Bateries NiMH: què són?

per Kim Actualitzat: Juliol 9, 2022

Què són les bateries NiMH? Les bateries de níquel-hidrur metàl·lic són un tipus de bateries recarregables. S'utilitzen en molts dispositius diferents, des de cotxes fins a joguines telèfons intel · ligents.

Tenen molts avantatges respecte a altres tipus de bateries, i per això són bastant populars. Però què són realment?

La història de les bateries NiMH

La Invenció

L'any 1967, algunes espurnes brillants al Centre de Recerca Battelle-Ginebra van tenir una ona cerebral i van inventar la bateria NiMH. Es basava en una barreja d'aliatges sinteritzats Ti2Ni+TiNi+x i elèctrodes de NiOOH. Daimler-Benz i Volkswagen AG es van implicar i van patrocinar el desenvolupament de la bateria durant les dues dècades següents.

La Millora

Als anys 70, la bateria de níquel-hidrogen es va comercialitzar per a aplicacions de satèl·lit, i això va despertar l'interès per la tecnologia d'hidrur com a alternativa a l'emmagatzematge d'hidrogen voluminós. Els laboratoris Philips i el CNRS francès van desenvolupar nous aliatges híbrids d'alta energia que incorporen metalls de terres rares per a l'elèctrode negatiu. Però aquests aliatges no eren estables en l'electròlit alcalí, de manera que no eren adequats per a l'ús dels consumidors.

L'avenç

El 1987, Willems i Buschow van fer un gran avenç amb el seu disseny de bateries, que utilitzava una barreja de La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1. Aquesta bateria va mantenir el 84% de la seva capacitat de càrrega després de 4000 cicles de càrrega i descàrrega. Aviat es van desenvolupar aliatges més viables econòmicament que utilitzaven mischmetal en comptes de lantà.

El grau de consum

L'any 1989, les primeres cèl·lules de NiMH de grau de consum van estar disponibles, i el 1998, Ovonic Battery Co. va millorar l'estructura i la composició de l'aliatge Ti-Ni i va patentar les seves innovacions. El 2008, més de dos milions de cotxes híbrids a tot el món es van fabricar amb bateries de NiMH.

La Popularitat

A la Unió Europea, les bateries de NiMH van substituir les bateries de Ni-Cd per al consumidor portàtil. Al Japó el 2010, el 22% de les bateries recarregables portàtils venudes eren de NiMH, i a Suïssa el 2009, l'estadística equivalent era al voltant del 60%. Però aquest percentatge ha baixat amb el temps a causa de l'augment de la fabricació de bateries d'ions de liti.

El futur

El 2015, BASF va produir una microestructura modificada que va fer que les bateries de NiMH siguin més duradores, permetent canvis en el disseny de la cel·la que van estalviar un pes considerable i van augmentar l'energia específica fins a 140 watts-hora per quilogram. Així que el futur de les bateries NiMH sembla brillant!

La química darrere de les bateries de níquel-hidrur metàl·lic

Què és l'electroquímica?

L'electroquímica és l'estudi de la relació entre l'electricitat i les reaccions químiques. És la ciència darrere de les bateries i és com funcionen les bateries de níquel-hidrur metàl·lic (NiMH).

Les reaccions dins d'una bateria de NiMH

Les bateries NiMH estan formades per dos elèctrodes, un positiu i un negatiu. Les reaccions que es produeixen dins de la bateria són les que la fan funcionar. Aquí teniu el que està passant:

• A l'elèctrode negatiu, l'aigua i un metall es combinen amb un electró per formar un OH- i un hidrur metàl·lic.
• A l'elèctrode positiu, l'oxihidròxid de níquel es forma quan l'hidròxid de níquel i un OH- es combinen amb un electró.
• Durant la càrrega, les reaccions es mouen d'esquerra a dreta. Durant la descàrrega, les reaccions es mouen de dreta a esquerra.

