नमस्कार दोस्तों इस लेख में हम जानेंगे कि निकेल-आयरन सेल (Nickel-iron cell) क्या होते हैं? इस प्रकार के की संरचना कैसी होती है? तथा इनकी कार्य प्रणाली के बारे में जानेंगे तथा इससे जुड़े हुए अनेक तथ्यों के बारे में जानेंगे।
निकेल-आयरन सेल | Nickel-iron cell
निकेल-आयरन सेल (Nickel-iron cell) को 1909 में अमेरिकी वैज्ञानिक थॉमस ए में खोज की थी लेकिन एडिसन द्वारा विकसित किया गया था। इसमें लेड-एसिड सेल की तुलना में कम वजन और लंबा जीवन होता है। नतीजतन, ये सेल पोर्टेबल काम के लिए बहुत उपयुक्त हैं। इस सेल का e.m.f. लगभग 1.36 V होता है।
निकेल-आयरन सेल की संरचना | Construction of Nickel-iron cell
जब निकल-लौह सेल (Nickel-iron cell) आवेशित अवस्था में होता है, तो धनात्मक प्लेटों पर सक्रिय पदार्थ Ni(OH)4 होता है, और ऋणात्मक प्लेटों पर लोहा (Fe) होता है। धनात्मक और ऋणात्मक प्लेटों को निकेल-प्लेटेड स्टील कंटेनर में रखा जाता है; कठोर रबर की पट्टियों द्वारा प्लेटों को एक दूसरे से पृथक किया जा रहा है। कंटेनर में KOH (इलेक्ट्रोलाइट) का 21 प्रतिशत घोल होता है जिसमें सेल की क्षमता बढ़ाने के लिए थोड़ी मात्रा में लिथियम हाइड्रेट (LiOH) मिलाया जाता है।
- सकारात्मक प्लेटें Ni(OH)4 से भरे छिद्रित निकल-प्लेटेड स्टील ट्यूब और धातु निकल के फ्लेक्स के रूप में होती हैं; निकल के गुच्छे जोड़ने से सेल का आंतरिक प्रतिरोध कम हो जाता है।
- नेगेटिव प्लेट्स छिद्रित निकेल-प्लेटेड स्टील ट्यूबों के रूप में भी होती हैं जिनमें पाउडर आयरन ऑक्साइड और थोड़ा मर्क्यूरिक ऑक्साइड भरा होता है। मरक्यूरिक ऑक्साइड का उद्देश्य, सेल के आंतरिक प्रतिरोध को कम करना है।
रासायनिक परिवर्तन| Chemical changes
इलेक्ट्रोलाइट (KOH) के अणु K+ और OH– आयनों में वियोजित हो जाते हैं।
KOH ⇾ K+ + OH–
निर्वहन के दौरान, K+ आयन धनात्मक प्लेट (एनोड) की ओर बढ़ते हैं और Ni(OH)4 को घटाकर Ni(OH)2 कर देते हैं। OH– आयन ऋणात्मक प्लेट (कैथोड) की ओर गमन करते हैं और लोहे का ऑक्सीकरण करते हैं। निर्वहन के दौरान रासायनिक परिवर्तनों को निम्नलिखित समीकरणों द्वारा दर्शाया जा सकता है:
धनात्मक प्लेट: Ni(OH)4 + 2K → Ni(OH)2 + 2KOH
ऋणात्मक प्लेट: Fe + 2OH → Fe(OH)2
रिचार्जिंग के दौरान, K+ आयन ऋणात्मक प्लेट (कैथोड) की ओर बढ़ते हैं और OH– आयन धनात्मक प्लेट (एनोड) में जाते हैं, जिससे निम्नलिखित रासायनिक परिवर्तन होते हैं:
धनात्मक प्लेट: Ni(OH)2 + 2OH ⇾Ni(OH)4
ऋणात्मक प्लेट: Fe(OH)2 + 2K ⇾Fe + 2KOH
रासायनिक प्रतिक्रियाएँ के दौरान डिस्चार्जिंग और रिचार्जिंग को एक एकल प्रतिवर्ती समीकरण में निम्नानुसार अभिव्यक्त किया जा सकता है:
Ni(OH)4 + KOH + Fe ⇾ Ni(OH)2 + KOH + Fe(OH)2
उपरोक्त समीकरण से यह देखा जा सकता है कि प्रतिक्रिया में कोई पानी नहीं बनता है, नतीजतन, चार्ज या डिस्चार्जिंग के दौरान इलेक्ट्रोलाइट (KOH) का विशिष्ट गुरुत्व अपरिवर्तित रहता है। इस कारण से, एक निकेल आयरन सेल क्षतिग्रस्त नहीं होता है यदि काफी समय के लिए पूरी तरह से छुट्टी दे दी गई स्थिति में चोरी हो जाती है।
