NiMH baterije: šta su one?

by kim Ažurirano: Juli 9, 2022

Šta su NiMH baterije? Nikl-metal hidridne baterije su vrsta punjivih baterija. Koriste se u mnogo različitih uređaja, od automobila do igračaka pametnih telefona.

Imaju mnogo prednosti u odnosu na druge vrste baterija i zbog toga su prilično popularne. Ali šta su oni zapravo?

Istorija NiMH baterija

The Invention

Davne 1967. godine, neke svijetle iskre u Istraživačkom centru Battelle-Geneva izazvale su moždani val i izmislile su NiMH bateriju. Zasnovan je na mješavini sinteriranih Ti2Ni+TiNi+x legura i NiOOH elektroda. Daimler-Benz i Volkswagen AG su se uključili i sponzorirali razvoj baterije u naredne dvije decenije.

The Improvement

Sedamdesetih godina nikl-vodonik baterija je komercijalizovana za satelitske aplikacije, što je izazvalo interesovanje za hidridnu tehnologiju kao alternativu glomaznom skladištenju vodonika. Philips Laboratories i francuski CNRS razvili su nove visokoenergetske hibridne legure koje sadrže rijetke zemne metale za negativnu elektrodu. Ali ove legure nisu bile stabilne u alkalnom elektrolitu, tako da nisu bile prikladne za potrošačku upotrebu.

The Breakthrough

Godine 1987. Willems i Buschow su napravili proboj sa svojim dizajnom baterija, koji je koristio mješavinu La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1. Ova baterija je zadržala 84% svog kapaciteta punjenja nakon 4000 ciklusa punjenja-pražnjenja. Uskoro su razvijene ekonomski isplativije legure koje koriste mišmetal umjesto lantana.

The Consumer Grade

Godine 1989. postale su dostupne prve NiMH ćelije za potrošače, a 1998. godine Ovonic Battery Co. je poboljšao strukturu i sastav legure Ti-Ni i patentirao njihove inovacije. Do 2008. godine, preko dva miliona hibridnih automobila širom svijeta proizvedeno je s NiMH baterijama.

Popularnost

U Evropskoj uniji, NiMH baterije su zamijenile Ni-Cd baterije za prijenosnu potrošnju. U Japanu 2010. godine 22% prodatih prenosivih punjivih baterija bile su NiMH, au Švicarskoj 2009. godine ekvivalentna statistika bila je oko 60%. Ali ovaj procenat je vremenom opao zbog povećanja proizvodnje litijum-jonskih baterija.

Budućnost

2015. godine BASF je proizveo modificiranu mikrostrukturu koja je NiMH baterije učinila izdržljivijim, što je omogućilo promjene u dizajnu ćelija koje su uštedjele značajnu težinu i povećale specifičnu energiju na 140 vat-sati po kilogramu. Dakle, budućnost NiMH baterija izgleda svijetla!

Hemija iza nikl-metal hidridnih baterija

Šta je elektrohemija?

Elektrohemija je proučavanje odnosa između elektriciteta i hemijskih reakcija. To je nauka koja stoji iza baterija, i to je način na koji nikl-metal hidridne (NiMH) baterije rade.

Reakcije unutar NiMH baterije

NiMH baterije se sastoje od dvije elektrode, pozitivne i negativne. Reakcije koje se dešavaju unutar baterije su ono što ga čini da radi. Evo šta se dešava:

• Na negativnoj elektrodi, voda i metal se spajaju s elektronom i formiraju OH- i metalni hidrid.
• Na pozitivnoj elektrodi nastaje nikl oksihidroksid kada se nikl hidroksid i OH- kombinuju sa elektronom.
• Tokom punjenja, reakcije se kreću s lijeva na desno. Tokom pražnjenja, reakcije se kreću s desna na lijevo.

Komponente NiMH baterije

Negativna elektroda NiMH baterije je sastavljena od intermetalnog spoja. Najčešći tip je AB5, koji je mješavina rijetkih zemljanih elemenata poput lantana, cerija, neodimijuma i prazeodima, u kombinaciji s niklom, kobaltom, manganom ili aluminijem.

Neke NiMH baterije koriste materijale negativnih elektroda većeg kapaciteta na bazi AB2 spojeva, koji su titan ili vanadijum u kombinaciji sa cirkonijumom ili niklom, i modifikovani hromom, kobaltom, gvožđem ili manganom.

