Nickel-ijzer batterijen (Ni-Fe) bestaan al heel lang. Ze kunnen volledig ontladen worden, kunnen overladen worden en gaan jaren en jaren mee. Te mooi om waar te zijn, zeker?
In plaats van cadmium kan men ook ijzer of zink gebruiken.
- Cadmium heeft als nadeel dat het zeer giftig voor het milieu is (nog meer dan lood).
- De nickel-metaalhydride batterijen hebben als nadeel dat de speciale metalen (lanthanides of zeldzame aarden) die nodig zijn niet gerecycleerd kunnen worden (zeer minieme hoeveelheden in de batterij). Deze zeldzame metalen zijn enkel te vinden in bepaalde chinese ertsen. Met de stijging van de grondstofprijzen zullen de batterijen dus duurder worden en is research naar andere batterijtypes lonend. Ook de oplaadbare batterijen "klaar voor gebruik" zijn NiHM.
- De nickel-zink batterijen worden op een andere pagina besproken. Deze zijn ook min of meer van de markt verdwenen want ze waren niet betrouwbaar. De electrische caracteristieken waren ook onvoldoende gelijklopend met de normale NiCd cellen, waardoor de cellen moeilijk met normale laders geladen konden worden.
De nickel-ijzer batterij wordt gebruikt met vloeibare electroliet als alternatief op de loodbatterij. De NiFe batterij heeft een veel langere levensduur, kan totaal ontladen worden en zwaar belast worden zonder beschadigd te worden. Deze accumulatoren werden vooral als traktiebatterij gebruikt (mijnbouw en scheepswerven, bijvoorbeeld), maar zijn eigenlijk geschikt voor alle toepassingen waar er een zeer onregelmatige laad/ontlaadcyclus is.
Bij het begin van de automobielindustrie werden er zowel lood als nickel-ijzer batterijen gebruikt, de nickel-ijzer variant voornamelijk in de duurdere auto's (deze batterijen gingen veel langer mee). Dan is men meer en meer de goedkopere loodbatterij gaan gebruiken en nu is er geen keuze meer.
Voor de caravan is de nickel-ijzer-batterij zondermeer dè ideale batterij, want de NiFe batterij kan volledig ontladen worden, mag overladen worden en bevriest niet in de winter. De klassieke loodbatterij (zelfs de "deep cycle" uitvoering) mag je niet te ver ontladen.
De electroden in deze batterijen zijn uiterst stabiel; dit is de reden dat de batterij buitengewoon lang meegaat. Maar deze stabiliteit heeft ook als gevolg dat de batterij geen extreem hoge stromen kan leveren (minder geschikt als startbatterij). Hoewel een dergelijke batterij zwaar belast kan worden (zonder risico op beschadiging) is de normale belasting minder dan 0.2C (dus ontlading in meer dan 5 uur, wat normaal is voor caravanbatterijen). Bij een hogere belasting (laden of ontladen) daalt het rendement sterk, maar verder heeft dit geen negatieve gevolgen.
De electroliet wordt niet gebruikt tijdens de reakties (dient enkel voor de electronentransport). In tegenstelling met lood-zuur batterijen blijft de concentratie constant. Het gevolg is dat de klemspanning ook nagenoeg constant blijft gedurende de volledige ontlading (dit is trouwens een eigenschap van alle nickel-batterijen). De klemspanning varieert meer met de belasting dan met de laadtoestand (zie grafiek). Het is dus niet mogelijk de ladingtoestand te meten aan de hand van de open klemspanning of het soortelijk gewicht van het electroliet (wat wel mogelijk is met een loodbatterij).
De batterijen worden geleverd onder de vorm van rechthoekige individuele metalen cellen (zie figuur). Men kan hier probleemloos stalen cellen gebruiken, want het electroliet tast het metaal niet aan. In al die jaren is de algemene vorm van de batterij nauwelijks veranderd.
De laatste afbeelding toont een pagina uit een electriciteitsboek van na de tweede wereldoorlog. Nickel-ijzer batterijen werden toen nog regelmatig gebruikt als startbatterij bij autos.
Er zijn nog fabrikanten die deze Nickel-Ijzer batterij maken (voornamelijk voor stroomopslag bij stationaire installaties: energieopslag voor huizen die geïsoleerd zijn van het electriciteitsnet).
De batterij wordt gekoppeld aan de naam Edison, maar de batterij werd niet door Edison uitgevonden (maar door Waldemar Jungner). Edison heeft de batterij echter op grote schaal gebruikt zonder rekening te houden met de patenten van de uitvinder.
Nickel-ijzer batterijen werden in de CMT's van de Belgische Marine gebruikt (CMT: Chasseur de Mines Tripartites of MBV: Mijnenbestrijdingsvaartuigen). Deze batterijen worden tegenwoordig vervangen door loodaccus van Marine-kwaliteit (deze kunnen sterker ontladen worden dan klassieke startbatterijen). Nochtans is de levensduur van de batterijen niet hoog wegens het groot aantal cycli dat de batterijen moeten ondergaan. Bij een black-out (het schip zit volledig zonder stroom) zijn de batterijen de enige energiebronnen aan boord. Na een paar uur zijn de batterijen leeg. Duurt de black-out te lang, dan kunnen de loodbatterijen niet meer opgeladen worden.
|
|---|
Deze accus hebben ook een grotere electroliethoeveelheid dan wat effektief nodig zou moeten zijn. Een derde van het volume is de electrolietreserve.
We hebben gezien dat één van de voordelen van de accus is dat de electrolietconcentratie niet van groot belang is. Het element wordt maximaal gevuld met electroliet op relatief lage concentratie. Het peil mag al sterk zakken vooraleer de aktieve electrodes droog komen te staan. Het onderhoud kan minder frekwent gebeuren, maar de beschikbare capaciteit is kleiner (wordt bepaald door de hoeveelheijd ijzer en nickel).
Deze accus hebben de neiging van sterk te gassen (verdamping en electrolyse). Daarbij gaat enkel water verloren en het bijvullen moet gebeuren met gedemineraliseerd water zoals bij een loodaccu.
De laatste foto toont een accu met corrosie op één van de polen. Dit is veroorzaakt door een lekkende joint, waardoor er lucht in de cel kon komen. Het electroliet neemt daarbij koolstofdioxide uit de lucht op en verliest daardoor aan kracht. Als dergelijke fenomenen optreden moeten beide joints vervangen worden, moet de accu gespoeld worden met gedemineraliseerd water en moet de accu weer gevuld worden met nieuwe electroliet (95% KOH en 5% LiOH).
Nickel Ijzer (Ni-Fe)
