Никель-железные аккумуляторы (начало)

Никель-железные аккумуляторы (НЖА) являются одними из самых реальных для использования в электромобилях благодаря трём основным преимуществам: доступности исходного сырья, малой стоимости и большому сроку службы.

Основными проблемами при применении НЖА являются: плохое использование тока, сопровождающееся выделением На при заряде; невозможность герметизации и связанная с этим необходимость корректировки электролита.

Суммарная токообразующая реакция в НЖА записывается следующим образом:

В токообразующем процессе участвует вода, что является фактом, не имеющим существенного значения при работе аккумулятора в избытке электролита.

С момента появления до 60-х годов НЖА выполнялись в ламельной конструкции. По этому варианту изготовления активная масса (положительная или отрицательная) запрессовывалась в стальные тонкие перфорированные секции (ламели), которые выполняли армирующую и токоподводящую функции.

Ламели могут быть прямоугольными (аккумулятор Юнгера) или цилиндрической формы (аккумулятор Эдисона). В соответствии с этим конструкцию с прямоугольными ламелями в СССР называли аккумулятором с ламельными электродами, а аккумулятор Эдисона — аккумулятором с трубчатым электродом.

Таблица 2.3. Сравнение отечественных и зарубежных НЖА

Рис. 2.6. Схематичный чертёж и мутация аккумуляторов ЭНЖ-200:

1 – шина-борн; 2 – резиновое кольцо; 3 плата контактная; 4 – электрод; 5 – корпус; 6 – межэлементное соединение

В СССР выпускались аккумуляторы ламельной конструкции электродов обоих знаков. Их удельная энергия приблизительно такая же, как у аккумуляторов с ламельными электродами, которые выпускаются фирмами САФТ (SAFT, Франция) и «Юнгер» (J anger, Швеция). В основном западноевропейские фирмы в настоящее время производят тяговые щелочные аккумуляторы с положительным электродом трубчатой конструкции в комбинации с отрицательным или безламельным (спеченным) электродом. Безламельный железный электрод изготовляют путем напрессовки термически восстановленного железного порошка на токоподводящую ленту (температура восстановления 700-850 °С) с последующим спеканием в атмосфере водорода при 700-1050 °С. Исходное сырье для получения железного порошка – окись железа Fe203, магнетит Fe304 или сульфид железа.

Отечественные НЖА с безламельным отрицательным электродом и ламельным положительным электродом находятся на уровне лучших зарубежных образцов, что следует из табл. 2.3.

Проблема электромобиля стимулировала рост разработок по НЖА [13]. В СССР аккумуляторным ВНИПКТИ разработан опытный аккумулятор ЭНЖ-200, схематический чертёж которого дан на рис. 2.6. Отрицательный электрод безламельной конструкции изготовлен из высоковосстановленного железного порошка методом пропитки в ваннах. Такой электрод с пористостью 45-50 % обеспечивает получение почти в два раза большей ёмкости на единицу массы и объёма при силе тока / = 0,2С и более чем в три раза – при У = 1С.

Полиэтилен использовался и как материал сепаратора, и как материал сосуда. При / = 0,2С удельная энергия составляла 32 Вт ч/кг, а при / = 1С – 24 Вт-ч/кг. Эксперименты показали, что при работе током 1С НЖА разогревается от 28 до 60 °С, поэтому в летнее время необходимо принудительное охлаждение батареи.