NiMH батерии: какви са те?

от ким Обновено: Юли 9, 2022

Какво представляват NiMH батериите? Никел-метал хидридните батерии са вид акумулаторна батерия. Те се използват в много различни устройства, от коли до играчки смартфони.

Те имат много предимства пред другите видове батерии и са доста популярни поради това. Но какво всъщност са те?

Историята на NiMH батериите

Изобретението

Още през 1967 г. някои ярки искри в изследователския център Battelle-Geneva имаха мозъчна вълна и изобретиха NiMH батерията. Базиран е на смес от синтеровани Ti2Ni+TiNi+x сплави и NiOOH електроди. Daimler-Benz и Volkswagen AG се включиха и спонсорираха развитието на батерията през следващите две десетилетия.

Подобрението

През 70-те години никел-водородната батерия беше комерсиализирана за сателитни приложения и това предизвика интерес към хидридната технология като алтернатива на обемистото съхранение на водород. Philips Laboratories и френската CNRS разработиха нови високоенергийни хибридни сплави, включващи редкоземни метали за отрицателния електрод. Но тези сплави не са стабилни в алкален електролит, така че не са подходящи за потребителска употреба.

Пробивът

През 1987 г. Willems и Buschow направиха пробив с дизайна на батерията, която използва смес от La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1. Тази батерия запази 84% от капацитета си на зареждане след 4000 цикъла на зареждане-разреждане. Скоро бяха разработени по-икономически жизнеспособни сплави, използващи мишметал вместо лантан.

Потребителски клас

През 1989 г. станаха достъпни първите потребителски клас NiMH клетки, а през 1998 г. Ovonic Battery Co. подобри структурата и състава на Ti-Ni сплавта и патентова своите иновации. До 2008 г. над два милиона хибридни коли по света са произведени с NiMH батерии.

Популярността

В Европейския съюз NiMH батериите замениха Ni–Cd батериите за преносима потребителска употреба. В Япония през 2010 г. 22% от продадените преносими акумулаторни батерии са NiMH, а в Швейцария през 2009 г. еквивалентната статистика е около 60%. Но този процент е намалял с времето поради увеличаването на производството на литиево-йонни батерии.

Бъдещето

През 2015 г. BASF произведе модифицирана микроструктура, която направи NiMH батериите по-издръжливи, което позволи промени в дизайна на клетката, което спести значително тегло и увеличи специфичната енергия до 140 ватчаса на килограм. Така че бъдещето на NiMH батериите изглежда светло!

Химията зад никел-метал хидридните батерии

Какво е електрохимия?

Електрохимията е изследване на връзката между електричеството и химичните реакции. Това е науката зад батериите и това е как работят никел-метал хидридни (NiMH) батерии.

Реакциите вътре в NiMH батерия

NiMH батериите се състоят от два електрода, положителен и отрицателен. Реакциите, които възникват вътре в батерията, са това, което я кара да работи. Ето какво се случва:

• При отрицателния електрод вода и метал се комбинират с електрон, за да образуват OH- и метален хидрид.
• При положителния електрод се образува никелов оксихидроксид, когато никелов хидроксид и OH- се комбинират с електрон.
• По време на зареждането реакциите се движат отляво надясно. По време на разреждането реакциите се движат от дясно на ляво.

Компонентите на NiMH батерия

Отрицателният електрод на NiMH батерия се състои от интерметално съединение. Най-често срещаният тип е AB5, който е смес от редкоземни елементи като лантан, церий, неодим и празеодим, комбинирани с никел, кобалт, манган или алуминий.

Някои NiMH батерии използват отрицателни електродни материали с по-голям капацитет на базата на AB2 съединения, които са титан или ванадий, комбинирани с цирконий или никел и модифицирани с хром, кобалт, желязо или манган.

Електролитът в NiMH батерия обикновено е калиев хидроксид, а положителният електрод е никелов хидроксид. Отрицателният електрод е водород под формата на интерстициален метален хидрид. За разделяне се използва нетъкан полиолефин.

