Никель-водородная батарея: приживутся ли технологии из космоса на земле?
29 июнь 2023
Никель-водородная батарея: преимущества и недостатки
В никель-водородных элементах для катода (положительного элемента) используется тот же гидроксид никеля Ni(OH), как и в стандартных никель-кадмиевых батареях. Кроме того, используется аналогичный тип электролита – щелочной гидроксид калия. Но в качестве анода (отрицательного электрода) используется водород в газообразной форме. Анодный токосъемник является электродом топливного элемента, поверхность которого изготовлена из палладия или платины. Следует понимать, что она выступает как каталитическая поверхность. При зарядке батареи происходит выделение водорода в газообразное состояние, а при разряде – работе на погрузку – водород поглощается. В заряженной батарее давление может достигать 70 бар, поэтому корпус должен быть очень крепким.
Разработка никель-водородных батарей началась в 1970 году, а уже в 1977 она получила практическую реализацию – в качестве источника электрического тока она использовалась в спутнике военно-морских сил США. Уже более 40 лет никель-водородные батареи остаются практически безальтернативным вариантом для использования в космосе, например, они были установлены на Международной космической станции и космическом телескопе Хаббла. А также на аппаратах, которые используются для глубокой разведки космоса – Mars Odyssey, Mercury Messenger или Mars Global Surveyor.
Такая потребность объясняется отличными эксплуатационными характеристиками никель-водородного аккумулятора:
- Длительный срок службы – батарея может выдерживать до 30 тысяч циклов заряд/разряд, причем за 30 лет эксплуатации ее деградация составляет всего около 15%. При этом в некоторых лабораториях созданы образцы, которые в теории могут выдержать до 50 тысяч циклов заряда/разряда.
- Стабильное функционирование в широком диапазоне температур – батарея сохраняет свои рабочие параметры при температуре от -60°C до +50°C. Что важно – она может стойко заряжаться также при любой температуре.
- Простота эксплуатации – батарея должна быть полностью герметичной, поэтому она не требует обслуживания. Кроме того, она не реагирует на нарушение полярности при подключении, выдерживает длительную перезарядку.
- Допускает глубокий разряд, в том числе практически в полный ноль, когда почти весь водород поглощается электролитом. Что не сказывается в дальнейшем на ее работоспособности и не приводит к ухудшению параметров.
- Экологическая безопасность – все материалы, используемые в батарее, могут быть легко переработаны без использования дорогостоящего оборудования. Кроме того, неисправность батареи не приведет к выбросам вредных веществ, опасных для живых организмов.
- Быстрая зарядка – их можно зарядить до 60% емкости за 15 минут.
Если проанализировать недостатки, следует отметить очень высокую скорость саморазряда – через несколько дней заряд снижается на 50%. Но все же главная проблема — это очень высокая стоимость, что делало никель-водородные АКБ неконкурентоспособными на рынке накопителей энергии. Но ситуация может измениться в ближайшее время, компания EnerVenue разработала технологию, которая позволила существенно снизить стоимость батареи, сохранив ее эксплуатационные показатели. Разработчики анонсировали до 30 тысяч циклов перезарядки и возможность эксплуатировать батарею в течение 30 лет. Пробные экземпляры уже проходят испытания на коммунальных предприятиях США. Массовое производство планируется развернуть на мощностях Gigafactory.