بطارية النيكل والهيدروجين

بطارية نيكل-هيدروجين (NiH₂ or Ni–H₂) هي بطارية قابلة لإعادة الشحن تعتمد على النيكل والهيدروجين.^[1] تختلف عن بطارية نيكل-هيدريد فلز باستخدام الهيدروجين بشكل غازي ومخزن بشكل خلية مضغوطة بقوة ضغط 1200 رطل على البوصة المربعة (82.7 بار).^[2] اخترعت هذه البطارية في 25 فبراير 1971 من قبل العالم الكسندر إليتش كلوس وبوريس (بالإنجليزية: Alexandr Ilich Kloss ،Boris Ioselevich Tsenter)‏ في الولايات المتحدة الأمريكية.^[3]

تستخدم بطاريات نيكل-هيدروجين 26% منها هيدروكسيد البوتاسيوم كإلكتروليت وأعطى ذلك مدة خدمة حتى 15 سنة أو أكثر من 80% من عمق التفريغ،^[4] كثافة الطاقة 75 واط ساعي/عشر المتر.^[5] القوة النوعية 220 واط/كغ.^[6] وجهد اللاحمل هو 1.55 فولط، والفولط المتوسط خلال التفريغ هو 1.25 فولط.^[7]

تعادل كثافة الطاقة في هذه البطارية حوالي ثلث بطارية الليثيوم ولكن الخاصية المميزة لبطارية نيكل-هيدروجين هي طول حياتها. تعمل البطارية بأكثر من 20,000 دورة شحن^[8] بفعالية طاقة 85% وفعالية فاراد 100% (بالإنجليزية: faradaic efficiency)‏.

خصائص بطاريات نيكل-هيدروجين تجعلها مناسبة لتخزين الطاقة في الأقمار الصناعية.^[9] والمسبار الفضائي، مثلا محطة الفضاء الدولية^[10] ومسنجر^[11] ومارس أوديسي^[12] وماسح الأراضي مارس غولب (بالإنجليزية: Mars Global Surveyor)‏^[13] كلها مزودة ببطاريات نيكل-هيدروجين. عندما تغيرت بطاريات مرصد هابل الأصلية في مايو 2009 بعد 19 سنة من انطلاقه زود بأكبر عدد من دورات الشحن والتفريغ^[14] من بطاريات نيكل-هيدروجين في مدار أرضي منخفض.^[15]

تاريخ

بدأ تطور بطارية نيكل-هيدروجين في عام 1970 في شركة الأقمار الصناعية للاتصالات واستخدمت لأول مرة في عام 1977 في القمر الصناعي 2 للتقنيات الملاحة للبحرية الأمريكية. حاليا، أغلبية المصنعين لبطارية نيكل-هيدروجين هم شركات التقنية إيكل-بكير وجونسون كونترولز (بالإنجليزية: Eagle-Picher Technologies and Johnson Controls)‏.

خصائص

تجمع بطارية نيكل-هيدروجين قطب النيكل الموجب لبطارية نيكل-كادميوم والقطب السالب الذي يتضمن عناصر تساعد على انتشار الغاز ومواد محفزة لخلية الوقود. خلال التفريغ، يتسع الهيدروجين في وعاء الضغط ويتأكسد إلى ماء بينما يُتخصر قطب نيكل أوكهيدروكسيد إلى أوكسيد النيكل. يستهلك الماء في قطب النيكل ويُنتج في قطب الهيدروجين، لايتغير تركيز إلكتروليت هيدروكسيد البوتاسيوم. عندما تفرغ البطارية ينخفض ضغط الهيدروجين ويعطي حالة مستقرة لحركة التيار. في إحدى بطاريات أقمار الاتصالات، الضغط للبطارية المشحونة كاملا فوق 500 باوند/إنش المربع (3.4ملي بار)، وتنخفض إلى 15 باوند/إنش المربع (0.1 ملي بار) في حالة إفراغ البطارية كاملا.

إذا كانت البطارية مشحونة بشكل كامل، ينتج الأوكسجين في قطب النيكل وينعكس مع حالة الهيدروجين في البطارية ويشكل الماء.

