Никель-водородный аккумулятор

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск

Никель-водородный аккумулятор (NiH2 или Ni–H2) - это обратимый химический источник тока, состоящий из никелевого и водородного электродов [1]. Он отличается от никель-металл-гидридного аккумулятора использованием водорода в газообразной форме, хранящегося в сжатом состоянии в ячейке при давлении в 82,7 бар[2].

NiH2 ячейки с использованием 26% раствора гидроксида калия (KOH) в качестве электролита достигают срока эксплуатации в 15 лет или более при 80% глубине разряда [3]. Плотность энергии составляет 75 Вт•ч/кг, 60 Вт•ч/дм3 [4] [5]. Напряжение на контактах составляет 1,55 В, среднее напряжение на протяжении разряда - 1,25 В [6].

Несмотря на то, что плотность энергии составляет только около одной трети аналогичного показателя литиевой батареи, специфическим свойством никель-водородного аккумулятора является продолжительность срока эксплуатации: ячейки выдерживают более чем 20000 циклов разряда[7] при 85% эффективности.

NiH2 аккумуляторы обладают хорошими электрическими свойствами, делающими их привлекательными для хранения электрической энергии на космических аппаратах [8]. Например, МКС [9], Messenger[10], Марс Одиссей[11], Mars Global Surveyor[12] и MRO оборудованы никель-водородными аккумуляторами. Телескоп Хаббла, когда его оригинальные батареи были заменены в мае 2009 года спустя 19 лет после запуска, достиг наибольшего числа циклов разряда среди NiH2 батарей на низких опорных орбитах [13].





История

Развитие никель-водородных аккумуляторов началось в 1970 году в COMSAT[14] где впервые были использованы в 1977 году на борту спутника NTS-2 военно-морских сил США.[15]

Характеристики

Никель-водородный аккумулятор объединяет положительный никелевый электрод никель-кадмиевого элемента и отрицательный электрод, включающий катализатор и газ-диффузионную часть топливного элемента. В ходе разряда водород, содержащийся в сосуде под давлением взаимодействует с кислородом никельоксихлоридного электрода. Вода потребляется на никелевом электроде и высвобождается на водородном, таким образом концентрация гидроксида калия в электролите не изменяется. По мере разряда аккумулятора давление водорода падает, обеспечивая надёжную индикацию степени разряда. В батарее одного из коммуникационных спутников давление при полном заряде было свыше (3,4 МПа), падая практически до (0,1 МПа) при полном разряде.

Если заряженный аккумулятор продолжить заряжать, вода, образуемая на никелевом электроде диффундирует в водородный электрод и там диссоциирует; как следствие, аккумуляторы могут выдерживать перезаряд до тех пор, пока рассеивается выделяющееся тепло.

Аккумуляторы имеют недостаток в виде относительно высокого саморазряда, который пропорционален давлению водорода в ячейке; в некоторых конструкциях 50% ёмкости могут быть потеряны после нескольких дней хранения. Саморазряд снижается при снижении температуры. [16]

В сравнении с другими аккумуляторами никель-водородные обладают хорошей плотностью энергии в 60 Вт•ч/кг, и очень длительным сроком эксплуатации на спутниках. Ячейки могут выдерживать перезарядку, случайное нарушение полярности, давление водорода в ячейке обеспечивает хорошую индикацию степени разряда. Однако, газообразная природа водорода означает, что объёмная эффективность достаточно низка, а требуемое высокое давление приводит к необходимости использовать дорогие сосуды под давлением. [16]

Положительный электрод изготавливают из спеченного [17] пористого никелевого диска, который содержит гидроксид никеля. В отрицательном водородном электроде используют связанный тефлоном платиновый катализатор с сепаратором из циркониевых нитей [18].[19]

Конструкция

Конструкция аккумулятора с индивидуальным сосудом (IPV) состоит из NiH2 ячейки и сосуда под давлением. [20]

Конструкция аккумулятора с общим сосудом (CPV) состоит из двух последовательных NiH2 ячеек и общего сосуда под давлением. CPV обеспечивает несколько большую плотность энергии, чем IPV.

SPV конструкция объединяет до 22 ячеек в общем сосуде.