Components d'una bateria NiMH

L'elèctrode negatiu d'una bateria de NiMH està format per un compost intermetàl·lic. El tipus més comú és AB5, que és una barreja d'elements de terres rares com el lantà, el ceri, el neodimi i el praseodimi, combinats amb níquel, cobalt, manganès o alumini.

Algunes bateries de NiMH utilitzen materials d'elèctrodes negatius de major capacitat basats en compostos AB2, que són titani o vanadi combinats amb zirconi o níquel i modificats amb crom, cobalt, ferro o manganès.

L'electròlit d'una bateria de NiMH sol ser hidròxid de potassi i l'elèctrode positiu és hidròxid de níquel. L'elèctrode negatiu és hidrogen en forma d'hidrur metàl·lic intersticial. La poliolefina no teixida s'utilitza per a la separació.

Així que aquí ho tens! Ara ja coneixeu la química darrere de les bateries NiMH.

Què és una bateria bipolar?

Què fa que les bateries bipolars siguin úniques?

Les bateries bipolars són una mica diferents de les vostres bateries estàndard. Utilitzen un separador de gel de membrana de polímer sòlid, que ajuda a evitar que es produeixin curtcircuits en sistemes d'electròlits líquids. Això els converteix en una opció fantàstica per als vehicles elèctrics, ja que poden emmagatzemar molta energia i mantenir-la segura.

Per què m'hauria de preocupar per les bateries bipolars?

Si esteu buscant una bateria que pugui emmagatzemar molta energia i mantenir-la segura, una bateria bipolar pot ser l'opció adequada per a vosaltres. Cada cop són més populars per als vehicles elèctrics, així que si esteu al mercat, hauríeu de considerar una bateria bipolar. Heus aquí per què:

• Estan dissenyats per evitar que es produeixin curtcircuits en sistemes d'electròlits líquids.
• Poden emmagatzemar molta energia, per la qual cosa són ideals per a vehicles elèctrics.
• Cada cop són més populars, de manera que podeu estar segur que rebeu un producte de qualitat.

Carregueu les vostres bateries NiMH amb seguretat

Càrrega ràpida

Quan tens pressa i necessites carregar les teves cèl·lules NiMH, el millor és utilitzar una bateria intel·ligent carregador per evitar la sobrecàrrega, que pot danyar les cèl·lules. Aquí teniu alguns consells a tenir en compte:

• Utilitzeu un corrent baix fix, amb o sense temporitzador.
• No carregueu més de 10-20 hores.
• Utilitzeu una càrrega continua a C/300 si necessiteu mantenir les vostres cèl·lules en un estat completament carregat.
• Utilitzeu un enfocament de cicle de treball més baix per compensar l'autodescàrrega natural.

Mètode de càrrega ΔV

Per evitar danys a les cèl·lules, els carregadors ràpids han d'acabar el seu cicle de càrrega abans que es produeixi una sobrecàrrega. A continuació s'explica com fer-ho:

• Controleu el canvi de tensió amb el temps i atureu-vos quan la bateria estigui completament carregada.
• Monitoritzar el canvi de tensió respecte al temps i aturar-se quan esdevingui zero.
• Utilitzeu un circuit de càrrega de corrent constant.
• Acabeu la càrrega quan la tensió cau entre 5 i 10 mV per cel·la des de la tensió màxima.

Mètode de càrrega ΔT

Aquest mètode utilitza un sensor de temperatura per detectar quan la bateria està plena. Això és el que cal fer:

• Utilitzeu un circuit de càrrega de corrent constant.
• Controleu la velocitat d'augment de la temperatura i atureu-vos quan arribi a 1 °C per minut.
• Utilitzeu un tall de temperatura absolut a 60 °C.
• Seguiu la càrrega ràpida inicial amb un període de càrrega continua.

