Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
¿Qué batería se está volviendo más popular día a día, ya que existe un gran alcance de desarrollo para convertir la batería en una batería de alta densidad de energía para un vehículo eléctrico? La respuesta sería batería de níquel hierro o batería Edison . En una sola palabra, una batería de Ni-Fe es una batería muy robusta. Esta batería tiene una tolerancia muy alta a la sobrecarga, descarga excesiva, cortocircuito, etc. Esta batería puede funcionar igualmente bien incluso si no la cargamos durante un período prolongado. Debido a su gran peso, esta batería se utiliza en aquellas aplicaciones donde el peso de la batería no importa, por ejemplo, en el sistema de energía solar , en el sistema de energía eólica., etc. como respaldo. La durabilidad y la vida útil de una celda de níquel-hierro son mucho más altas que las de una batería de plomo-ácido , pero aún así, la batería de níquel-hierro ha perdido su popularidad debido a su alto costo de fabricación.
Echemos un vistazo a algunas características específicas de la batería de níquel-hierro (Ni-Fe) o Edison.
Esta batería puede tener una capacidad de suministro de energía de 30 a 50 kW por kg de su peso. La eficiencia de carga de esta batería es de aproximadamente el 65%. Eso significa que el 65% de la energía eléctrica de entrada se almacena en esta batería como energía química durante su proceso de carga. La eficiencia de descarga es de aproximadamente el 85%. Eso significa que la batería puede entregar el 85% de la energía almacenada a la carga como energía eléctrica y el resto se descarga debido a la autodescarga de la batería. Si la batería no se usa durante 30 días, perderá solo del 10% al 15% de su energía almacenada debido a la autodescarga. La batería de níquel hierro tiene una vida útil significativamente más larga, y es de aproximadamente 30 a 100 años. Este período es mucho más largo que la vida útil normal de una batería de plomo-ácido, que es de unos diez años. Voltaje nominal La clasificación por celda de níquel hierro es de 1,4 V.
Indice de contenidos
- Batería de níquel hierro
- Construcción de baterías Edison
- Funcionamiento de las baterías de níquel hierro
- Características de las baterías de níquel hierro
- Ventajas de las baterías de níquel hierro
- Desventajas de las baterías de níquel hierro
- Aplicación de baterías de níquel hierro
- Mantenimiento y cuidado de las baterías de níquel hierro
Batería de níquel hierro
Los componentes básicos utilizados en la batería de níquel hierro son hidróxido de níquel (III) como cátodo, hierro como ánodo e hidróxido de potasio como electrolito. Agregamos sulfato de níquel y sulfuro ferroso al material activo.
Construcción de baterías Edison
La capacidad de la celda Ne-Fe depende del tamaño y el número de placas positivas y negativas. La apariencia de placas positivas y negativas en este tipo de celdas de batería es la misma. Ambas placas constan de la rejilla rectangular de hierro niquelado. Cada uno de los orificios de la rejilla se rellena con una caja de acero niquelada finamente perforada y poco profunda.
Aunque ambas placas parecen ser iguales, contienen diferentes materiales activos. Las cajas perforadas de acero niquelado de placas positivas contienen una mezcla de un óxido de níquel y carbono pulverizado, y algunas de las placas negativas contienen finos granos de óxido de hierro con polvo fino de carbono. En ambas placas, el fino polvo de carbón, mezclado con materiales activos, ayuda a incrementar la conductividad eléctrica . Usamos potasa cáustica diluida al 20% como electrolito. 
El hierro niquelado se utiliza para fabricar el recipiente que contiene electrolitos y electrodos. Se colocan varillas de ebonita entre las placas de diferentes polaridades para evitar que entren en contacto directo y provoquen un cortocircuito. Hay otra especialidad en la construcción de baterías Edison.o batería de níquel-hierro , cuyo número de placas negativas es uno más que el número de placas positivas, y conectamos eléctricamente la última placa negativa al contenedor. Las placas de las mismas polaridades se sueldan a una correa común, y forman una celda, y combinando varias celdas, se construye la batería.
Funcionamiento de las baterías de níquel hierro
Ya sabemos que la operación principal de la batería de níquel-hierro es la reacción química dentro de la batería que se conoce como electrólisis. La electrólisis no es más que la reacción química que tiene lugar cuando hay un flujo de corriente , puede ser tanto la causa como el resultado de la reacción química. La química de la celda de níquel-hierro es muy complicada porque la fórmula exacta para el material activo positivo aún no está bien establecida. Pero si podemos asumir que el material es Ni (OH) 3 , entonces podemos explicarlo hasta cierto punto. Durante la carga, el compuesto de níquel en las placas positivas se oxida a peróxido de níquel. El proceso de carga cambia el compuesto de hierro a hierro esponjoso en placas negativas.
