ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Перезаряжаемые топливные элементы

Никель-металлгидридные (NiMH) аккумуляторные батг

популярность которых продолжает расти, оказываются очень полезными использования на электротранспорте. Хотя батареи этого типа, строго гов не являются топливными элементами, они заслуживают внимания. Никель - таллгидридная аккумуляторная батарея — это вторичный источник тока (т перезаряжаемый источник тока), в котором электрическая энергия получа при изменении степени окисления никеля от +3 до +2.

Анод, изготовленный из металлического сплава, погружен в 30 %-ный массе) водный раствор КОН. Эта сильная щелочь практически полностью социирует на ионы К+ и ОН-. Водород, который подводится к этому элект соединяется с гидроксильными ионами, образуя воду и высвобождая элект * которые создают электрический ток во внешней цепи что и определяет по ную выходную мощность источника тока:

Н + ОН -> Н20 + е~ .

Катод изготовлен из гидрооксида никеля NiOOH. Когда катод получает э. троны из внешней цепи, оксигидрит никеля преобразуется в гидроксид ни ля (II), при этом высвобождается гидроксильный ион:

NiOOH + Н20 + Ni(OH)2 + ОН”.

Отметим, что общее количество воды и гидроксильных ионов остается тоянным — на аноде вода расходуется с точно такой же скоростью, с какой образуется на катоде. В этом состоит отличие данного типа батареи от нике кадмиевой батареи, в которой в процессе разрядки вода потребляется на электродах. Концентрация ионов ОН' также остается постоянной в проц разрядки, так как этот ион образуется на аноде и исчезает на катоде.

Вещества, расходуемые в процессе разрядки — водород и гидрооксид ник регенерируются при зарядке батареи от внешнего источника электроэнерг

обеспечивающего металлический электрод электронами. При этом происходит электролиз воды с образованием ионов Н+ и ОН-. На другом электроде гидроксид м икеля (II) окисляется до оксигидрита никеля при взаимодействии с гидроксиль - ы ми ионами ОН-. Металлический сплав анода абсорбирует водород, который хранится в виде гидрида (см. гл. 9), поэтому собственно газ не используется. Водород становится доступным в процессе разрядки. Номинальное напряжение на каждом элементе никель-металлогидридной батареи равно 1,2 В, что состав­ляет примерно 60 % номинального напряжения обычного свинцово-кислотного элемента. Первые появившиеся прототипы никель-металлогидридных батарей характеристикам превосходили требования Американского консорциума к источникам питания (US Advanced Battery Consortium (LSABS))I), как видно an данных, приведенных в табл. 7.2 (таблица взята из публикации Овчинско- и с соавторами). Чем больше плотность энергии, запасенной в батарее, тем битьшее расстояние сможет пройти транспортное средство. На автомобиле юдели EV1, созданном фирмой General Motors (первый автомобиль, спроек - фованный изначально как электромобиль), использовались свинцовые акку - ляторные батареи емкостью 49 МДж (что примерно соответствует энергии, одержащейся в 1 кг бензина), и его максимальный пробег составлял 140 км. овременная модель этого автомобиля, оборудованная никель-металлогид - идными батареями той же массы, может проехать без дозаправки 250 км. ирмой Solectria, специализирующейся на электромобилях, была создана монстрационная модель автомобиля2*, кузов которого был изготовлен из мпозитных материалов, а топливная система оборудована никель-металло - ридной батареей производства фирмы Ovonic емкостью 117 МДж, состо - шей из 210 элементов. Этот автомобиль прошел 601,25 км по проселочным городским дорогам без дозаправки. В конце 1996 г. этот результат был рекорд - ым для электромобиля. Компания Ovonic Battery, находящаяся в г. Троя, тат Мичиган, США, производит никель-металлогидридные батареи.

К материалам, используемым для изготовления никель-металлогидридных арей, предъявляются достаточно сложные требования. Энергоемкость бата - II зависит от того, какое количество водорода может быть абсорбировано ме- пическим сплавом, из которого изготовлен электрод. Необходимым услови - является обратимость процесса образования гидрида (см. гл. 9), а для этого ачение энтальпии образования гидрида должно лежать в диапазоне от 25 до ЧДж/кмоль. Если значение энтальпии образования гидрида окажется слиш - м мало, то водород не будет вступать в реакцию со сплавом и газ будет выде-

Ачериканский консорциум по источникам питания подчиняется Министерству энергетики "А и занимается поддержкой и развитием исследовательских и конструкторских работ по іаботке и усовершенствованию электрохимических батарей питания для электромобилей.

Модель под названием «Sunrise» была рссчитана на двух пассажиров и имела собственную су, равную 1000 кг.

лятся. Если же значение окажется слишком большим, это приведет к окислен электрода. Свойства поверхности металлического сплава имеют важное знач» при определении каталитической активности, электропроводности, пористое и площади активной поверхности.

Значения плотности энергии измерялись на прототипе элемента питания емкостью 50 при таком темпе разрядки, при котором элемент полностью разряжается в течение 3 ч. Масс плотность мощности определялась при 30-секундной разрядке батареи до остаточной емк 20 %. При определении максимального количества циклов зарядки-разрядки батарею бы разряжали до остаточной емкости 20 %.Специалисты Аргонской национальной лаборато определили, что никель-металлогидридные батареи выгодно отличаются по своим характ. стикам от других типов элементов применительно к использованию в электромобилях.

Таблица 7.3. Максимальная мощность различных типов батареи (при степени разрядки 25 %)

7.5. Типовые конструкции топливных элементов JV 311 Табл. 7.3. (Окончание)

Стоимость батарей, которая является ключевым вопросом, зависит от мно­гих факторов, в особенности от спроса на эти устройства. Тем не менее даже на современном уровне развития этих технологий никель-металлогидридная бата­рея, похоже, является перспективным кандидатом для применения в качестве аккумулятора энергии на электромобилях.

Компактные NiMH батареи также популярны и часто используются в пор­тативных видеокамерах, мобильных телефонах и других малогабаритных устрой­ствах. Однако в этой области применения у NiMH батарей появился серьезный конкурент — ионно-литиевые батареи.