Que batería se está haciendo más popular día a día, ya que hay un gran margen de desarrollo para convertir la batería en una batería de alta densidad de energía para un vehículo eléctrico? La respuesta sería Batería de níquel-hierro o Batería Edison. En una sola palabra, un Batería de Ni-Fe es una batería muy robusta. Esta batería tiene una tolerancia muy alta a la sobrecarga, la sobredescarga, el cortocircuito, etc. Esta batería puede funcionar igual de bien aunque no la carguemos durante un largo período. Debido a su gran peso, esta batería se utiliza en aquellas aplicaciones en las que el peso de la batería no importa, por ejemplo, en la sistema de energía solar…en… sistema de energía eólica…etc. como respaldo. La durabilidad y la vida útil de una célula de níquel-hierro son mucho mayores que la de una batería de ácido de plomopero aún así, la batería de níquel-hierro ha perdido su popularidad debido a su alto costo de fabricación.
Echemos un vistazo a algunas características específicas de la batería de níquel-hierro (Ni-Fe) o de la batería Edison.
Esta batería puede tener una capacidad de entrega de energía de 30 a 50 kW por cada kg de su peso. La eficiencia de carga de esta batería es de alrededor del 65%. Eso significa que el 65% de la energía eléctrica de entrada se almacena en esta batería como energía química durante su proceso de carga. La eficiencia de descarga es de alrededor del 85%. Eso significa que la batería puede entregar el 85% de la energía almacenada a la carga como energía eléctrica y el resto se descarga debido a la autodescarga de la batería. Si la batería se mantiene sin usar durante 30 días, sólo perderá entre el 10% y el 15% de su energía almacenada debido a la autodescarga. La batería de níquel-hierro tiene una vida útil significativamente más larga, y es de unos 30 a 100 años. Este período es mucho más largo que la vida útil normal de una batería de ácido de plomo que son unos diez años. Nominal voltaje El índice por célula de hierro y níquel es de 1,4 V.
Batería de níquel-hierro
Los componentes básicos utilizados en Batería de hierro y níquel son el hidróxido de níquel(III) como cátodo, el hierro como ánodo y el hidróxido de potasio como electrolito. Añadimos sulfato de níquel y sulfuro ferroso al material activo.
La construcción de las baterías Edison
La capacidad de la célula Ne-Fe depende del tamaño y del número de placas positivas y negativas. La apariencia de las placas positivas y negativas en este tipo de celdas de batería es la misma. Ambas placas consisten en una rejilla rectangular de hierro niquelado. Cada uno de los agujeros de la rejilla está lleno de una caja de acero niquelado de poca profundidad y finamente perforada.
Aunque ambas placas parecen ser iguales, contienen diferentes materiales activos. Las cajas de acero niquelado perforado de las placas positivas contienen una mezcla de un óxido de níquel y carbono pulverizado, y algunas de las placas negativas contienen granos finos del óxido de hierro con el polvo fino del carbono. En ambas placas, el polvo fino del carbono, mezclado con materiales activos, ayuda a aumentar conductividad eléctrica. Utilizamos potasa cáustica diluida al 20% como electrolito.
El hierro niquelado se utiliza para hacer el recipiente que contiene el electrolito y los electrodos. Las varillas de ebonita se colocan entre las placas de diferentes polaridades para evitar que entren en contacto directo y causen un cortocircuito. Hay otra especialidad en el la construcción de la batería Edison o batería de hierro de níquelque el número de placas negativas es uno más que el número de placas positivas, y conectamos eléctricamente la última placa negativa al contenedor. Las placas de las mismas polaridades se sueldan a una correa común, y forman una célula, y combinando varias células, se construye la batería.
Operación de las baterías de níquel-hierro
Ya sabemos que el principal funcionamiento de la batería de níquel-hierro es la reacción química dentro de la batería que se conoce como electrólisis. Electrólisis no es más que la reacción química que tiene lugar cuando hay actual puede ser tanto la causa como el resultado de la reacción química. La química de la célula de níquel-hierro es muy complicada porque la fórmula exacta del material activo positivo no está bien establecida todavía. Pero si podemos asumir que el material a ser Ni(OH)3entonces podemos explicarlo hasta cierto punto. Durante la carga, el compuesto de níquel en las placas positivas se oxida a peróxido de níquel. El proceso de carga cambia el compuesto de hierro a hierro esponjoso en las placas negativas.