Elektrolit u NiMH bateriji je obično kalijum hidroksid, a pozitivna elektroda je nikl hidroksid. Negativna elektroda je vodonik u obliku intersticijalnog metalnog hidrida. Za odvajanje se koristi netkani poliolefin.

Dakle, evo ga! Sada znate hemiju iza NiMH baterija.

Šta je bipolarna baterija?

Šta bipolarne baterije čini jedinstvenim?

Bipolarne baterije se malo razlikuju od standardnih baterija. Oni koriste čvrsti polimerni membranski gel separator, koji pomaže u sprječavanju kratkih spojeva u sustavima tekućine i elektrolita. To ih čini odličnim izborom za električna vozila, jer mogu pohraniti mnogo energije i čuvati je.

Zašto bih trebao brinuti o bipolarnim baterijama?

Ako tražite bateriju koja može pohraniti puno energije i čuvati je, onda bi bipolarna baterija mogla biti pravi izbor za vas. Oni postaju sve popularniji za električna vozila, pa ako ste na tržištu za jedno, svakako biste trebali razmisliti o bipolarnoj bateriji. Evo zašto:

• Dizajnirani su da spreče kratke spojeve u sistemima tečnog elektrolita.
• Mogu pohraniti mnogo energije, što ih čini idealnim za električna vozila.
• Postaju sve popularniji, tako da možete biti sigurni da dobijate kvalitetan proizvod.

Sigurno punite NiMH baterije

Brzo punjenje

Kada ste u žurbi i trebate napuniti svoje NiMH ćelije, najbolje je koristiti pametnu bateriju punjač kako biste izbjegli prekomjerno punjenje, koje može oštetiti ćelije. Evo nekoliko savjeta koje treba imati na umu:

• Koristite fiksnu nisku struju, sa ili bez tajmera.
• Ne punite duže od 10-20 sati.
• Upotrijebite protočno punjenje na C/300 ako trebate održati svoje ćelije u potpuno napunjenom stanju.
• Koristite pristup nižeg radnog ciklusa kako biste nadoknadili prirodno samopražnjenje.

ΔV metoda punjenja

Kako bi spriječili oštećenje ćelije, brzi punjači moraju prekinuti svoj ciklus punjenja prije nego što dođe do prekomjernog punjenja. Evo kako to učiniti:

• Pratite promjenu napona s vremenom i zaustavite se kada je baterija potpuno napunjena.
• Pratite promjenu napona u odnosu na vrijeme i zaustavite se kada padne na nulu.
• Koristite strujni krug za punjenje.
• Prekinite punjenje kada napon padne 5-10 mV po ćeliji od vršnog napona.

ΔT metoda punjenja

Ova metoda koristi senzor temperature za otkrivanje kada je baterija puna. Evo šta trebate učiniti:

• Koristite strujni krug za punjenje.
• Pratite brzinu porasta temperature i zaustavite se kada dostigne 1 °C u minuti.
• Koristite apsolutni temperaturni prekid na 60 °C.
• Pratite početno brzo punjenje s periodom punjenja.

Sigurnosni savjeti

Kako bi vaše ćelije bile sigurne, evo nekoliko stvari koje treba imati na umu:

• Koristite osigurač koji se može resetovati u seriji sa ćelijom, posebno tipa bimetalne trake.
• Moderne NiMH ćelije sadrže katalizatore za rukovanje plinovima proizvedenim prekomjernim punjenjem.
• Nemojte koristiti struju punjenja veću od 0.1 C.

Šta je pražnjenje u punjivim baterijama?

Šta je pražnjenje?

Pražnjenje je proces u kojem baterija koja se može puniti oslobađa energiju. Kada se baterija isprazni, ona oslobađa u prosjeku 1.25 volti po ćeliji, koja zatim opada na oko 1.0-1.1 volta po ćeliji.

Kakav je uticaj pražnjenja?

Pražnjenje može imati nekoliko različitih utjecaja na punjivu bateriju. Evo nekih od najčešćih:

• Potpuno pražnjenje višećelijskih paketa može uzrokovati obrnuti polaritet u jednoj ili više ćelija, što ih može trajno oštetiti.
• Isključci na niskom naponskom pragu mogu uzrokovati nepovratna oštećenja kada se ćelije mijenjaju u temperaturi.
• Brzina samopražnjenja uvelike varira s temperaturom, pri čemu niža temperatura skladištenja dovodi do sporijeg pražnjenja i dužeg vijeka trajanja baterije.

