Nikel-hidrojen pil - Nickel–hydrogen battery

Nikel-hidrojen pil
	Nikel-hidrojen pilin şemaları
Spesifik enerji	55-75 W·h / kg
Enerji yoğunluğu	~ 60 W·h / L
özgül güç	~ 220 W/kg
Şarj/deşarj verimliliği	%85
Döngü dayanıklılığı	>20.000 döngü

Bir nikel-hidrojen pil (NIH ₂ veya NIH ₂ ) göre tekrar şarj edilebilen bir elektrokimyasal elektrik kaynağı nikel ve hidrojen . Nikel-metal hidrit (NiMH) pilden , 1200 psi'ye (82.7 bar ) kadar basınçta basınçlı bir hücrede depolanan gaz halinde hidrojen kullanımıyla farklıdır . Nikel-hidrojen pil, 25 Şubat 1971'de Amerika Birleşik Devletleri'nde Alexandr Ilich Kloss ve Boris Ioselevich Tsenter tarafından patentlendi .

NIH ₂ % 26 ile hücre potasyum hidroksit , bir şekilde (KOH) elektrolit bir göstermiştir ömrü 15 yıldır ya da daha az% 80 deşarj derinliği (DOD) enerji yoğunluğu 75 Wh / kg , 60 Wh / dm ³ özel güç 220 w/kg. Açık devre gerilimi 1.55 olan V , boşaltma sırasında ortalama voltaj 1.25 V'dir

Enerji yoğunluğu bir lityum pilinkinin yalnızca üçte biri kadar olsa da , nikel-hidrojen pilin ayırt edici özelliği uzun ömrüdür : hücreler , %85 enerji verimliliği ve %100 faradaik verimlilikle 20.000'den fazla şarj döngüsü gerçekleştirir .

NiH ₂ şarj edilebilir piller , uydularda ve uzay sondalarında elektrik enerjisinin enerji depolanması için onları çekici kılan özelliklere sahiptir . Örneğin, ISS , Mercury Messenger , Mars Odyssey ve Mars Global Surveyor nikel-hidrojen pillerle donatılmıştır. Hubble Uzay Teleskobu orijinal piller fazla 19 yıl lansmanından sonra, Mayıs 2009'da değiştirildi zaman, en yüksek sayı ile açtı şarj etme ve boşaltmadan herhangi NiH arasında ₂ pil düşük dünya yörüngesinde .

Tarih

Nikel hidrojen pilin geliştirilmesi 1970 yılında Comsat'ta başladı ve ilk kez 1977'de ABD Donanması'nın Navigasyon teknolojisi uydusu-2'de (NTS-2) kullanıldı. Şu anda, nikel-hidrojen pillerin başlıca üreticileri Eagle-Picher Technologies ve Johnson Controls, Inc.

özellikleri

Hubble için Nikel-Hidrojen piller

Nikel-hidrojen pil, bir nikel-kadmiyum pilin pozitif nikel elektrotunu ve bir yakıt pilinin katalizör ve gaz difüzyon elemanları dahil olmak üzere negatif elektrotunu birleştirir . Boşaltma sırasında, basınçlı kapta bulunan hidrojen suya oksitlenirken, nikel oksihidroksit elektrotu nikel hidroksite indirgenir. Nikel elektrotta su tüketilir ve hidrojen elektrotunda üretilir, bu nedenle potasyum hidroksit elektrolit konsantrasyonu değişmez. Akü boşaldıkça, hidrojen basıncı düşer ve güvenilir bir şarj durumu göstergesi sağlar. Bir iletişim uydu bataryasında, tam şarjda basınç 500 pound/inç kare (3.4 MPa) üzerindeydi ve tam deşarjda sadece yaklaşık 15 PSI'ya (0,1 MPa) düştü.

Hücre aşırı yüklenirse, nikel elektrotta üretilen oksijen, hücrede bulunan hidrojen ile reaksiyona girerek su oluşturur; sonuç olarak hücreler, üretilen ısı dağıtılabildiği sürece aşırı şarja dayanabilir.

Hücreler, nispeten yüksek kendi kendine deşarj oranı dezavantajına sahiptir, yani, katotta Ni(III)'ün Ni(II)'ye kimyasal olarak indirgenmesi:

{\ce {NiOOH + 1/2H2 <=> Ni(OH)2.}}

hücredeki hidrojen basıncı ile orantılı olan; bazı tasarımlarda, yalnızca birkaç günlük depolamadan sonra kapasitenin %50'si kaybolabilir. Düşük sıcaklıkta kendi kendine deşarj daha azdır.

Diğer şarj edilebilir pillerle karşılaştırıldığında, bir nikel-hidrojen pil, uydu uygulamalarında 55-60 watt-saat/kg'lık iyi bir özgül enerji ve çok uzun çevrim ömrü (%40 DOD'de 40.000 çevrim) ve çalışma ömrü (> 15 yıl) sağlar. Hücreler, aşırı şarjı ve kazara ters polariteyi tolere edebilir ve hücredeki hidrojen basıncı, şarj durumunun iyi bir göstergesini sağlar. Bununla birlikte, hidrojenin gaz halindeki doğası, hacim verimliliğinin nispeten düşük olduğu (bir IPV (bireysel basınçlı kap) hücresi için 60-100 Wh/L) ve gereken yüksek basıncın yüksek maliyetli basınçlı kaplara yol açtığı anlamına gelir.

Pozitif elektrot, nikel hidroksit içeren kuru sinterlenmiş gözenekli nikel plakadan oluşur . Negatif hidrojen elektrotu , 7 mg/cm2'lik bir yüklemede teflon bağlı platin siyahı bir katalizör kullanır ve ayırıcı örgü zirkonya kumaştır (ZYK-15 Zircar).

Hubble yedek pilleri, bir bağlayıcı maddenin ve toz halindeki metalik malzemelerin kalıplandığı ve sıvıyı kaynatmak için ısıtıldığı bir ıslak bulamaç işlemiyle üretilir .

Tasarımlar

Bireysel basınçlı kap (IPV) tasarımı, bir basınçlı kapta tek bir NiH ₂ hücre ünitesinden oluşur .
Ortak basınçlı kap (CPV) tasarımı, ortak bir basınçlı kapta seri halde iki NiH ₂ hücre yığınından oluşur . CPV, IPV'den biraz daha yüksek bir özgül enerji sağlar .
Tek basınçlı kap (SPV) tasarımı, tek bir basınçlı kapta 22 hücreye kadar seri birleştirir.
Bipolar tasarım, bir SPV'de arka arkaya istiflenmiş pozitiften negatife doğru kalın elektrotlara dayanır .
Bağımlı basınçlı kap (DPV) hücre tasarımı, daha yüksek spesifik enerji ve daha düşük maliyet sunar.
Ortak/bağımlı basınçlı kap (C/DPV), yüksek hacimsel verimliliğe sahip ortak basınçlı kap (CPV) ve bağımlı basınç kabının (DPV) bir melezidir.