В биполярной конструкции достаточно толстый электрод является общим: положительным для одной и отрицательным для соседней ячейки в SPV. [21]

Конструкция с зависимым сосудом (DPV) обеспечивает большую плотность энергии при меньших затратах.[22]

Конструкция с общим/зависимым сосудом (C/DPV) является гибридом CPV и DPV с высокой объёмной эффективностью.[23]

  • Схемы
  • Battery workshop 1993 Fig1 Nickel hydrogen battery.jpg
  • Battery workshop 1993 Fig2 Nickel hydrogen battery.jpg
  • Battery workshop 1993 Fig3 Nickel hydrogen battery.jpg
  • Battery workshop 1993 Fig4 Nickel hydrogen battery.jpg
  • 5420miller.jpg

См. также

Напишите отзыв о статье "Никель-водородный аккумулятор"

Ссылки

  1. ↑ [www.che.sc.edu/faculty/weidner/Publications/Weidner_JPS_141_326.pdf Упрощенная физическая модель никель-водородного аккумулятора]
  2. ↑ [www.nasa.gov/offices/oce/llis/0704.html Практика эксплуатации и хранения никель-водородных аккумуляторов космических аппаратов]
  3. ↑ [pdf.aiaa.org/jaPreview/JPP/1996/PVJAPRE24119.pdf Калий-гидроксидный электролит никель-водородных аккумуляторов для долговременных геостационарных миссий]
  4. ↑ [ocw.mit.edu/courses/aeronautics-and-astronautics/16-851-satellite-engineering-fall-2003/lecture-notes/l3_scpowersys_dm_done2.pdf Энергосистемы космических аппаратов Стр.9]
  5. ↑ [gltrs.grc.nasa.gov/reports/2001/CR-2001-210563-PART2.pdf NASA/CR—2001-210563/PART2 -Pag.10]
  6. ↑ [theses.gla.ac.uk/373/01/2008AsifPhD.pdf Оптимизация электрических подсистем космических аппаратов Стр.40]
  7. ↑ [ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?url=/iel3/62/3208/00103781.pdf?arnumber=103781 Новости пятилетки: обзор никель-водородной индустрии]
  8. ↑ [ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940023606_1994023606.pdf Характеристика Ni-H2 ячеек для программ INTELSAT]
  9. ↑ [gltrs.grc.nasa.gov/cgi-bin/GLTRS/browse.pl?2002/TM-2002-211803.html Контроль электрических характеристик МКС с помощью орбитальной телеметрии]
  10. ↑ [www.nasa.gov/pdf/168019main_MESSENGER_71504_PressKit.pdf USA.gov: The U.S. Government's Official Web Portal]
  11. ↑ [ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?url=/iel5/8043/22223/01035418.pdf?arnumber=1035418 Легкие высоконадежные однобатарейные энергосистемы для автоматических межпланетных станций]
  12. ↑ [www.astronautix.com/craft/marveyor.htm Mars Global Surveyor]
  13. ↑ [ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?url=/iel5/9582/30300/01392024.pdf?arnumber=1392024 Вклад надежности NiH2 батарей телескопа Хаббл]
  14. ↑ [pdf.aiaa.org/jaPreview/JE/1982/PVJAPRE62569.pdf Технология никель-водородных аккумуляторов - развитие и состояние]
  15. ↑ [web.archive.org/web/20090810200734/www.aiaa.org/content.cfm?pageid=406&gTable=japaperimportPre97&gID=57704 Производительность никель-водородных аккумуляторов NTS-2]
  16. ↑ 1 2 David Linden, Thomas Reddy (ed.) Справочник аккумуляторов. Третье издание, McGraw-Hill, 2002 ISBN 0-07-135978-8 Глава 32, "Никель-водородные аккумуляторы"
  17. ↑ [ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19980237948_1998394779.pdf Сравнение эффективности NiH2 спеченных и суспензионных электродных ячеек]
  18. ↑ [www.azom.com/details.asp?ArticleID=3086#_Zirconia_Cloth_Battery_Separators Сепараторы аккумуляторов из циркониевых нитей]
  19. ↑ [micro.magnet.fsu.edu/electromag/electricity/batteries/nickelhydrogen.html Никель-водородные аккумуляторы]
  20. ↑ [gltrs.grc.nasa.gov/cgi-bin/GLTRS/browse.pl?1994/TM-106795.html Никель-водородные аккумуляторы - обзор]
  21. ↑ [adsabs.harvard.edu/abs/1983iece....4.1568A Развитие крупных биполярных NiH2 аккумуляторов].
  22. ↑ [adsabs.harvard.edu/abs/1995sert.nasa...13C 1995 - зависимые сосуды под давлением (DPV)]
  23. ↑ [www.techbriefs.com/component/content/article/915 Общие/зависимые сосуды под давлением никель-водородных аккумуляторов]

Литература

  • Albert H. Zimmerman (ed), Nickel-Hydrogen Batteries Principles and Practice, The Aerospace Press, El Segundo, California. ISBN 1-884989-20-9.