En la condición de carga completa, el material activo de las placas positivas es hidróxido de níquel [Ni (OH) 3], mientras que en las bolsas de la placa negativa es hierro, Fe. Cuando la celda suministra corriente a la carga, el material activo de la placa positiva cambia de Ni (OH) 3 a Ni (OH) 2 y el de la placa negativa cambia de hierro a hidróxido ferroso (Fe (OH) 2 ). El proceso electroquímico en la batería Edison se puede expresar mediante la ecuación
La ecuación expresa tanto el fenómeno de carga como de descarga. El flujo del lado derecho de la ecuación es la reacción del fenómeno de descarga, y el flujo del lado izquierdo de la ecuación expresa el fenómeno de carga. La reacción ocurre por transferencia de electrones a través del circuito externo a la placa positiva durante la descarga. Existe una disposición para liberar el humo corrosivo que se genera durante la electrólisis dentro de la batería, de modo que no se necesita ningún cuidado especial al montar la celda.
Características de las baterías de níquel hierro
La fem de una batería Edison completamente cargada es de 1,4 V. El voltaje de descarga promedio es de aproximadamente 1,2 V y el voltaje de carga promedio es de aproximadamente 1,7 V por celda. Las características de este tipo de batería se muestran a continuación en la figura. 
Las características de voltaje de la batería de níquel hierro son similares a las de la celda de plomo-ácido. A medida que la fem está completamente cargada, 1.4 V y disminuye lentamente a 1.3 V y luego muy lentamente a 1.1 o 1.0 V durante la descarga. En el gráfico, podemos ver que no existe un límite inferior para descargar la fem más allá del cual la salida de la batería será cero. Es por eso que después de un cierto período la batería se detiene a cualquier salida. La fem de una batería es directamente proporcional a la temperatura, lo que significa que la fem de la batería aumenta con el aumento de temperatura.
El tiempo medio de carga de una batería es de 7 horas y el tiempo de descarga es de 5 horas. Otra característica de la batería Edison es que el funcionamiento continuo a mayor temperatura disminuye la vida útil de la batería , lo mismo sucede si la batería se carga por más del tiempo promedio de carga.
La eficiencia de amperios-hora y vatios-hora de esta batería de níquel-hierro es del 85% y del 60% respectivamente. A 4 o C de temperatura, la capacidad de la batería Edison cae a cero, por eso la batería debe calentarse antes de la operación, aunque durante la operación la pérdida de I 2 R mantiene la batería caliente y funcionando.
Ventajas de las baterías de níquel hierro
Hay varias ventajas de la batería Edison , que se enumeran a continuación.
- El peso de esta batería es menor que otros tipos de batería porque necesitan menos cantidad de electrolitos y las placas también son más livianas.
- La vida útil de la batería es mucho mayor debido a varias disposiciones tomadas.
- Estos tipos de batería son más fuertes y tienen una construcción resistente debido al cuerpo de acero. Por este motivo, no se ven afectados por vibraciones, sacudidas o golpes, fuertes corrientes y no sufren durante los cortocircuitos.
Desventajas de las baterías de níquel hierro
Hay ciertas desventajas de la batería Edison , como el costo inicial necesario para fabricar estas baterías es bastante alto ya que los materiales utilizados tienen un precio elevado. Otro inconveniente de este tipo de baterías es la baja eficiencia. Por estas pocas razones, el uso de estas baterías está restringido, se utilizan principalmente en las áreas donde se necesita una alta resistencia mecánica, ligereza y ausencia de vapores ácidos.
Aplicación de baterías de níquel hierro
De las discusiones anteriores, ya sabemos que dicha batería se usa principalmente en condiciones extremas o se puede decir que donde no hay otra forma que usar la batería Edison . Estas baterías se utilizan principalmente en camiones industriales con fines de propulsión. También se utilizan en locomotoras de minas y para ferrocarriles, iluminación de automóviles y aire acondicionado porque tienen una resistencia mecánica bastante alta.
Mantenimiento y cuidado de las baterías de níquel hierro
Ya sabemos que estas baterías necesitan menos mantenimiento que otros tipos de baterías. La principal precaución que se toma para este tipo de baterías es mantener el nivel de electrolito presente dentro de la batería. Porque, si el nivel del electrolito desciende por debajo de las placas del interior, la batería se daña muy rápidamente y la batería sufre daños irreversibles. Para evitar esto, la batería debe llenarse con agua destilada al menos una vez a la semana. Otro mantenimiento que se necesita para esta batería es cambiar la solución de electrolito de vez en cuando, siempre que la gravedad específica de la solución cae por debajo de 1,16, el electrolito cambia. Por último, es importante tener en cuenta que la batería debe descargarse a cero voltios antes de sacarla para repararla durante un período prolongado.
