Batteria al nichel idrogeno
La batteria Nichel Idrogeno (NiH2 o Ni-H2) è un accumulatore elettrochimico ricaricabile basato sul nichel e sull'idrogeno.[1] La differenza tra un accumulatore nichel-metallo idruro è l'uso dell'idrogeno in una cella pressurizzata fino a 1200 psi (82.7 bar).[2]
Storia modifica
Lo sviluppo delle batterie Nichel Idrogeno iniziò nel 1970 a Comsat[3] e furono usate per la prima volta nel 1977 a bordo dell'U.S. Navy's Navigation technology satellite-2 (NTS-2).[4]
Caratteristiche modifica
Il catodo è formato da una placca porosa di nichel sinterizzata a secco[6], che contiene idrossido di nichel, l'elettrodo negativo di idrogeno utilizza del teflon ricoperto di nero di platino come catalizzatore, il separatore è una maglia di ossido di zirconio.[7][8]
Le celle NiH2 che usano il 26% di idrossido di potassio (KOH) come elettrolita hanno mostrato un ciclo vitale di 15 anni o più all'80% di profondità di scarica (DOD).[9] La densità energetica è di 75 Wh/kg, 60 Wh/dm3[10] la potenza specifica è di 220 W/kg.[11] Il voltaggio a circuito aperto è di 1,55 V, il voltaggio di scarica di 1,25 V,[12] e il voltaggio sotto carico di 1,5 V.
Mentre la densità energetica è di solo un terzo rispetto alle batterie al litio, la proprietà specifica delle batterie al Nichel Idrogeno è la loro lunga durata: queste celle supportano oltre 20 000 cicli di ricarica[13] all'85% di efficienza.
Le batterie al NiH2 posseggono ottime proprietà che le rendono interessanti per l'immagazzinamento di energia elettrica nei satelliti e nelle sonde spaziali.[14] Per esempio, l'ISS,[15] Mars Odyssey[16] e il Mars Global Surveyor[17] sono equipaggiati con batterie al nichel idrogeno. L'Hubble Space Telescope, quando le batterie originali furono sostituite nel maggio del 2009 oltre 19 anni dopo il lancio, ha portato il più alto numero di cicli di carica/scarica di ogni batteria NiH2 in orbita terrestre bassa.[18]
Elementi costruttivi modifica
- Il serbatoio pressurizzato individuale (IPV) consiste in una singola unità di celle NiH2 in un serbatoio pressurizzato.[19]
- Il serbatoio pressurizzato comune (CPV) consiste in due celle NiH2 in serie in un serbatoio comune. Le CPV posseggono una energia specifica leggermente più elevata rispetto alle IPV.
- Il serbatoio pressurizzato singolo (SPV) combina oltre 22 celle in serie in un unico serbatoio sotto pressione.
- Il design bipolare è basato su un sottile elettrodo, positivo a negativo schiena contro schiena impilato in uno SPV.[20]
- Il serbatoio pressurizzato dipendente (DPV) offre un'alta energia specifica a bassi costi.[21]
- Il serbatoio pressurizzato comune/dipendente (C/DPV) è un ibrido tra celle CPV e DPV con un'alta efficienza volumetrica.[22]
- Schemi
-
-
-
-
-
Note modifica
- ^ A simplified physics-based model for nickel hydrogen battery (PDF), su che.sc.edu. URL consultato il 22 agosto 2011 (archiviato dall'url originale il 3 marzo 2016).
- ^ Nickel-Hydrogen spacecraft battery handling and storage practice, su nasa.gov. URL consultato il 29 aprile 2019 (archiviato dall'url originale il 23 ottobre 2012).
- ^ Nickel-Hydrogen Battery Technology—Development and Status Archiviato il 18 marzo 2009 in Internet Archive.
- ^ NTS-2 Nickel-Hydrogen Battery Performance 31 Archiviato il 24 novembre 2011 in Internet Archive.
- ^ Hubble Space Telescope Servicing Mission 4 Batteries
- ^ Performance comparison between NiH2 dry sinter and slurry electrode cells
- ^ Yttria Stabilized Zirconia Fiber - Ceramic Fiber Products for Use in Corrosive Environments from Zir Archiviato il 17 agosto 2008 in Internet Archive.
- ^ Nickel-Hydrogen Batteries
- ^ Potassium hydroxide electrolyte for long-term Nickel-Hydrogen geosynchronous missions (PDF), su pdf.aiaa.org. URL consultato il 22 agosto 2011 (archiviato dall'url originale il 18 marzo 2009).
- ^ Spacecraft Power Systems Pag.8
- ^ NASA/CR—2001-210563/PART2 -Pag.10 Archiviato il 19 dicembre 2008 in Internet Archive.
- ^ Optimization of spacecraft electrical power subsystems -Pag.40
- ^ Five-year update: nickel hydrogen industry survey
- ^ Ni-H2 Cell Characterization for INTELSAT Programs
- ^ Validation of International Space Station electrical performance model viaon-orbit telemetry Archiviato il 18 febbraio 2009 in Internet Archive.
- ^ A lightweight high reliability single battery power system for interplanetary spacecraft
- ^ Mars Global Surveyor Archiviato il 10 agosto 2009 in Internet Archive.
- ^ NiH2 reliability impact upon Hubble Space Telescope battery replacement
- ^ Nickel Hydrogen Batteries-An Overview Archiviato il 12 aprile 2009 in Internet Archive.
- ^ Development of a large scale bipolar NiH2 battery.
- ^ 1995- Dependent Pressure Vessel (DPV)
- ^ Common/Dependent-Pressure-Vessel Nickel-Hydrogen Batteries
Bibliografia modifica
- Albert H. Zimmerman (ed), Nickel-Hydrogen Batteries Principles and Practice, The Aerospace Press, El Segundo, California
Voci correlate modifica
Collegamenti esterni modifica
- Overview of the Design, Development, and Application of Nickel-Hydrogen Batteries (PDF), su ntrs.nasa.gov.
- Details of the NiH2-battery, su nasa.gov. URL consultato il 29 aprile 2019 (archiviato dall'url originale il 23 ottobre 2012).
- Implantable Nickel Hydrogen batteries for bio-power applications (PDF), su electrochem.org.
- NASA handbook for nickel-hydrogen batteries, su adsabs.harvard.edu.
- A nickel/hydrogen battery for terrestrial PV systems, su ieeexplore.ieee.org.
- A microfabricated nickel-hydrogen battery using thick film printing techniques, su cat.inist.fr.