Внешние ссылки

  • [ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20030062140_2003070874.pdf Обзор конструкций, развитие и применение никель-водородных аккумуляторов]
  • [www.nasa.gov/offices/oce/llis/0568.html Детали NiH2-батарей]
  • [www.electrochem.org/dl/ma/206/pdfs/1465.pdf Встраиваемые никель-водородные аккумуляторы для био-энергетических применений]
  • [adsabs.harvard.edu/abs/1993STIN...9413265D Справочник NASA по никель-водородным аккумуляторам]
  • [ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=59267 Никель-водородный аккумулятор для наземных фотоэлектрических систем]
  • [cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=18561599 Никель-водородные микроаккумуляторы на основе технологии плёночной печати]
Гальванический элемент
Электрические аккумуляторы
Топливные элементы
Модели
Устройство

Отрывок, характеризующий Никель-водородный аккумулятор

Сам Долохов часто во время своего выздоровления говорил Ростову такие слова, которых никак нельзя было ожидать от него. – Меня считают злым человеком, я знаю, – говаривал он, – и пускай. Я никого знать не хочу кроме тех, кого люблю; но кого я люблю, того люблю так, что жизнь отдам, а остальных передавлю всех, коли станут на дороге. У меня есть обожаемая, неоцененная мать, два три друга, ты в том числе, а на остальных я обращаю внимание только на столько, на сколько они полезны или вредны. И все почти вредны, в особенности женщины. Да, душа моя, – продолжал он, – мужчин я встречал любящих, благородных, возвышенных; но женщин, кроме продажных тварей – графинь или кухарок, всё равно – я не встречал еще. Я не встречал еще той небесной чистоты, преданности, которых я ищу в женщине. Ежели бы я нашел такую женщину, я бы жизнь отдал за нее. А эти!… – Он сделал презрительный жест. – И веришь ли мне, ежели я еще дорожу жизнью, то дорожу только потому, что надеюсь еще встретить такое небесное существо, которое бы возродило, очистило и возвысило меня. Но ты не понимаешь этого.
– Нет, я очень понимаю, – отвечал Ростов, находившийся под влиянием своего нового друга.

Осенью семейство Ростовых вернулось в Москву. В начале зимы вернулся и Денисов и остановился у Ростовых. Это первое время зимы 1806 года, проведенное Николаем Ростовым в Москве, было одно из самых счастливых и веселых для него и для всего его семейства. Николай привлек с собой в дом родителей много молодых людей. Вера была двадцати летняя, красивая девица; Соня шестнадцати летняя девушка во всей прелести только что распустившегося цветка; Наташа полу барышня, полу девочка, то детски смешная, то девически обворожительная.
В доме Ростовых завелась в это время какая то особенная атмосфера любовности, как это бывает в доме, где очень милые и очень молодые девушки. Всякий молодой человек, приезжавший в дом Ростовых, глядя на эти молодые, восприимчивые, чему то (вероятно своему счастию) улыбающиеся, девические лица, на эту оживленную беготню, слушая этот непоследовательный, но ласковый ко всем, на всё готовый, исполненный надежды лепет женской молодежи, слушая эти непоследовательные звуки, то пенья, то музыки, испытывал одно и то же чувство готовности к любви и ожидания счастья, которое испытывала и сама молодежь дома Ростовых.
В числе молодых людей, введенных Ростовым, был одним из первых – Долохов, который понравился всем в доме, исключая Наташи. За Долохова она чуть не поссорилась с братом. Она настаивала на том, что он злой человек, что в дуэли с Безуховым Пьер был прав, а Долохов виноват, что он неприятен и неестествен.
– Нечего мне понимать, – с упорным своевольством кричала Наташа, – он злой и без чувств. Вот ведь я же люблю твоего Денисова, он и кутила, и всё, а я всё таки его люблю, стало быть я понимаю. Не умею, как тебе сказать; у него всё назначено, а я этого не люблю. Денисова…
– Ну Денисов другое дело, – отвечал Николай, давая чувствовать, что в сравнении с Долоховым даже и Денисов был ничто, – надо понимать, какая душа у этого Долохова, надо видеть его с матерью, это такое сердце!
– Уж этого я не знаю, но с ним мне неловко. И ты знаешь ли, что он влюбился в Соню?
– Какие глупости…
– Я уверена, вот увидишь. – Предсказание Наташи сбывалось. Долохов, не любивший дамского общества, стал часто бывать в доме, и вопрос о том, для кого он ездит, скоро (хотя и никто не говорил про это) был решен так, что он ездит для Сони. И Соня, хотя никогда не посмела бы сказать этого, знала это и всякий раз, как кумач, краснела при появлении Долохова.
Долохов часто обедал у Ростовых, никогда не пропускал спектакля, где они были, и бывал на балах adolescentes [подростков] у Иогеля, где всегда бывали Ростовы. Он оказывал преимущественное внимание Соне и смотрел на нее такими глазами, что не только она без краски не могла выдержать этого взгляда, но и старая графиня и Наташа краснели, заметив этот взгляд.
Видно было, что этот сильный, странный мужчина находился под неотразимым влиянием, производимым на него этой черненькой, грациозной, любящей другого девочкой.
Ростов замечал что то новое между Долоховым и Соней; но он не определял себе, какие это были новые отношения. «Они там все влюблены в кого то», думал он про Соню и Наташу. Но ему было не так, как прежде, ловко с Соней и Долоховым, и он реже стал бывать дома.
С осени 1806 года опять всё заговорило о войне с Наполеоном еще с большим жаром, чем в прошлом году. Назначен был не только набор рекрут, но и еще 9 ти ратников с тысячи. Повсюду проклинали анафемой Бонапартия, и в Москве только и толков было, что о предстоящей войне. Для семейства Ростовых весь интерес этих приготовлений к войне заключался только в том, что Николушка ни за что не соглашался оставаться в Москве и выжидал только конца отпуска Денисова с тем, чтобы с ним вместе ехать в полк после праздников. Предстоящий отъезд не только не мешал ему веселиться, но еще поощрял его к этому. Большую часть времени он проводил вне дома, на обедах, вечерах и балах.

