Никель-водородный аккумулятор (НВА)

Металло-водородные ХИТ, к которым относится никель-водородный аккумулятор (НВА), серебряно-водородный аккумулятор (СВА) и свинцово-водород-ный аккумулятор (СвВА), являясь исключительно отечественным изобретением, представляют комбинацию классического аккумулятора и регенеративного топливного элемента; они состоят из водородного и металл-оксидного электродов в растворе щелочи (НВА и СВА) или кислоты (СвВА).

Токообразующие реакции записываются следующим образом:

image002

При заряде на водородном электроде генерируется водород, который накапливается под давлением в герметичном корпусе. Давление при этом связано со степенью заряженности (С) линейным соотношением:

image004

где р - постоянная для заданной конструкции корпуса.

Твердофазный электрод ведет себя так же, как в никель-кадмиевом (в случае НВА), в серебряно-кадмиевом (в случае СВА) или свинцово-кислотном (в случае СвВА) аккумуляторах. При разряде водород потребляется на водородном электроде, и при полной разряженности давление становится равным исходному, соответствующему началу заряда.

Специфичным для металло-водородных аккумуляторов является возможность не отделять водородное топливо от твердофазного окислителя ввиду малой скорости реакции непосредственного химического взаимодействия водорода с металлоксидными электродами. Это позволяет не принимать специальных мер защиты твердофазного электрода от водорода, что допускает простое конструктивное оформление металло-водородных ХИТ и является источником довольно высокой удельной энергии.

Применительно к задачам создания тяговой батареи электромобиля (ТБЭ) интерес представляют только две системы - никель-водородная и свинцово-водородная, поскольку серебряно-водородный аккумулятор из-за ограниченного ресурса (300- 500 циклов) и большого расхода серебра (8-10 г/А-ч) не может рассматриваться для комплектации ТБЭ.

Никель-водородный аккумулятор представляет собой комбинацию двух ресурсноспособных электродов - водородного и окисно-никелевого. Имея ресурс до 1000 циклов и удельную энергию до 60 Вт-ч/кг, НВА рассматривается рядом исследователей как потенциальный источник для использования во внутригородском электромобиле. Однако реализация этой задачи возможна при решении ряда проблем и, в частности, обеспечения нормального теплового режима, снижения стоимости, гарантирования безопасности при всех эксплуатационных условиях. Требование к тепловому режиму обусловлено тем, что НВА обладает повышенным саморазрядом (5-10% в сутки при 20 °С), сильно зависящим от температуры. Повышенная стоимость НВА обусловлена применением платины в качестве катализатора с расходом 0,6 - 6 мг/(Ач) и, главным образом, использованием окисно-никеле-вого электрода металлокерамической конструкции с удельным расходом никеля 0,6-0,8 г/(Ач). И, наконец, повышенные требования к безопасности ставятся в связи с высоким рабочим давлением водорода 5-10 МПа.

Разработкой НВА для электромобиля особенно интенсивно занимаются в ФРГ на фирме «Дойче Автомобильгезельшафт» (Deutsche Automobilgesellschaft) [42]. Проведены работы по исследованию теплового режима работы НВА емкостью 85 А-ч, показана возможность применения никеля Ренея вместо платины, предложена новая конструкция окисно-никелевого электрода на основе объемных никелевых сеток толщиной 4,5 мм с удельной энергоемкостью 0,12-0,15 А ч/г и большим сроком службы. Комплекс этих мероприятий позволил создать экономичный НВА с удельными характеристиками 50 Вт-ч/кг при удельной мощности 30 Вт/кг и сроком службы 800-900 циклов. Разрядные характеристики аккумулятора приведены на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Разрядные характеристики никель-водородного аккумулятора емкостью 85 А-ч (цифры на кривых - токи разряда)

Учитывая, что Еа. 3 = U3 - Е, уравнение (2.15) можно записать в виде

image006

Можно отметить, что имеются возможности довести удельную энергию НВА до 60-65 Вт-ч/кг за счет использования более легкого корпуса или снижения коэффициента запаса прочности.

Исследования по СвВА находятся в самой начальной фазе, однако имеется ряд обнадеживающих данных: саморазряд СвВА ниже, чем НВА, расход платины на электрод ввиду существенно большего тока обмена реакции ионизации водорода в кислоте в сравнении со щелочью также ниже. Однако появляются дополнительные трудности в реализации СвВА, главным образом, связанные с подбором материалов для токоотводов и корпуса, устойчивых к концентрированной серной кислоте.

Можно добавить, что с точки зрения эксплуатации металл-водородные аккумуляторы являются почти идеальной системой. Действительно, НВА и СвВА устойчивы к перезарядам и переплюсованию, допускают контроль степени заряженности, герметичны, не требуют доразряда. В какой степени эти уникальные качества удастся совместить со стоимостью и ограниченной удельной энергией НВА и СвВА, покажет будущее.

 

=> Эксплуатационные особенности использования АКБ

Проверено корректором: 
no

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

CAPTCHA
This question is for testing whether you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Enter the characters shown in the image.