En la condición de carga completa, el material activo de las placas positivas es el hidróxido de níquel [Ni(OH)3], mientras que el de las bolsas de la placa negativa es el hierro, Fe. Cuando la célula entrega corriente para cargar, el material activo de la placa positiva cambia de Ni(OH)3 a Ni(OH)2 y la de la placa negativa cambia de hierro a hidróxido ferroso (Fe(OH)2). El proceso electroquímico en el Batería Edison puede ser expresada por la ecuación
La ecuación expresa tanto el fenómeno de carga como el de descarga. El flujo del lado derecho de la ecuación es la reacción del fenómeno de descarga, y el flujo del lado izquierdo de la ecuación expresa el fenómeno de carga. La reacción se produce por la transferencia de electrones a través del circuito externo a la placa positiva durante la descarga. Existe una disposición para emitir el humo corrosivo que se genera durante la electrólisis en el interior de la batería, de modo que no se necesita un cuidado especial en el montaje de la celda.
Características de las baterías de níquel-hierro
La EMF de una batería Edison totalmente cargada es de 1,4 V. La descarga media voltaje es de alrededor de 1,2 V y el voltaje de carga promedio es de alrededor de 1,7 V por celda. Las características de este tipo de batería se muestran a continuación en la figura.
Las características de voltaje de la batería de Níquel-Fierro son similares a las de la célula de plomo. Como la emf totalmente cargada 1,4 V y disminuye lentamente a 1,3 V y luego muy lentamente a 1,1 o 1,0 V durante la descarga. En el gráfico podemos ver que no hay un límite inferior de descarga de emf más allá del cual la salida de la batería será cero. Por eso después de un cierto período la batería se detiene a cualquier salida. La emf de una batería es directamente proporcional a la temperatura, lo que significa que la emf de la batería aumenta con el aumento de la temperatura.
El tiempo medio de carga de una batería es de 7 horas y el tiempo de descarga es de 5 horas. Otro característica de la batería de Edison es que el funcionamiento continuo a una temperatura más alta disminuye la vida de la bateríalo mismo ocurre si la batería se carga durante más del tiempo medio de carga.
La eficiencia en amperios-hora y vatios-hora de esta batería de níquel-hierro es del 85 % y 60 % respectivamente. A 4oC, la capacidad de la batería de Edison cae a cero, por eso la batería debe ser calentada antes de su funcionamiento, aunque durante el funcionamiento de la I2La pérdida R mantiene la batería caliente y funcionando.
Ventajas de las baterías de níquel-hierro
Hay varios Ventajas de la batería Edison …estos se enumeran a continuación.
- El peso de esta pila es menor que el de otros tipos de pilas porque necesitan menos cantidad de electrolitos y las placas también son más ligeras.
- La vida útil de la batería es mucho mayor debido a las diversas disposiciones tomadas.
- Estos tipos de batería son más fuertes, tienen una construcción robusta debido al cuerpo de acero. Por esta razón, no se ven afectadas por vibraciones, sacudidas o choques, corrientes fuertes y no sufren durante los cortocircuitos.
Desventajas de las baterías de níquel-hierro
Hay ciertas desventajas de la batería Edisoncomo el costo inicial necesario para hacer estas baterías son bastante altos ya que los materiales utilizados son de alto precio. Otro inconveniente de este tipo de batería es la baja eficiencia. Por estas pocas razones el uso de estas baterías está restringido, se utilizan principalmente en las áreas donde se necesita alta resistencia mecánica, ligereza, ausencia de humos ácidos.
Aplicación de las baterías de níquel-hierro
De las discusiones anteriores, ya sabemos que dicha batería se utiliza principalmente en condiciones extremas o se puede decir que donde no hay otra manera de utilizar Batería Edison. Estas baterías se utilizan principalmente en camiones industriales para la propulsión. También se usan en locomotoras de minas y para ferrocarriles, iluminación de coches y aire acondicionado porque tienen una resistencia mecánica bastante alta.
Mantenimiento y cuidado de las baterías de níquel-hierro
Ya sabemos que estas pilas necesitan menos mantenimiento que otros tipos de pilas. La principal precaución que se toma para estos tipos de pilas es mantener el nivel de electrolito presente dentro de la pila. Porque si el nivel del electrolito se vuelve más bajo que las placas del interior, la batería se daña muy rápidamente, y la batería sufre un daño irreversible. Para evitar esto, la batería debe llenarse con agua destilada al menos una vez por semana. Otro mantenimiento necesario para esta batería es cambiar la solución electrolítica de vez en cuando, cuando la gravedad específica de la solución cae por debajo de 1,16 el electrolito se cambia. Por último, es importante considerar que la batería debe ser descargado a cero voltios antes de sacarlo para su mantenimiento durante un largo período.