ХI
На третий день Рождества, Николай обедал дома, что в последнее время редко случалось с ним. Это был официально прощальный обед, так как он с Денисовым уезжал в полк после Крещенья. Обедало человек двадцать, в том числе Долохов и Денисов.
Никогда в доме Ростовых любовный воздух, атмосфера влюбленности не давали себя чувствовать с такой силой, как в эти дни праздников. «Лови минуты счастия, заставляй себя любить, влюбляйся сам! Только это одно есть настоящее на свете – остальное всё вздор. И этим одним мы здесь только и заняты», – говорила эта атмосфера. Николай, как и всегда, замучив две пары лошадей и то не успев побывать во всех местах, где ему надо было быть и куда его звали, приехал домой перед самым обедом. Как только он вошел, он заметил и почувствовал напряженность любовной атмосферы в доме, но кроме того он заметил странное замешательство, царствующее между некоторыми из членов общества. Особенно взволнованы были Соня, Долохов, старая графиня и немного Наташа. Николай понял, что что то должно было случиться до обеда между Соней и Долоховым и с свойственною ему чуткостью сердца был очень нежен и осторожен, во время обеда, в обращении с ними обоими. В этот же вечер третьего дня праздников должен был быть один из тех балов у Иогеля (танцовального учителя), которые он давал по праздникам для всех своих учеников и учениц.
– Николенька, ты поедешь к Иогелю? Пожалуйста, поезжай, – сказала ему Наташа, – он тебя особенно просил, и Василий Дмитрич (это был Денисов) едет.
– Куда я не поеду по приказанию г'афини! – сказал Денисов, шутливо поставивший себя в доме Ростовых на ногу рыцаря Наташи, – pas de chale [танец с шалью] готов танцовать.
– Коли успею! Я обещал Архаровым, у них вечер, – сказал Николай.
– А ты?… – обратился он к Долохову. И только что спросил это, заметил, что этого не надо было спрашивать.
– Да, может быть… – холодно и сердито отвечал Долохов, взглянув на Соню и, нахмурившись, точно таким взглядом, каким он на клубном обеде смотрел на Пьера, опять взглянул на Николая.
«Что нибудь есть», подумал Николай и еще более утвердился в этом предположении тем, что Долохов тотчас же после обеда уехал. Он вызвал Наташу и спросил, что такое?
– А я тебя искала, – сказала Наташа, выбежав к нему. – Я говорила, ты всё не хотел верить, – торжествующе сказала она, – он сделал предложение Соне.
Как ни мало занимался Николай Соней за это время, но что то как бы оторвалось в нем, когда он услыхал это. Долохов был приличная и в некоторых отношениях блестящая партия для бесприданной сироты Сони. С точки зрения старой графини и света нельзя было отказать ему. И потому первое чувство Николая, когда он услыхал это, было озлобление против Сони. Он приготавливался к тому, чтобы сказать: «И прекрасно, разумеется, надо забыть детские обещания и принять предложение»; но не успел он еще сказать этого…


Источник — «http://wiki-org.ru/wiki/index.php?title=Никель-водородный_аккумулятор&oldid=75624243»