И така, ето го! Вече знаете химията зад NiMH батериите.

Какво е биполярна батерия?

Какво прави биполярните батерии уникални?

Биполярните батерии са малко по-различни от вашите стандартни батерии. Те използват твърд полимерен мембранен гел сепаратор, който помага да се предотврати възникването на късо съединение в течно-електролитни системи. Това ги прави чудесен избор за електрически превозни средства, тъй като могат да съхраняват много енергия и да я пазят в безопасност.

Защо трябва да се грижа за биполярните батерии?

Ако търсите батерия, която може да съхранява много енергия и да я предпазва, тогава биполярната батерия може да е правилният избор за вас. Те стават все по-популярни за електрически превозни средства, така че ако сте на пазара за такъв, определено трябва да помислите за биполярна батерия. Ето защо:

• Те са проектирани да предотвратяват късо съединение в системи с течен електролит.
• Те могат да съхраняват много енергия, което ги прави идеални за електрически превозни средства.
• Те стават все по-популярни, така че можете да сте сигурни, че получавате качествен продукт.

Безопасно зареждане на вашите NiMH батерии

Бързо зареждане

Когато бързате и трябва да заредите вашите NiMH клетки, най-добре е да използвате интелигентна батерия зарядно устройство за да избегнете презареждане, което може да повреди клетките. Ето няколко съвета, които трябва да имате предвид:

• Използвайте фиксиран слаб ток, със или без таймер.
• Не зареждайте повече от 10-20 часа.
• Използвайте бавно зареждане при C/300, ако трябва да поддържате клетките си в напълно заредено състояние.
• Използвайте подход с по-нисък работен цикъл, за да компенсирате естествения саморазряд.

ΔV метод на зареждане

За да предотвратят повреда на клетката, бързите зарядни устройства трябва да прекратят цикъла си на зареждане, преди да настъпи презареждане. Ето как да го направите:

• Следете промяната на напрежението с времето и спрете, когато батерията е напълно заредена.
• Наблюдавайте промяната на напрежението по отношение на времето и спирайте, когато то стане нула.
• Използвайте верига за зареждане с постоянен ток.
• Прекратете зареждането, когато напрежението спадне с 5-10 mV на клетка от пиковото напрежение.

ΔT метод на зареждане

Този метод използва температурен сензор, за да открие кога батерията е пълна. Ето какво трябва да направите:

• Използвайте верига за зареждане с постоянен ток.
• Следете скоростта на повишаване на температурата и спрете, когато достигне 1 °C на минута.
• Използвайте абсолютна граница на температурата при 60 °C.
• Следвайте първоначалното бързо зареждане с период на бавно зареждане.

Съвети за безопасност

За да запазите клетките си в безопасност, ето няколко неща, които трябва да имате предвид:

• Използвайте предпазител, който може да се нулира, последователно с клетката, особено от типа биметална лента.
• Съвременните NiMH клетки съдържат катализатори за справяне с газове, образувани от прекомерно зареждане.
• Не използвайте заряден ток над 0.1 C.

Какво е разряд в акумулаторните батерии?

Какво е освобождаване от отговорност?

Разреждането е процес на освобождаване на енергия от акумулаторна батерия. Когато батерията се разреди, тя освобождава средно 1.25 волта на клетка, което след това намалява до около 1.0-1.1 волта на клетка.

Какво е въздействието на освобождаването от отговорност?

Разреждането може да има няколко различни въздействия върху акумулаторната батерия. Ето някои от най-често срещаните:

• Пълното разреждане на многоклетъчните опаковки може да причини обратна полярност в една или повече клетки, което може да ги повреди трайно.
• Изключванията при нисък праг на напрежение могат да причинят необратими щети, когато температурата на клетките варира.
• Скоростта на саморазреждане варира значително в зависимост от температурата, където по-ниската температура на съхранение води до по-бавно разреждане и по-дълъг живот на батерията.

Как да подобрим саморазреждането?

