Nikkelivety-akku (NiH 2 tai Ni-H 2 ) on reversiibeli kemiallinen virtalähde , joka koostuu nikkeli- ja vetyelektrodeista [1] . Se eroaa nikkelimetallihydridiakusta siinä, että se käyttää vetyä kaasumaisessa muodossa, joka varastoituu puristetussa tilassa kennossa 82,7 baarin paineessa [2] .
NiH 2 -kennot, joissa käytetään 26 % kaliumhydroksidia (KOH) elektrolyyttinä , saavuttavat 15 vuoden tai pidemmän käyttöiän 80 % purkaussyvyydellä [3] . Energiatiheys on 75 W•h / kg , 60 W•h/dm 3 [4] [5] . Jännite koskettimissa on 1,55 V , keskimääräinen jännite purkauksen aikana on 1,25 V [6] .
Huolimatta siitä, että energiatiheys on vain noin kolmasosa litiumakun energiatiheydestä , nikkelivety-akun erityisominaisuus on sen pitkä käyttöikä: kennot kestävät yli 20 000 purkausjaksoa [7] 85 %:n hyötysuhteella.
NiH 2 -akuilla on hyvät sähköiset ominaisuudet, mikä tekee niistä houkuttelevia sähköenergian varastointiin avaruusajoneuvoissa [8] . Esimerkiksi ISS [9] , Messenger [10] , Mars Odyssey [11] , Mars Global Surveyor [12] ja MRO on varustettu nikkeli-vetyakuilla. Hubble-teleskooppi , kun sen alkuperäiset akut vaihdettiin toukokuussa 2009 19 vuotta laukaisun jälkeen, saavutti suurimman määrän purkausjaksoja kaikista NiH 2 -akuista matalilla vertailukiertoradoilla [13] .
Nikkelivety-akkujen kehitys alkoi vuonna 1970 COMSATissa [14] , jossa niitä käytettiin ensimmäisen kerran vuonna 1977 Yhdysvaltain laivaston NTS-2-satelliitissa . [viisitoista]
Nikkelivety-akku yhdistää nikkeli-kadmiumkennon positiivisen nikkelielektrodin ja negatiivisen elektrodin, joka sisältää katalyytin ja polttokennon kaasudiffuusio-osan . Purkauksen aikana paineastian sisältämä vety on vuorovaikutuksessa nikkelioksikloridielektrodin hapen kanssa. Vettä kuluu nikkelielektrodilla ja vapautuu vetyelektrodilla, joten kaliumhydroksidin pitoisuus elektrolyytissä ei muutu. Kun akku tyhjenee, vedyn paine laskee, mikä antaa luotettavan osoituksen purkautumistilasta. Yhden viestintäsatelliitin akussa paine oli yli (3,4 MPa ) täyteen ladattuna ja putosi lähes (0,1 MPa) täyteen purkautuessaan.
Jos ladatun akun lataamista jatketaan, nikkelielektrodille muodostunut vesi diffundoituu vetyelektrodiin ja dissosioituu siellä; Tämän seurauksena akut kestävät ylilatausta niin kauan kuin syntyvä lämpö haihtuu.
Akkujen haittapuolena on suhteellisen korkea itsepurkautuminen, joka on verrannollinen kennon vetypaineeseen; joissakin malleissa 50 % kapasiteetista voi kadota muutaman päivän varastoinnin jälkeen. Itsepurkaus vähenee lämpötilan laskiessa. [16]
Verrattuna muihin akkuihin nikkelivety-akuilla on hyvä energiatiheys 60 Wh/kg ja erittäin pitkä käyttöikä satelliiteilla. Kennot kestävät ylilatausta, vahingossa tapahtuvaa napaisuuden vaihtoa , kennon vetypaine antaa hyvän osoituksen purkautumisasteesta. Vedyn kaasumaisuus tarkoittaa kuitenkin sitä, että tilavuushyötysuhde on melko alhainen ja vaadittava korkea paine vaatii kalliiden paineastioiden käyttöä. [16]
Positiivinen elektrodi on valmistettu sintratusta [17] huokoisesta nikkelikiekosta, joka sisältää nikkelihydroksidia . Negatiivinen vetyelektrodi käyttää teflonilla sidottua platinakatalyyttiä , jossa on zirkoniumfilamenttierotin [18] . [19]
Individual Vessel (IPV) -akkurakenne koostuu NiH 2 -kennosta ja paineastiasta. [kaksikymmentä]
Common Vessel (CPV) -akkurakenne koostuu kahdesta sarjassa olevasta NiH 2 -kennosta ja yhteisestä paineastiasta. CPV tarjoaa jonkin verran korkeamman energiatiheyden kuin IPV.
SPV-malli yhdistää jopa 22 kennoa yhteiseen astiaan.
Kaksinapaisessa rakenteessa riittävän paksu elektrodi on yleinen: positiivinen yhdelle ja negatiivinen viereiselle SPV:n kennolle. [21]
Dependent Vessel (DPV) -rakenne tarjoaa enemmän energiatiheyttä pienemmillä kustannuksilla. [22]
Yhteinen/riippuvainen aluksen (C/DPV) malli on CPV:n ja DPV:n hybridi, jolla on korkea tilavuustehokkuus. [23]