Consells de seguretat

Per mantenir les vostres cèl·lules segures, aquí teniu algunes coses a tenir en compte:

• Utilitzeu un fusible reiniciable en sèrie amb la cèl·lula, especialment del tipus de banda bimetàl·lica.
• Les cèl·lules modernes de NiMH contenen catalitzadors per gestionar els gasos produïts per la sobrecàrrega.
• No utilitzeu un corrent de càrrega superior a 0.1 C.

Què és la descàrrega de les bateries recarregables?

Què és la descàrrega?

La descàrrega és el procés d'una bateria recarregable que allibera energia. Quan es descarrega una bateria, allibera una mitjana d'1.25 volts per cel·la, que després disminueix a uns 1.0-1.1 volts per cel·la.

Quin és l'impacte de la descàrrega?

La descàrrega pot tenir uns quants impactes diferents en una bateria recarregable. Aquests són alguns dels més comuns:

• La descàrrega completa dels paquets multicel·les pot provocar polaritat inversa en una o més cel·les, que poden danyar-les permanentment.
• Els talls de llindar de baixa tensió poden causar danys irreversibles quan les cèl·lules varien de temperatura.
• La velocitat d'autodescàrrega varia molt amb la temperatura, on la temperatura d'emmagatzematge més baixa fa que la descàrrega sigui més lenta i la durada de la bateria sigui més llarga.

Com millorar l'autodescàrrega?

Hi ha algunes maneres de millorar l'autodescàrrega de les bateries recarregables:

• Utilitzeu un separador sulfonat per eliminar els compostos que contenen N.
• Utilitzeu un separador de PP empeltat amb àcid acrílic per reduir la formació de residus d'Al i Mn al separador.
• Traieu Co i Mn de l'aliatge A2B7 MH per reduir la formació de residus al separador.
• Augmentar la quantitat d'electròlit per reduir la difusió d'hidrogen a l'electròlit.
• Traieu els components que contenen Cu per reduir el micro-curt.
• Utilitzeu un recobriment de PTFE a l'elèctrode positiu per suprimir la corrosió.

Comparació de bateries NiMH amb altres tipus

Cèl·lules NiMH vs. bateries primàries

Les cèl·lules NiMH són l'opció preferida per a dispositius d'alt consum, com ara digitals càmeres, perquè superen les bateries primàries com les alcalines. Heus aquí per què:

• Les cèl·lules NiMH tenen una resistència interna més baixa, el que significa que poden suportar demandes de corrent més altes sense perdre capacitat.
• Les bateries alcalines de mida AA ofereixen una capacitat de 2600 mAh amb una demanda de corrent baixa (25 mA), però només una capacitat de 1300 mAh amb una càrrega de 500 mA.
• Les cèl·lules NiMH poden oferir aquests nivells actuals sense cap pèrdua de capacitat.

Cèl·lules NiMH versus bateries d'ions de liti

Les bateries d'ió de liti tenen una energia específica més alta que les bateries de NiMH, però són molt més cares. A més, produeixen una tensió més alta (3.2-3.7 V nominal), de manera que necessiteu circuits per reduir la tensió si voleu utilitzar-los com a reemplaçament de piles alcalines.

Quota de mercat de bateries NiMH

A partir de 2005, les bateries de NiMH només representaven el 3% del mercat de bateries. Però si busqueu una bateria que duri, són el camí a seguir!

La potència de les bateries NiMH

Bateries Ni-MH d'alta potència

Les bateries NiMH són el camí a seguir si busqueu una font d'energia fiable i potent. S'utilitzen habitualment en bateries AA i tenen una capacitat de càrrega nominal d'1.1-2.8 Ah a 1.2 V. A més, poden utilitzar molts dispositius dissenyats per a 1.5 V.

Bateries NiMH en vehicles elèctrics i híbrids-elèctrics

Les bateries NiMH s'utilitzen des de fa anys en vehicles elèctrics i híbrids-elèctrics. Els podeu trobar a General Motors EV1, Toyota RAV4 EV, Honda EV Plus, Ford Ranger EV, scooter Vectrix, Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid i Honda Civic Hybrid.