Kako poboljšati samopražnjenje?

Postoji nekoliko načina da poboljšate samopražnjenje u punjivim baterijama:

• Koristite sulfonirani separator za uklanjanje spojeva koji sadrže N.
• Upotrijebite PP separator sa cijepljenim akrilnom kiselinom da smanjite stvaranje ostataka Al- i Mn u separatoru.
• Uklonite Co i Mn u A2B7 MH leguri kako biste smanjili stvaranje krhotina u separatoru.
• Povećajte količinu elektrolita kako biste smanjili difuziju vodika u elektrolitu.
• Uklonite komponente koje sadrže Cu kako biste smanjili mikro-kratki spoj.
• Koristite PTFE premaz na pozitivnoj elektrodi za suzbijanje korozije.

Poređenje NiMH baterija sa drugim tipovima

NiMH ćelije u odnosu na primarne baterije

NiMH ćelije su najbolji izbor za uređaje sa visokim trošenjem, poput digitalnih Kamere, jer traju primarne baterije poput alkalnih. Evo zašto:

• NiMH ćelije imaju manji unutrašnji otpor, što znači da mogu podnijeti veće zahtjeve struje bez gubitka kapaciteta.
• Alkalne baterije veličine AA nude kapacitet od 2600 mAh pri niskoj potrošnji struje (25 mA), ali samo 1300 mAh kapaciteta sa opterećenjem od 500 mA.
• NiMH ćelije mogu isporučiti ove trenutne nivoe bez gubitka kapaciteta.

NiMH ćelije u odnosu na litijum-jonske baterije

Litijum-jonske baterije imaju veću specifičnu energiju od NiMH baterija, ali su mnogo skuplje. Osim toga, proizvode veći napon (3.2–3.7 V nominalno), tako da su vam potrebna kola za smanjenje napona ako ih želite koristiti kao zamjenu za alkalne baterije.

Tržišni udio NiMH baterija

Od 2005. godine, NiMH baterije su bile samo 3% tržišta baterija. Ali ako tražite bateriju koja će trajati, oni su pravi izbor!

Snaga NiMH baterija

Ni-MH baterije velike snage

NiMH baterije su pravi izbor ako tražite pouzdan i moćan izvor energije. Obično se koriste u AA baterijama i imaju nominalni kapacitet punjenja od 1.1-2.8 Ah na 1.2 V. Plus, mogu raditi na mnogim uređajima dizajniranim za 1.5 V.

NiMH baterije u električnim i hibridno-električnim vozilima

NiMH baterije se godinama koriste u električnim i hibridno-električnim vozilima. Možete ih pronaći u General Motors EV1, Toyota RAV4 EV, Honda EV Plus, Ford Ranger EV, Vectrix skuteru, Toyoti Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid i Honda Civic Hybrid.

Pronalazak NiMH baterije

Stanford R. Ovshinsky je izumio i patentirao popularno poboljšanje NiMH baterije i osnovao kompaniju Ovonic Battery 1982. General Motors je kupio Ovonicsov patent 1994. i do kasnih 1990-ih, NiMH baterije su se uspješno koristile u mnogim potpuno električnim vozilima.

Patentno opterećenje NiMH baterija

U oktobru 2000. patent je prodan Texaco-u, a nedelju dana kasnije Texaco je kupio Chevron. Chevronova podružnica Cobasys isporučuje ove baterije samo za velike OEM narudžbe. Ovo je stvorilo patentno opterećenje za velike automobilske NiMH baterije.

Dakle, ako tražite pouzdan i moćan izvor energije, NiMH baterije su pravi izbor. Koriste se u električnim i hibridno-električnim vozilima godinama, i još uvijek su jaki. Osim toga, s izumom NiMH baterije, možete biti sigurni da dobijate proizvod najboljeg kvaliteta. Pa, šta čekaš? Nabavite svoje NiMH baterije već danas!

Šta su nikl-kadmijum (NiCAD) baterije?