لدى هذه البطارية مشكلة نسبة تفريغ ذاتي عالية نسبيا. التفاعل الكيميائي للنيكل (III) إلى نيكل (II) في القطب:

NiOOH + 0.5 H2 = Ni(OH)2.

معرض صور

انظر أيضا

المراجع

^ A simplified physics-based model for nickel hydrogen battery نسخة محفوظة 03 مارس 2016 على موقع واي باك مشين. ^{[وصلة مكسورة]}
^ Nickel-hydrogen spacecraft battery handling and storage practice ^{[وصلة مكسورة]} نسخة محفوظة 23 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين.
^ Hermetically sealed nickel-hydrogen storage cell US Patent 3669744 نسخة محفوظة 24 أبريل 2016 على موقع واي باك مشين.
^ Potassium hydroxide electrolyte for long-term mickel-hydrogen geosynchronous missions نسخة محفوظة 18 مارس 2009 على موقع واي باك مشين.
^ Spacecraft Power Systems Pag.9 نسخة محفوظة 30 أغسطس 2017 على موقع واي باك مشين.
^ NASA/CR—2001-210563/PART2 -Pag.10 نسخة محفوظة 30 أكتوبر 2011 على موقع واي باك مشين.
^ Optimization of spacecraft electrical power subsystems -Pag.40 نسخة محفوظة 13 يوليو 2012 على موقع واي باك مشين.
^ Five-year update: nickel hydrogen industry survey نسخة محفوظة 14 مارس 2020 على موقع واي باك مشين.
^ Ni-H₂ Cell Characterization for INTELSAT Programs نسخة محفوظة 06 يونيو 2011 على موقع واي باك مشين.
^ Validation of International Space Station electrical performance model via on-orbit telemetry نسخة محفوظة 27 سبتمبر 2011 على موقع واي باك مشين.
^ https://web.archive.org/web/20170210054734/https://www.nasa.gov/pdf/168019main_MESSENGER_71504_PressKit.pdf. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2017-02-10. {{استشهاد ويب}}: الوسيط |title= غير موجود أو فارغ (مساعدة)
^ A lightweight high reliability single battery power system for interplanetary spacecraft نسخة محفوظة 10 أغسطس 2009 على موقع واي باك مشين.
^ Mars Global Surveyor نسخة محفوظة 12 سبتمبر 2016 على موقع واي باك مشين.
^ Hubble space telescope servicing mission 4 batteries نسخة محفوظة 22 مايو 2017 على موقع واي باك مشين.
^ NiH₂ reliability impact upon Hubble Space Telescope battery replacement نسخة محفوظة 11 أغسطس 2009 على موقع واي باك مشين.

مزيد من القراءة

Albert H. Zimmerman (ed), Nickel-Hydrogen Batteries Principles and Practice, The Aerospace Press, El Segundo, California. ISBN 1-884989-20-9.

وصلات إضافية

[1] A simplified physics-based model for nickel hydrogen battery نسخة محفوظة 03 مارس 2016 على موقع واي باك مشين. ^{[وصلة مكسورة]}

[2] Nickel-hydrogen spacecraft battery handling and storage practice ^{[وصلة مكسورة]} نسخة محفوظة 23 أكتوبر 2012 على موقع واي باك مشين.

[3] Hermetically sealed nickel-hydrogen storage cell US Patent 3669744 نسخة محفوظة 24 أبريل 2016 على موقع واي باك مشين.

[4] Potassium hydroxide electrolyte for long-term mickel-hydrogen geosynchronous missions نسخة محفوظة 18 مارس 2009 على موقع واي باك مشين.

[Miller-5] Spacecraft Power Systems Pag.9 نسخة محفوظة 30 أغسطس 2017 على موقع واي باك مشين.

[NASA/CR—2001-210563/PART2_-Pag.10-6] NASA/CR—2001-210563/PART2 -Pag.10 نسخة محفوظة 30 أكتوبر 2011 على موقع واي باك مشين.

[7] Optimization of spacecraft electrical power subsystems -Pag.40 نسخة محفوظة 13 يوليو 2012 على موقع واي باك مشين.

