باتری های نیکل_ آهن

باتری نیکل_آهن NiFe یک باتری قابل شارژ است که دارای صفحات مثبت هیدروکسید اکسید نیکل و صفحات منفی آهن با یک الکترولیت از هیدروکسید پتاسیم است. مواد فعال در لوله های فولادی نیکل و یا محفظه های سوراخ شده نگهداری می شود. این باتری، نوعی باتری بسیار قوی است که از اسراف جلوگیری می کند. اغلب از آن در شرایط کمکی استفاده می شود که در آن صورت می توان آن را به طور مداوم شارژ کرد و قابلیت آن را دارد که بیش از ۲۰ سال عمر کند. با توجه به کم بودن انرژی آن، ضمانت ضعیف و هزینه بالای تولید، انواع باتری های قابل شارژِ دیگری  جایگزین باتری های نیکل آهن شده اند.

استفاده

بسیاری از وسایل نقلیه راه آهن از باتری های نیکل آهن استفاده می کنند؛ مثلا لوکوموتیوهای الکتریکی زیرزمینی لندن و ماشین متروهای شهر نیویورک .

از باتری های نیکل آهن  به عنوان باتری های ترکیبی و الکترولیز برای تولید هیدروژن برای خودروهای پیل سوختی نیز به کار گرفته می شوند.

پایداری

توانایی این باتری برای بقا و فعالیتِ مکرر به دلیل حلالیت کم واکنشگرها در الکترولیت است. شکل گیری اکسید آهن در طول شارژ به دلیل حلالیت کم هیدروکسید ،آهسته است. در حالی که ین روندِ آهسته ،الکترود ها را از بلورهای آهن  حفظ می کند. این سلول ها به آرامی شارژ می شوند و تنها می توانند به آرامی تخلیه شوند. سلولهای نیکل آهن نباید به صورتِ مداوم از یک منبع ولتاژ ثابت انرژی دریافت کنند، زیرا در این صورت ممکن است از طریق فرار حرارتی آسیب ببینند.

صفحات

مواد فعال پلاک های باتری در تعدادی از لوله های پر شده یا محفظه ها قرار دارد، که به صورت امن در یک قاب و یا شبکه نگهدارنده نصب می شود. این شبکه یک قاب اسکلتی سبک است که به صورت ورقه های نازک است و دارای عرض پهن  در بالای صفحه است. شبکه ها، و همچنین تمام سطوح داخلی دیگر، برای جلوگیری از خوردگی، از جنس نیکل هستند. عناصر باید با الکترولیت پوشانده شوند. اگر آنها خشک شوند، صفحات منفی اکسید می شوند و نیاز به یک بار شارژ شدنِ بسیار طولانی دارند. 

ماده فعال صفحه های مثبت یک فرم هیدرات شده از نیکل است. نگهدارنده های لوله از رشته های فولادی نازک، با سوراخ های ریز و نیکل  ساخته شده است.  روی این رشته های  مارپیچ، با ورقه های پلاستیکی و لوله هایی  در حدود ۱/۲ اینچ، که با حلقه های فولادی  تقویت شده اند، پوشانده شده. در این لوله ها هیدرات نیکل و نیکل پوسته پوسته شده در لایه های نازک و متناوب (حدود ۳۵۰ لایه) بارگیری می شوند و محکم بسته بندی می شوند. هدف از پوسته ی نیکلی، برقراری تماس خوب بین هیدرات نیکل و لوله است، و در نتیجه هدایت را فراهم می کند. سپس لوله ها هنگام پر شدن و بسته شدن، به صورت عمودی به داخل شبکه می آیند.

شارژ

  پر و تخلیه شدنِ این باتری، شامل انتقال اکسیژن از یک الکترود به دیگری (از یک گروه از صفحات به صفحاتِ دیگر) است. از این رو این نوع سلول گاهی اوقات سلولِ انتقالِ اکسیژن نیز خوانده می شود. در یک سلولِ شارژ شده، ماده فعال پلاک های مثبت فوقِ اکسید شده ، و صفحات منفی در حالت اسفنجی یا کاهشی قرار می گیرند.

اگر ظرفیت عادی این سلول کافی نباشد، شارژِ کوتاه مدت افزایش دهنده، می تواند به آن داده شود تا دمای الکترولیت از   ۱۱۵°F بیشتر نشود. این شارژهای کوتاه بسیار کارآمد هستند و باعث آسیب نمی شوند و  تا سه برابر میزان شارژ طبیعی می تواند برای مدت ۳۰ دقیقه استفاده شود.

به طور طبیعی، شارژ یک سلول NiFe شامل هفت ساعت است. درواقع، میزان شارژِ داده شده، به میزان تخلیه شارژِ قبلی بستگی دارد؛ به عنوان مثال، یک باتری نیمه تخلیه شده، ۳ساعت و نیم شارژ را فراهم می کند . همچنین قابلِ ذکر است که شارژِ بیش از حد، انرژی باتری را تخلیه می کند و باعث تبخیر سریع آب در فرآیندِ الکترولیت می شود.

دشارژ

صفحات مثبت کاهش می یابند (دی اکسید می شوند)و اکسیژن، با گرایشِ طبیعی آن به آهن، به صفحات منفی می رود و آنها را اکسیداسیون می کنند. این تخلیه ی شارژ، مجاز است که هر بار تا ۲۵٪ بالاتر از حد نرمال، و برای دوره های کوتاه تا شش برابر عادی باشد. هنگامی که سرعتِ دشارژ، بیش از حدِ معمول شود، افت ولتاژ غیر طبیعی رخ خواهد داد.

الکترولیت

الکترولیت به ترکیب شیمیایی وارد نمی شود تا عملکرد سلول را انجام دهد، به عنوان یک نوار نقاله عمل می کند. وزن مخصوص آن در طول شارژ و تخلیه، از جمله تبخیر و تغییر دما، تحت تاثیر قرار نمی گیرد. تنوع قابل توجهی در گرانش خاص مجاز است، و تنها با بهره وری باتری تاثیر می گذارد.

اثرات زیست محیطی

باتری های نیکل_آهن سرب و کادمیومِ حاصل از باتری های سرب_اسید و نیکل_کادمیوم را ندارند و درنتیجه موادِ خطرناکی برای محیط زیست، تلقی نمی شوند.