ध्यान दें : चूंकि इलेक्ट्रोलाइट (KOH) चार्ज या डिस्चार्ज के दौरान विशिष्ट गुरुत्व में कोई परिवर्तन नहीं करता है, इसलिए इस सेल के आवेश की स्थिति इलेक्ट्रोलाइट के विशिष्ट गुरुत्व द्वारा निर्धारित नहीं की जा सकती है। इसके बजाय, यह पता लगाने के लिए एक वाल्टमीटर लगाया जाता है कि क्या सेल को उसके रेटेड वोल्टेज तक चार्ज किया जाता है।
बैटरी चार्जिंग परिपथ| Battery charging circuit
चित्र 10.6 बैटरी चार्जिंग सर्किट को दर्शाता है। एक डी.सी. उपयुक्त परिमाण का स्रोत एक रिओस्टेट आर, एमीटर और चार्ज की जाने वाली बैटरी के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है। सुनिश्चित करें कि ध्रुवता सही है Le, d.c का धनात्मक टर्मिनल। स्रोत को बैटरी के धनात्मक टर्मिनल से जोड़ा जाना चाहिए।
चार्जिंग करंट को रिओस्टेट की मदद से आवश्यक मूल्य पर समायोजित किया जाता है। जैसे-जैसे चार्जिंग प्रक्रिया आगे बढ़ती है, बैटरी का टर्मिनल वोल्टेज बढ़ता है लेकिन रिओस्टेट आर के मान को समायोजित करके चार्जिंग करंट को स्थिर रखा जाता है। बैटरी के टर्मिनल वोल्टेज और इलेक्ट्रोलाइट के विशिष्ट गुरुत्व को समय के नियमित अंतराल पर जांचा जाता है।
जब टर्मिनल वोल्टेज बढ़ना बंद हो जाता है, तो इलेक्ट्रोलाइट का विशिष्ट गुरुत्व 1.28 मान तक पहुंच जाता है और प्लेटों में पर्याप्त गैसिंग हो जाती है, बैटरी पूरी तरह से चार्ज हो जाती है। फिर इसे चार्जिंग सर्किट से बाहर निकाल दिया जाता है। पूरी चार्जिंग प्रक्रिया में कई घंटे लग सकते हैं।
चार्जिंग की गणना कैसे करते हैं?
जब बैटरी चार्ज की जा रही हो, तो इसका ई.एम.एफ. लागू वोल्टेज के विरोध में कार्य करता है। लागू वोल्टेज V बैक e.m.f. के खिलाफ एक चार्जिंग करंट (I) भेजता है। Eb बैटरी। इनपुट पावर VI है लेकिन बैटरी को सप्लाई की जा रही पावर EbI है। विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है जो बैटरी में स्टोर हो जाती है;
चार्जिंग धारा, I = (V – Eb)/(R + r)
जहां, R = सर्किट में रिओस्टेट का प्रतिरोध
r = बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध
चार्ज खत्म होने को छोड़कर चार्जिंग करंट को पूरे (R को एडजस्ट करके) स्थिर रखा जाता है।
चार्जिंग के दौरान सावधानियां
चार्जिंग के दौरान निम्नलिखित बातों का ध्यान रखा जा सकता है:-
- जब बैटरी चार्ज की जा रही हो, तो वेंट खुले होने चाहिए ताकि गैसें (H, और 0,) बाहर निकल सकें, अन्यथा मामला क्रैक किया जा सकता है।
- हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का मिश्रण विस्फोटक होता है। इसलिए, इस बात का ध्यान रखा जाना चाहिए कि चार्ज की जा रही बैटरी के पास खुली लौ या जली हुई सिगरेट न रखें।
- चार्जिंग करंट ऐसा होना चाहिए कि बैटरी का तापमान 40 डिग्री सेल्सियस से अधिक न हो और हिंसक गैसिंग न हो। निरंतर चार्जिंग करंट के बजाय, सामान्य अभ्यास बैटरी को टेपर्ड रेट पर चार्ज करना है, यानी पहले उच्च दर पर लेकिन धीरे-धीरे कम दर पर क्योंकि बैटरी पूरी तरह चार्ज हो जाती है।
- चार्ज करने के बाद, गैस और वाष्पीकरण द्वारा पानी के नुकसान की भरपाई के लिए पानी डाला जाना चाहिए। इलेक्ट्रोलाइट का स्तर प्लेटों के शीर्ष से 1 सेमी ऊपर होना चाहिए यदि पानी नहीं डाला जाता है, तो एच, एसओ की अत्यधिक सांद्रता विभाजकों को जला सकती है, जिससे बैटरी को स्थायी नुकसान हो सकता है।