Има няколко начина за подобряване на саморазреждането на акумулаторните батерии:

• Използвайте сулфониран сепаратор за отстраняване на N-съдържащи съединения.
• Използвайте PP сепаратор с присадена акрилова киселина, за да намалите образуването на остатъци от Al- и Mn в сепаратора.
• Отстранете Co и Mn в сплав A2B7 MH, за да намалите образуването на отломки в сепаратора.
• Увеличете количеството електролит, за да намалите дифузията на водород в електролита.
• Отстранете компонентите, съдържащи Cu, за да намалите микрокъсото съединение.
• Използвайте PTFE покритие върху положителния електрод за потискане на корозията.

Сравнение на NiMH батерии с други типове

NiMH клетки срещу първични батерии

NiMH клетките са предпочитаният избор за устройства с голямо потребление, като цифрови Камери, защото издържат повече от първичните батерии като алкалните. Ето защо:

• NiMH клетките имат по-ниско вътрешно съпротивление, което означава, че могат да се справят с по-високи изисквания за ток, без да губят капацитет.
• Алкалните батерии с размер AA предлагат 2600 mAh капацитет при ниско потребление на ток (25 mA), но само 1300 mAh капацитет при натоварване от 500 mA.
• NiMH клетките могат да доставят тези текущи нива без загуба на капацитет.

NiMH клетки срещу литиево-йонни батерии

Литиево-йонните батерии имат по-висока специфична енергия от NiMH батериите, но са много по-скъпи. Освен това те произвеждат по-високо напрежение (3.2–3.7 V номинално), така че имате нужда от схема за намаляване на напрежението, ако искате да ги използвате като заместител на алкални батерии.

Пазарен дял на NiMH батерии

Към 2005 г. NiMH батериите представляват само 3% от пазара на батерии. Но ако търсите батерия, която ще издържи, те са правилният избор!

Мощността на NiMH батериите

Мощни Ni–MH батерии

NiMH батериите са правилният начин, ако търсите надежден и мощен източник на енергия. Те обикновено се използват в AA батерии и имат номинален капацитет на зареждане от 1.1-2.8 Ah при 1.2 V. Освен това те могат да работят с много устройства, проектирани за 1.5 V.

NiMH батерии в електрически и хибридни електрически превозни средства

NiMH батериите се използват в електрически и хибридно-електрически превозни средства от години. Можете да ги намерите в General Motors EV1, Toyota RAV4 EV, Honda EV Plus, Ford Ranger EV, скутер Vectrix, Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid и Honda Civic Hybrid.

Изобретяването на NiMH батерията

Станфорд Р. Овшински изобретява и патентова популярно подобрение на NiMH батерията и основава Ovonic Battery Company през 1982 г. General Motors закупува патента на Ovonics през 1994 г. и до края на 1990 г. NiMH батериите се използват успешно в много напълно електрически превозни средства.

Патентно обременяване на NiMH батерии

През октомври 2000 г. патентът е продаден на Texaco, а седмица по-късно Texaco е придобит от Chevron. Дъщерното дружество на Chevron Cobasys доставя тези батерии само за големи поръчки на OEM. Това създаде патентна тежест за големи автомобилни NiMH батерии.

Така че, ако търсите надежден и мощен източник на енергия, NiMH батериите са правилният избор. Те се използват в електрически и хибридно-електрически превозни средства от години и все още са силни. Плюс това, с изобретяването на NiMH батерията можете да сте сигурни, че получавате най-качествения продукт. И така, какво чакате? Вземете вашите NiMH батерии днес!

Какво представляват никел-кадмиевите (NiCAD) батерии?

Първата в света NiCad батерия е изобретена от шведски учен през далечната 1899 г. и оттогава има много подобрения. И така, от какво са направени тези батерии?