Prvu NiCad bateriju na svetu izumeo je švedski naučnik daleke 1899. godine i od tada je bilo mnogo poboljšanja. Dakle, od čega su napravljene ove baterije?

komponente

NiCAD baterije se sastoje od:

• Ploča pozitivne elektrode nikl(III) oksid-hidroksid
• Kadmijumska negativna elektrodna ploča
• Separator
• Kalijum hidroksid elektrolit

upotreba

NiCAD baterije se koriste u širokom spektru proizvoda, kao što su:

• igračke
• Rasvjeta u nuždi
• Medicinska oprema
• Komercijalni i industrijski proizvodi
• Električni brijači
• Dvosmjerni radio
• Električni alati

prednosti

NiCAD baterije imaju brojne prednosti, kao što su:

• Brzo se pune i lako se pune
• Lako ih je skladištiti i slati
• Oni mogu podnijeti veliki broj optužbi
• Ali oni sadrže otrovne metale koji mogu biti štetni za okoliš

Dakle, eto ga, NiCAD baterije su odličan način da napajate svoje sprave i sprave, ali samo se pobrinite da ih pravilno odložite kada završite!

Sve što trebate znati o NiMH baterijama

NiMH baterije su nova djeca u bloku, razvijene su kasnih 1960-ih i usavršene kasnih 1980-ih. Ali šta su oni i zašto bi vas bilo briga? Hajde da pogledamo!

Šta je u NiMH bateriji?

NiMH baterije se sastoje od četiri glavne komponente:

• Ploča pozitivne elektrode od nikl hidroksida
• Ploča negativne elektrode s vodikovim jonom
• Separator
• Alkalni elektrolit poput kalijum hidroksida

Gdje se koriste NiMH baterije?

NiMH baterije se koriste u raznim proizvodima, od automobilskih baterija do medicinskih instrumenata, pejdžera, mobilnih telefona, kamkordera, digitalnih fotoaparata, električnih četkica za zube i još mnogo toga.

Koje su prednosti NiMH baterija?

NiMH baterije dolaze sa mnoštvom pogodnosti:

• Veliki kapacitet u odnosu na druge punjive baterije
• Otporan na prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje
• Ekološki prihvatljiv: nema opasnih hemikalija kao što su kadmij, živa ili olovo
• Isključite struju naglo radije nego da polako curi

Dakle, ako tražite pouzdanu, ekološki prihvatljivu bateriju, NiMH je pravi izbor!

Litijumske i NiMH baterije: u čemu je razlika?

Koje su najbolje aplikacije za NiMH baterije?

Tražite li bateriju koja neće pokvariti novac? NiMH baterije su pravi način! Ovi paketi su savršeni za aplikacije koje ne zahtijevaju super visoku gustoću energije, kao što su mobilni telefoni, medicinski uređaji i električna vozila. Osim toga, ne morate brinuti o potencijalnim opasnostima povezanim s litijumskim proizvodima.

Da li se NiMH baterije ne samoprazne i da li su sklone efektu pamćenja?

NiMH baterije postoje od ranih 1970-ih i imaju dobru sigurnost i pouzdanost. Iako im nije potreban složen sistem upravljanja baterijama (BMS) kao što je potrebno litijumskim baterijama, još uvijek možete nabaviti BMS za svoj NiMH paket koji će mu pomoći da traje duže i komunicira s vašim uređajem. I ne brinite, NiMH baterije se ne samoprazne niti pate od memorijskog efekta.

Hoće li NiMH baterije trajati koliko i litijumska baterija?

NiMH baterije imaju dobar radni vek, ali ne traju tako dugo kao litijumske baterije. Međutim, oni su i dalje odlična opcija ako tražite isplativo rješenje.

Da li kućište za NiMH prilagođenu bateriju treba ventilaciju slično litijumskoj hemiji?

Ne, NiMH baterijama nije potrebno odzračivanje poput litijumske hemije.

Da li mi je zaista potreban BMS za NiMH bateriju?

Ne, ne treba vam BMS za vašu NiMH bateriju, ali može biti od pomoći. BMS može pomoći vašem baterijskom paketu da traje duže i komunicira s vašim uređajem.

Koja je razlika u NiMH u odnosu na Lithium u ukupnoj cijeni i veličini baterije?

