żelazowe) w przeciwieństwie do akumulatorów Ni‑Cd, nie mają tzw. „efektu pamięci”, a więc można je dowolnie rozładowywać i ładować, 11. niższe prądy rozładowania w porównaniu z ogniwami Cd‑Ni, 12. słaba regeneracja ogniw, 13. dużo niższa cena magazynowania energii elektrycznej w porównaniu z akumulatorami niklowo‑kadmowymi, nieco wyższa w porównaniu z akumulatorem ołowiowym., 14. odporność na duże gęstości prądu w czasie ładowania i rozładowania
bg‑blue

Zastosowania akumulatora Ni-Fe

1

Słownik

ogniwo galwaniczne
ogniwo galwaniczne

układ dwóch elektrod/półogniw umieszczonych w elektrolicie, między którymi zachodzą reakcje chemiczne i powstaje różnica potencjałów; połączenie ze sobą elektrod przewodem elektrycznym umożliwia przepływ prądu

napięcie elektryczne
napięcie elektryczne

symbol napięcia „U”; jest to różnica potencjałów elektrycznych między dwoma elektrodami

anoda
anoda

w ogniwach galwanicznych, czyli źródłach prądu, jest to elektroda ujemna, przez którą prąd elektryczny wpływa do ogniwa w wyniku wypłynięcia ładunku ujemnego; w odbiornikach prądu elektrycznego anoda jest elektrodą dodatnią

katoda
katoda

w ogniwach galwanicznych, czyli źródłach prądu, jest to elektroda dodatnia, przez którą prąd elektryczny wypływa z ogniwa w wyniku wpływania ładunku ujemnego

pojemność akumulatora
pojemność akumulatora

ilość ładunku elektrycznego wyrażona w amperogodzinach (Ah), jaką może oddać w pełni sprawny i naładowany akumulator do osiągnięcia stanu normalnego wyładowania w temperaturze 25°C

pojemność teoretyczna
pojemność teoretyczna

pojemność akumulatora zmierzona w warunkach podanych przez producenta

efekt pamięci
efekt pamięci

zjawisko typowe dla niektórych akumulatorów, powodujące utratę pojemności akumulatora, na skutek niewłaściwego i niepełnego ładowania i rozładowania akumulatora

Bibliografia

Czerwiński A., Akumulatory, baterie, ogniwa, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2005.

Linden D., Reddy T. B., Handbook of batteries, McGraw‑Hill, New York 1993.

Gomółka J., Kowalczyk F., Franke A., Współczesne chemiczne źródła prądu, MON, Warszawa 1977.

Czerwińsk A., Akumulatory, baterie, ogniwa, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2005.