Компоненти

NiCAD батериите се състоят от:

• Никелов (III) оксид-хидроксид положителен електрод
• Плоча с кадмиев отрицателен електрод
• Разделител
• Електролит от калиев хидроксид

Можете да използвате

NiCAD батериите се използват в голямо разнообразие от продукти, като например:

• Играчки
• Аварийно осветление
• Медицинско оборудване
• Търговски и промишлени продукти
• Електрически самобръсначки
• Двупосочни радиостанции
• Електрически инструменти

Ползи

NiCAD батериите имат много предимства, като например:

• Зареждат се бързо и се зареждат лесно
• Те са лесни за съхранение и транспортиране
• Те могат да поемат голям брой такси
• Но те съдържат токсични метали, които могат да бъдат вредни за околната среда

И така, ето го, NiCAD батериите са чудесен начин да захранвате своите джаджи и gizmos, но просто се уверете, че ги изхвърляте правилно, когато сте готови!

Всичко, което трябва да знаете за NiMH батериите

NiMH батериите са новите деца в света, разработени в края на 1960-те и усъвършенствани в края на 1980-те. Но какви са те и защо трябва да ви интересува? Нека да разгледаме!

Какво има в NiMH батерия?

NiMH батериите се състоят от четири основни компонента:

• Плоча с положителен електрод от никелов хидроксид
• Плоча с отрицателен електрод с водородни йони
• Разделител
• Алкален електролит като калиев хидроксид

Къде се използват NiMH батерии?

NiMH батериите се използват в различни продукти, от автомобилни батерии до медицински инструменти, пейджъри, мобилни телефони, видеокамери, цифрови фотоапарати, електрически четки за зъби и др.

Какви са предимствата на NiMH батериите?

NiMH батериите се предлагат с много предимства:

• Висок капацитет в сравнение с други акумулаторни батерии
• Устойчив на прекомерно зареждане и прекомерно разреждане
• Екологичен: без опасни химикали като кадмий, живак или олово
• Прекъснете захранването внезапно, а не бавно

Така че, ако търсите надеждна, екологична батерия, NiMH е правилният избор!

Литиеви срещу NiMH батерии: Каква е разликата?

Кои са най-добрите приложения за NiMH батерии?

Търсите ли батерия, която няма да разбие банката? NiMH батериите са правилният начин! Тези пакети са идеални за приложения, които не изискват свръхвисока енергийна плътност, като мобилни телефони, медицински устройства и електрически превозни средства. Освен това не е нужно да се тревожите за потенциалните опасности, свързани с литиевите продукти.

NiMH батериите не се саморазреждат и са склонни към ефекта на паметта?

NiMH батериите съществуват от началото на 1970-те години на миналия век и имат добра безопасност и надеждност. Въпреки че те не се нуждаят от сложна система за управление на батерията (BMS), както при литиевите батерии, все пак можете да получите BMS за вашия NiMH пакет, за да му помогнете да издържи по-дълго и да комуникира с вашето устройство. И не се притеснявайте, NiMH батериите не се саморазреждат и не страдат от ефекта на паметта.

Ще издържат ли NiMH батериите толкова дълго, колкото литиевата батерия?

NiMH батериите имат добър жизнен цикъл, но не издържат толкова дълго, колкото литиевите батерии. Въпреки това, те все още са чудесен вариант, ако търсите рентабилно решение.

Нуждае ли се от вентилация, подобна на литиевата химия, за корпус за персонализирана NiMH батерия?

Не, пакетите батерии NiMH не се нуждаят от вентилация като литиевата химия.

Наистина ли имам нужда от BMS за NiMH батерия?

Не, нямате нужда от BMS за вашата NiMH батерия, но може да бъде полезно. BMS може да помогне на вашата батерия да издържи по-дълго и да комуникира с вашето устройство.

Каква е разликата между NiMH и лития в общата цена и размера на батерията?

Когато става въпрос за цена и размер, пакетите батерии NiMH са най-добрият начин! Те са по-рентабилни за проектиране и производство и не изискват сложна BMS, както литиевите батерии. Освен това те не заемат толкова място, колкото литиевите батерии, така че можете да поставите повече от тях на едно и също място.