Kada je riječ o cijeni i veličini, NiMH baterije su pravi način! Oni su isplativiji za dizajn i proizvodnju i ne zahtijevaju složeni BMS kao što to rade litijske baterije. Osim toga, ne zauzimaju toliko prostora kao litijumske baterije, tako da možete staviti više njih u isto područje.

razlike

Nimh baterije vs alkalne

Kada je u pitanju NiMH u odnosu na alkalnu, to zaista zavisi od vaših potreba. Ako tražite brz i pouzdan izvor napajanja, onda su punjive NiMH baterije pravi izbor. Mogu trajati do 5-10 godina, tako da ćete dugoročno uštedjeti tonu novca. S druge strane, ako vam je potrebna baterija za uređaj niske potrošnje koji će trajati nekoliko mjeseci, onda su alkalne baterije za jednokratnu upotrebu pravo rješenje. Kratkoročno su jeftiniji i praktičniji. Dakle, kada je u pitanju NiMH u odnosu na alkalnu, to zaista zavisi od vaših potreba i budžeta.

FAQ

Da li je NiMH baterijama potreban poseban punjač?

Da, NiMH baterijama je potreban poseban punjač! Punjenje NiMH ćelija je malo teže od NiCd ćelija, budući da je napon i pad koji signalizira potpuno punjenje mnogo manji. Ako ih punite NiCd punjačem, riskirate prekomjerno punjenje i oštećenje ćelije, što može dovesti do smanjenja kapaciteta i kraćeg vijeka trajanja. Dakle, ako želite da vaše NiMH baterije traju, pobrinite se da koristite pravi punjač za posao!

Koji je nedostatak korištenja ovih NiMH baterija?

Upotreba NiMH baterija može biti malo naporna. Oni imaju tendenciju da iznenada prekinu struju kada im ponestane soka, umjesto da polako nestaju. Osim toga, brzo se samoprazne. Dakle, ako ga ostavite u fioci nekoliko mjeseci, morat ćete ga napuniti prije nego što ga ponovo možete koristiti. A ako su vam potrebna velika snaga ili impulsna opterećenja, kao na GSM digitalnim mobilnim telefonima, prijenosnim primopredajnicima ili električnim alatima, bolje vam je s NiCad baterijom. Dakle, ako tražite bateriju koja je pouzdana i dugotrajna, možda biste trebali potražiti negdje drugdje.

Da li je u redu ostaviti NiMH baterije potpuno napunjene?

Da, sasvim je u redu ostaviti NiMH baterije potpuno napunjene! U stvari, možete ih čuvati na neodređeno vrijeme i i dalje će imati dovoljno soka kada budete spremni da ih koristite. Nema potrebe da brinete da će vremenom izgubiti naboj. Osim toga, ako otkrijete da su malo niski, samo im dajte nekoliko ciklusa punjenja/pražnjenja i bit će kao novi. Stoga samo naprijed i ostavite te NiMH baterije potpuno napunjene – neće im smetati!

Koliko godina mogu trajati NiMH baterije?

NiMH baterije mogu trajati do 5 godina, ali sve zavisi od načina na koji ih čuvate. Čuvajte ih na suvom mestu sa niskom vlažnošću, bez korozivnih gasova i na temperaturnom opsegu od -20°C do +45°C. Ako ih čuvate na mjestu s visokom vlažnošću ili temperaturama ispod -20°C ili iznad +45°C, mogli biste završiti sa rđom i curenjem baterije. Dakle, ako želite da vaše NiMH baterije traju, pobrinite se da ih skladištite na pravom mjestu! Osim toga, ako želite da traju još duže, punite ih barem jednom godišnje kako biste spriječili curenje i propadanje. Dakle, ako dobro vodite računa o svojim NiMH baterijama, one vam mogu trajati do 5 godina.

zaključak

NiMH baterije su odličan način za napajanje vaše elektronike i postaju sve popularnije. Pouzdani su, dugotrajni i ekološki prihvatljivi, tako da se možete osjećati dobro kada ih koristite. Osim toga, lako ih je pronaći i relativno su jeftini. Dakle, ako tražite novu bateriju za svoj uređaj, NiMH je odličan izbor. Samo ne zaboravite da koristite pravi punjač i ne zaboravite da kažete „NiMH“ sa osmehom – sigurno će vam ulepšati dan!

Zdravo, ja sam Kim, mama i zaljubljenik u stop-motion sa iskustvom u kreiranju medija i web razvoju. Imam ogromnu strast prema crtanju i animaciji, a sada zaranjam glavom u svijet stop-motiona. Sa svojim blogom, dijelim svoja saznanja sa vama.