La invenció de la bateria NiMH

Stanford R. Ovshinsky va inventar i patentar una millora popular de la bateria de NiMH i va fundar Ovonic Battery Company el 1982. General Motors va comprar la patent d'Ovonics el 1994 i a finals de la dècada de 1990, les bateries de NiMH s'estaven utilitzant amb èxit en molts vehicles totalment elèctrics.

La càrrega de patent de les bateries de NiMH

L'octubre de 2000, la patent va ser venuda a Texaco, i una setmana després Texaco va ser adquirida per Chevron. La filial Cobasys de Chevron ofereix aquestes bateries només a grans comandes OEM. Això va crear una càrrega de patent per a les grans bateries de NiMH d'automòbil.

Per tant, si busqueu una font d'energia fiable i potent, les bateries de NiMH són el camí a seguir. Fa anys que s'utilitzen en vehicles elèctrics i híbrids-elèctrics, i encara continuen amb força. A més, amb la invenció de la bateria NiMH, podeu estar segur que obtindreu el producte de millor qualitat. Aleshores, a què esperes? Aconsegueix les teves bateries NiMH avui!

Què són les bateries de níquel-cadmi (NiCAD)?

La primera bateria de NiCad del món va ser inventada per un científic suec l'any 1899, i des de llavors, hi ha hagut moltes millores. Aleshores, de què estan fetes aquestes bateries?

components

Les bateries NiCAD es componen de:

• Una placa d'elèctrode positiva d'òxid-hidròxid de níquel (III).
• Una placa d'elèctrode negatiu de cadmi
• Un separador
• Un electròlit d'hidròxid de potassi

Usa

Les bateries NiCAD s'utilitzen en una gran varietat de productes, com ara:

• joguines
• Il·luminació d'emergència
• Equip mèdic
• Productes comercials i industrials
• Navalles elèctriques
• Ràdios bidireccionals
• Eines elèctriques

Beneficis

Les bateries NiCAD tenen molts avantatges, com ara:

• Es carreguen ràpidament i són fàcils de carregar
• Són fàcils d'emmagatzemar i enviar
• Poden assumir un gran nombre de càrrecs
• Però sí que contenen metalls tòxics que poden ser nocius per al medi ambient

Així que ja ho teniu, les bateries NiCAD són una manera fantàstica d'engegar els vostres aparells i aparells, però només assegureu-vos de llençar-los correctament quan hàgiu acabat!

Tot el que necessites saber sobre les bateries NiMH

Les bateries de NiMH són els nous nens del bloc, ja que s'han desenvolupat a finals dels anys 1960 i es van perfeccionar a finals dels 1980. Però què són i per què t'hauria de preocupar? Fem una ullada!

Què hi ha en una bateria NiMH?

Les bateries NiMH estan formades per quatre components principals:

• Una placa d'elèctrode positiva d'hidròxid de níquel
• Una placa d'elèctrode negatiu d'ions d'hidrogen
• Un separador
• Un electròlit alcalí com l'hidròxid de potassi

On s'utilitzen les bateries NiMH?

Les bateries de NiMH s'utilitzen en una varietat de productes, des de bateries d'automòbil fins a instruments mèdics, buscapersones, telèfons mòbils, càmeres de vídeo, càmeres digitals, raspalls de dents elèctrics i molt més.

Quins són els avantatges de les bateries NiMH?

Les bateries NiMH tenen molts avantatges:

• Alta capacitat en comparació amb altres bateries recarregables
• Resisteix a la sobrecàrrega i la sobredescàrrega
• Ecològic: no hi ha productes químics perillosos com el cadmi, el mercuri o el plom
• Talleu l'energia de sobte en lloc d'un goteig lent

Així que si busqueu una bateria fiable i ecològica, NiMH és el camí a seguir!

Bateries de liti i NiMH: quina diferència hi ha?

Quines són les millors aplicacions per als paquets de bateries NiMH?