Разлики

Nimh батерии срещу алкални

Когато става въпрос за NiMH спрямо алкални, това наистина зависи от вашите нужди. Ако търсите бърз и надежден източник на захранване, тогава акумулаторните NiMH батерии са правилният избор. Те могат да издържат до 5-10 години, така че ще спестите много пари в дългосрочен план. От друга страна, ако имате нужда от батерия за устройство с нисък разход, която ще издържи няколко месеца, тогава алкалните батерии за еднократна употреба са правилният начин. Те са по-евтини и по-удобни в краткосрочен план. Така че, когато става дума за NiMH срещу алкални, това наистина зависи от вашите нужди и бюджет.

Често задавани въпроси

Нуждаят ли се NiMH батериите от специално зарядно устройство?

Да, NiMH батериите се нуждаят от специално зарядно! Зареждането на NiMH клетки е малко по-трудно от NiCd клетките, тъй като пикът на напрежението и последващият спад, който сигнализира за пълно зареждане, е много по-малък. Ако ги зареждате с NiCd зарядно устройство, рискувате да презаредите и да повредите клетката, което може да доведе до намален капацитет и по-кратък живот. Така че, ако искате вашите NiMH батерии да издържат, уверете се, че използвате правилното зарядно за тази работа!

Какъв е недостатъкът на използването на тези NiMH батерии?

Използването на NiMH батерии може да бъде малко затруднено. Те са склонни да прекъсват захранването внезапно, когато им свърши ток, вместо бавно да избледняват. Освен това те се саморазреждат бързо. Така че, ако оставите такъв в чекмедже за няколко месеца, ще трябва да го презаредите, преди да можете да го използвате отново. И ако се нуждаете от високомощни или импулсни натоварвания, като GSM цифрови клетъчни телефони, преносими приемо-предаватели или електрически инструменти, по-добре е NiCad батерия. Така че, ако търсите батерия, която е надеждна и издръжлива, може да потърсите другаде.

Добре ли е да оставите NiMH батериите напълно заредени?

Да, напълно е добре да оставите NiMH батериите напълно заредени! Всъщност можете да ги съхранявате за неопределено време и те все още ще имат много сок, когато сте готови да ги използвате. Няма нужда да се притеснявате, че ще загубят заряда си с течение на времето. Плюс това, ако установите, че са малко изтощени, просто им дайте няколко цикъла на зареждане/разреждане и те ще бъдат като нови. Така че давайте и оставете тези NiMH батерии напълно заредени – те няма да имат нищо против!

Колко години могат да издържат NiMH батериите?

NiMH батериите могат да ви издържат до 5 години, но всичко зависи от това как ги съхранявате. Съхранявайте ги на сухо място с ниска влажност, без корозивни газове и при температурен диапазон от -20°C до +45°C. Ако ги съхранявате на място с висока влажност или температури под -20°C или над +45°C, може да получите ръжда и изтичане на батерията. Така че, ако искате вашите NiMH батерии да издържат, уверете се, че ги съхранявате на правилното място! Освен това, ако искате да издържат още по-дълго, зареждайте ги поне веднъж годишно, за да предотвратите изтичане и влошаване. Така че, ако се грижите добре за вашите NiMH батерии, те могат да ви издържат до 5 години.

Заключение

NiMH батериите са чудесен начин за захранване на вашата електроника и стават все по-популярни. Те са надеждни, дълготрайни и екологични, така че можете да се чувствате добре, когато ги използвате. Освен това те са лесни за намиране и са сравнително евтини. Така че, ако търсите нова батерия за вашето устройство, NiMH е чудесен избор. Само не забравяйте да използвате правилното зарядно устройство и не забравяйте да кажете „NiMH“ с усмивка – това със сигурност ще направи деня ви малко по-ярък!

Здравейте, аз съм Ким, майка и ентусиаст на stop-motion с опит в създаването на медии и уеб разработката. Имам огромна страст към рисуването и анимацията и сега се гмуркам с главата напред в света на стоп-кадъра. С моя блог споделям наученото с вас, момчета.