Bateriile cu nichel - bateria Ni-Cd, bateria Ni-Fe, bateria Ni-Zn, bateriile Ni-MH

Bateriile cu nichel

Bateriile cu nichel (Ni) sunt surse electrolitice de energie electrica care utilizeaza ca electrolit solutii concentrate alcaline, motiv pentru care ele fac parte din categoria baterii alcaline.

Bateriile de acumulatori sunt un ansamblu de celule.

Componentele unei celule sunt :

electrozii pozitivi ;

electrozii negativi;

separatoarele;

electrolit;

vasul celulei;

dop cu ventil;

bornele de iesire;

barele de conexiune a electrolizilor;

Formarea geometrica a celulei poate fi :

prismatica cu dop cu ventil;

primatica capsulata;

cilindrica capsulata;

buton capsulata.

Bateriile cu nichle sunt bateriile : Ni-Cd(cadmiu);Ni-Fe (fier); Ni-Zn (zinc);Ni-MH (hidruri metalice).

1 Bateria Ni-Cd

Aceste baterii au inceput sa se produca dupa trezeci de ani de la intrarea in productie a bateriilor acide. Ele ocupa un segment din aplicatiile industriale neacoperit de bateriile acide. Acest segment este constituit din: caile ferate, telecomunicatii, iluminat de siguranta, surse de putere intruptibila, aviatie si, mai nou, automobile electrice si hibride electrice.

Celulele de Ni-Cd industriale sunt realizate sub forma prizmatica, avand vasul unicelular, realizat din tabla de hotel sau din material plastic. Pentru asigurarea unei exploatari indelungate fara intretinere a acumulatoarelor, unele se executa cu dimensiuni mai mari decat cele normale.

Electrozii in constructia obisnuita sunt sub forma de placi compuse dintr-o rama de otel in care se fixeaza suporturile materiei active. Suporturile sunt, in constructie clasica , sub forma de caseta , cu dimensiuni standardizate. Varianta aceasta este cea mai scumpa, dar are o mare fiabilitate, durata mare de viata, suport bine solicitarile mecanice si electrice.

Acumulatorii Ni-Cd cu placi sinterizate reprezinta un progres important in tehnologia acumulatorilor alcaline.

Functionarea bateriei Ni-Cd

Functionarea bateriei Ni-Cd are la baza fenomenele observate si la acumulatoarele acide : doua metale diferite aflate intr-un electrolit, prezinta potentiale de electrod diferite, rezultand intre ele o diferenta de potential.

Referat: Ferastrau circular cu masa mobila Referat: Criterii pentru aprecierea rezistentei la foc

La bateria Ni-Cd electrodul pozitiv este hidroxidul de Ni, iar cel negativ este hidroidul de Cd

2 Bateria Ni-Fe

Bateria Ni-Fe a fost dezvoltata chiar inaintea bateriei Ni-Cd, fiind cunoscuta ca bateria Edison. Ea este mult mai ieftina ca bateria Ni-Cd, este robusta si fiabila, dar nu se incarca eficient.

Materia activa pozitiva o constituie hidroxidul de Ni amestecat cu fulgi de Ni, iar cea negativa este oxidul de fier cu adaos de osid galben de mercur.

Formarea elementelor acumulatoarelor alcaline Ni-Fe se realizeaza in trei cicluri, in cuve cu electrolit in care se introduc elementele complet asamblate, inseriate intre ele si separate cu sipci distantate din lemn:

3Bateria Ni-Zn

Bateriile Ni-Zn au inceput sa fie studiate din 1930, datorita urmatoarelor avantaje oferite de zinc:

potentialul de reducere a cuplului Zn/Zn(OH)₂este foarte negativ ; 1,25V/NHE;

capacitatea masica ridicata : 820 Ah/Kg;

pretil de cost scazut;

usor reciclabil si nu afecteaza mediul;

Din cauza duratei de viata scazuta a electrodului de Zn, bateriile acestea nu au inregistrat o im portanta comerciala deosebita.

4 Bateriile Ni-MH

Prin anii 1980 a crescut presiunea asupra producatorilor de aparate electronice pe de o parte, provocata de cresterea cererii de aparate fotografice , videocamere, telefoane etc. iar pe de alta parte , de lipsa unei variante la bateria Ni-Cd, care devenise cel mai raspandit tip de baterie portabila.

Bateria Ni-Cd este subordonata Cd care este un produs secundar al expluatarilor principale de zinc. Minereul de zinc contine 0,2 ÷ 0,4% cadmiu. Crescand cererea de baterii Ni-Cd , a crescut pretul cadmiului. Lipsa acestuia, pretul rificat, pune in pericol piata japoneza ed produse electronice.

In ani 80 s-au finantat programe R&D pentru realizarea unor noi tipuri de baterii, dar nu bazate pe cadmiu. Trebuie subliniat ca lipca cadmiului si nu probelemele de mediu au constituit motorul inlocuiri acestuia si, de asemenea, cautarea unei solutii pentru realizarea unei noi piete a nichelului.

Problemele de mediu au fost formulate in perioada de marketing al noului tip de baterii care s-a realizat , bateria nichel -hidruri metalice (Ni-M)). Bateriile Ni-MH au fost introduse din 1991 pentru telefoane si laptop-uri. Mentionam ca prin 1990 bateria Ni-Cd erea cea mai raspandita baterie. O dara cu productia bateriei Ni-MH bateria Ni-Cd incepe sa aiba un concurent serios.

Principiul bateriei Ni-MH

Bateriile Ni-MH sunt asemanatoare ca structura cu bateriile Ni-Cd. Ele au acelas tip de electrod pozitiv, adica hidroxidul de nichel [ Ni(OH)₂ ].

La incarcare, ruperea legaturii oxigen - este realizata prin absortia energie de la reteau electrica de incarcare. Cu ajutorul ionilor (OH) din electrolit, sunt formate NiOOH si o molecula de apa

Electrodul negativ este constituie dintr-un aliaj de metal care stochiaza hidrogenul, denumit hidrura metalica, MH.

La ora actuala aliajele stocatoare de hidrogen comercializate sunt bazate pe aliajele din familia LaNi₅ dezvoltata de Philips Reserch Laboratory din Eindhoven.

Dezvoltarea celulelor de Ni-MH de mare putere

Bateriile pentru hibridul toyota prius produs in 1997 sunt realizate de Matsushita si sunt baterii Ni-Mh de dimensiuni de tip D. o baterie contine 240 celule insereiate.

Sanyo este un alt producator care a prezentat o baterie de tip D pentru HEV cu o densitate de 900 W/Kg.

La varianta Prius II pentru europa si USA se utilizeaza tot baterii Ni-MH cu o densitate de 1100 W/Kg.

Densitatea de energie vulometrice pentru electrozii bateriilor Ni-Cd si Ni-MH sunt date in tabelul urmator: