Нікель-воднева батарея: чи приживуться технології з космосу на землі?

29 червень 2023

Нікель-воднева батарея: переваги та недоліки

У нікель-водневих елементах для катода (позитивного елемента) використовується той же гідроксид нікелю Ni(OH), як і стандартних нікель-кадмієвих батареях. Крім того, використовується аналогічний тип електроліту — лужний гідроксид калію. Але в ролі анода (негативного електрода) використовується водень у газоподібній формі. Анодний струмознімач є електродом паливного елемента, поверхня якого виготовлена з паладію або платини. Слід розуміти, що він виступає як каталітична поверхня. При заряджанні батареї відбувається виділення водню у газоподібний стан, а за розряду – роботу на навантаження — водень поглинається. У зарядженій батареї тиск може досягати 70 бар, тому корпус має бути дуже міцним.

Розробка нікель-водневих батарей почалася на початку 1970 року, а вже в 1977 році вона отримала практичну реалізацію — як джерело електричного струму вона використовувалася в супутнику військово-морських сил США. Вже навіть понад 40 років, нікель-водневі батареї залишаються практично безальтернативним варіантом для використання в космосі, наприклад, вони були встановлені на Міжнародній космічній станції та космічному телескопі Хаббла. А також на апаратах, які використовуються для глибокої розвідки космосу — Mars Odyssey, Mercury Messenger або Mars Global Surveyor.

Така потреба пояснюється відмінними експлуатаційними характеристиками нікель-водневого акумулятора:

• Тривалий термін служби — батарея може витримувати до 30 тисяч циклів заряд/розряд, причому за 30 років експлуатації її деградація становить лише близько 15%. При цьому в деяких лабораторіях створено зразки, які теоретично можуть витримати до 50 тисяч циклів заряду/розряду.

• Стабільне функціонування у широкому діапазоні температур — батарея зберігає свої робочі параметри за температури від -60°C до +50°C. Що важливо — вона може стійко заряджатися також за будь-якої температури.

• Простота експлуатації — батарея має бути повністю герметичною, тому вона не потребує обслуговування. Крім того, вона не реагує на порушення полярності під час підключення, витримує тривалу перезарядку.

• Допускає глибокий розряд, у тому числі — практично в повний нуль, коли майже весь водень поглинається електролітом. Що не позначається надалі на її працездатності та не призводить до погіршення параметрів.

• Екологічна безпека — всі матеріали, що використовуються у батареї, можуть бути легко перероблені без використання дорогого обладнання. Крім того, несправність батареї не призведе до викидів шкідливих речовин, небезпечних для живих організмів.

• Швидка зарядка — їх можна зарядити до 60% місткості за 15 хвилин.

Якщо проаналізувати недоліки, слід відзначити дуже високу швидкість саморозряду — за кілька днів заряд знижується на 50%. Але все ж таки головна проблема — це дуже висока вартість, що робило нікель-водневі АКБ неконкурентоспроможними на ринку накопичувачів енергії. Але ситуація може змінитись вже найближчим часом, компанія EnerVenue розробила технологію, яка дозволила суттєво знизити вартість батареї, зберігши її експлуатаційні показники. Розробники анонсували до 30 тисяч циклів перезаряджання та можливість експлуатувати батарею протягом 30 років. Пробні екземпляри вже проходять випробування на комунальних підприємствах США. Масове виробництво планується розгорнути на потужностях Gigafactory.