[ieeexplore.ieee.org-8] Five-year update: nickel hydrogen industry survey نسخة محفوظة 14 مارس 2020 على موقع واي باك مشين.

[9] Ni-H₂ Cell Characterization for INTELSAT Programs نسخة محفوظة 06 يونيو 2011 على موقع واي باك مشين.

[10] Validation of International Space Station electrical performance model via on-orbit telemetry نسخة محفوظة 27 سبتمبر 2011 على موقع واي باك مشين.

[11] ttps://web.archive.org/web/20170210054734/https://www.nasa.gov/pdf/168019main_MESSENGER_71504_PressKit.pdf. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2017-02-10. {{استشهاد ويب}}: الوسيط |title= غير موجود أو فارغ (مساعدة)

[12] A lightweight high reliability single battery power system for interplanetary spacecraft نسخة محفوظة 10 أغسطس 2009 على موقع واي باك مشين.

[13] Mars Global Surveyor نسخة محفوظة 12 سبتمبر 2016 على موقع واي باك مشين.

[14] Hubble space telescope servicing mission 4 batteries نسخة محفوظة 22 مايو 2017 على موقع واي باك مشين.

[15] NiH₂ reliability impact upon Hubble Space Telescope battery replacement نسخة محفوظة 11 أغسطس 2009 على موقع واي باك مشين.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

وصلة مكسورة

ع ن ت خلايا غلفانية
الأنواع	عمود فولتوي مُدَّخِرات كهربائية تدفُّق حوضية ^{[الإنجليزية]} خلايا مُركَّزة ^{[الإنجليزية]} وقود غلفانية حرارية ^{[الإنجليزية]}
خلايا أولية (غير قابلة للشحن)	مُدَّخِرة قلوية كهروكيميائية هوائية وفلزية ^{[الإنجليزية]} الألومنيوم والهواء الليثيوم والهواء السيليكون والهواء ^{[الإنجليزية]} الزنك والهواء خلايا كلارك ^{[الإنجليزية]} غروف بنزن دانيال لوكلانشيه وستن حمض الكروميك ^{[الإنجليزية]} مُدَّخِرة جافة زنك وكربون أكسيد الفضة ليثيوم زئبق خلية إديسون ولالاند ^{[الإنجليزية]} حمض هيدروكسيد النيكل ^{[الإنجليزية]} عمود زامبوني ^{[الإنجليزية]}
خلايا ثانوية (قابلة للشحن)	مُدَّخِرة السيارة الرصاص والحمض ذات الصَّمام المُنظِّم الليثيوم والهواء أيونات الليثيوم بوليمرات الليثيوم فوسفات الحديد والليثيوم تيتانات الليثيوم ^{[الإنجليزية]} الليثيوم والكبريت مزدوجة الأقطاب الكربونية ^{[الإنجليزية]} كهروكيميائية هوائية وفلزية ^{[الإنجليزية]} ملح منصهر ذات مسام بالغة الصغر ^{[الإنجليزية]} ذات أسلاك بالغة الصغر ^{[الإنجليزية]} النيكل والكادميوم النيكل والهيدروجين النيكل والحديد ^{[الإنجليزية]} النيكل والليثيوم ^{[الإنجليزية]} النيكل وهيدريد فلز النيكل والزنك ^{[الإنجليزية]} البروميد عديد الكبريتيد ^{[الإنجليزية]} أيونات البوتاسيوم ^{[الإنجليزية]} قلوية قابلة لإعادة الشحن ^{[الإنجليزية]} الفضة والزنك ^{[الإنجليزية]} الفِضَّة والكادميوم أيونات الصوديوم الصوديوم والكبريت صلبة الحالة تدفق الفانديوم ^{[الإنجليزية]} الزنك والبروم الزنك والسيريوم ^{[الإنجليزية]}
أخرى	خلية شمسية خلية وقود بطارية ذرية
أجزاء الخلية	قطب كهربائي مصعد مهبط مادة رابطة تحفيز كهرل نصف خلية أيون قنطرة ملحية غشاء شبه منفذ
قائمة أنواع البطاريات تصنيف البطاريات