Kas ir niķeļa-cinka akumulators?

Niķeļa-cinka akumulators ir uzlādējama elektroķīmiskā šūna, ierīce, kas pārvērš uzkrāto ķīmisko enerģiju tieši elektroenerģijā. Akumulatora anoda jeb negatīvā spaile ir izgatavota no cinka, bet katoda jeb pozitīvais spaile ir no niķeļa. Elektronu plūsma notiek no anoda uz katodu caur elektrolīta vidi, kas nodrošina lādētas daļiņas, kas nes elektrisko strāvu. Sārmainus elektrolītus, kas nav skābi, parasti izmanto niķeļa-cinka akumulatoros. Uzlādēšana apvērš elektroķīmisko reakciju un atjauno šūnas sākotnējo ķīmisko struktūru.

Niķeļa-cinka akumulatoru 1901. gadā patentēja Tomass Edisons, ko dažreiz dēvē ar tā elementāro saīsinājumu NiZn. Tā laika ražošanas iespējas deva priekšroku citiem dizainiem, un NiZn akumulators netika plaši ieviests. Tomēr salīdzinoši augstais enerģijas blīvums, noteiktā tilpumā uzkrātais enerģijas daudzums un vieglā akumulatora izejmateriālu pieejamība mudināja turpināt pētījumus.

Niķeļa-cinka akumulatora sākotnējās versijās cinka elektrods laika gaitā izrādījās nestabils. Anoda radītais cinka oksīds elektrolīta šķīdumā veidoja dendrītus vai pavedienus. Dendrīta veidošanās padarīja šūnu pakļautu īssavienojumam, un rezultātā radās ierobežots uzlādes/uzlādes ciklu skaits. Nestabilitāte arī kavēja šūnas pilnīgu atjaunošanos pēc uzlādēšanas, izraisot anoda termināla deformāciju.

Ir izstrādāti sārma elektrolītu šķīdumi, kas stabilizē cinka elektrodu, kas kopā ar polimēra iekšējo separatoru pārvar problēmas, kas rodas dendrīta veidošanās un gala deformācijas dēļ. Materiālzinātnes sasniegumi ir arī ļāvuši ražot cinka un niķeļa spailes, kas nesatur smago metālu elementus. Rezultāts ir jaudīgāks un ilgstošāks akumulators, nekā tas bija iespējams ar iepriekšējām tehnoloģijām. Uzlādes spēja ir palielināta gan ciklu skaita ziņā, gan šūnas atgriešanās sākotnējā ķīmiskajā stāvoklī.

Viena no niķeļa-cinka akumulatora priekšrocībām ir tā spēja nomainīt primārās vai neuzlādējamās baterijas plaša patēriņa elektronikā. Šīm ierīcēm parasti ir nepieciešams 1.5 V primārais sārma akumulators, un tās labi darbotos ar uzlādējamā NiZn 1.65 V nominālo jaudu. Citu uzlādējamu konstrukciju, piemēram, niķeļa-kadmija akumulatoru nominālais spriegums parasti ir 1.2 V, kas var izraisīt ierīces atteici pirms pilnīgas akumulatora izlādes.

Niķeļa-cinka akumulators tiek uzskatīts par videi draudzīgu alternatīvu izplatītākiem dizainiem. Gan niķelis, gan cinks ir salīdzinoši daudz, un katru no tiem var pilnībā reģenerēt, pārstrādājot. Tā ražošanā netiek izmantots dzīvsudrabs, kadmijs, svins vai citi toksiski metāli, kā arī nav uzliesmojošu vai kodīgu aktīvo materiālu.