Esteu buscant una bateria que no trenqui el banc? Els paquets de bateries NiMH són el camí a seguir! Aquests paquets són perfectes per a aplicacions que no requereixen una densitat d'energia molt alta, com ara telèfons mòbils, dispositius mèdics i vehicles elèctrics. A més, no us haureu de preocupar pels perills potencials associats als productes de liti.

Les bateries NiMH no es descarreguen automàticament i són propenses a l'efecte memòria?

Les bateries de NiMH existeixen des de principis dels anys 1970 i tenen un bon historial de seguretat i fiabilitat. Tot i que no necessiten un sistema de gestió de bateries (BMS) complex com ho fan les bateries de liti, encara podeu obtenir un BMS per al vostre paquet de NiMH perquè duri més temps i es comuniqui amb el vostre dispositiu. I no us preocupeu, les bateries NiMH no es descarreguen ni pateixen l'efecte memòria.

Duraran les bateries de NiMH tant com una de liti?

Les bateries de NiMH tenen un bon rendiment de cicle de vida, però no duren tant com les bateries de liti. No obstant això, segueixen sent una gran opció si busqueu una solució rendible.

Un recinte per a un paquet de bateries personalitzats NiMH necessita una ventilació semblant a la química del liti?

No, les bateries NiMH no necessiten ventilació com la química de liti.

Realment necessito un BMS per a la bateria NiMH?

No, no necessiteu un BMS per a la vostra bateria NiMH, però pot ser útil. Un BMS pot ajudar a que la bateria duri més i es comuniqui amb el dispositiu.

Quina diferència hi ha entre NiMH i liti en el cost global i la mida de la bateria?

Pel que fa al cost i la mida, els paquets de bateries NiMH són el camí a seguir! Són més rendibles de dissenyar i fabricar, i no requereixen un BMS complex com ho fan les bateries de liti. A més, no ocupen tant espai com les bateries de liti, de manera que en podeu col·locar més a la mateixa zona.

Diferències

Bateries Nimh Vs Alcaline

Quan es tracta de NiMH vs. alcalí, realment depèn de les vostres necessitats. Si busqueu una font d'alimentació ràpida i fiable, les bateries NiMH recarregables són el camí a seguir. Poden durar fins a 5-10 anys, de manera que estalviareu molts diners a la llarga. D'altra banda, si necessiteu una bateria per a un dispositiu de baix consum que duri uns quants mesos, les piles alcalines d'un sol ús són el camí a seguir. Són més barats i més còmodes a curt termini. Per tant, quan es tracta de NiMH vs. alcalí, realment depèn de les vostres necessitats i pressupost.

FAQ

Les bateries NiMH necessiten un carregador especial?

Sí, les bateries NiMH necessiten un carregador especial! La càrrega de cèl·lules NiMH és una mica més complicada que les cèl·lules NiCd, ja que el pic de tensió i la caiguda posterior que indica una càrrega completa és molt més petit. Si els carregueu amb un carregador de NiCd, correu el risc de sobrecarregar i danyar la cèl·lula, cosa que pot provocar una reducció de la capacitat i una vida útil més curta. Per tant, si voleu que les vostres bateries NiMH durin, assegureu-vos d'utilitzar el carregador adequat per a la feina!

Quin és un desavantatge d'utilitzar aquestes bateries NiMH?

L'ús de bateries de NiMH pot ser una mica complicat. Acostumen a tallar l'energia de sobte quan es queden sense suc, en lloc d'esvair-se lentament. A més, s'autodescarreguen ràpidament. Per tant, si en deixeu un en un calaix durant un parell de mesos, haureu de recarregar-lo abans de tornar-lo a utilitzar. I si necessiteu càrregues d'alta potència o polsades, com ara telèfons mòbils digitals GSM, transceptors portàtils o eines elèctriques, us anirà millor amb una bateria NiCad. Per tant, si busqueu una bateria que sigui fiable i de llarga durada, potser voldreu buscar un altre lloc.

Està bé deixar les bateries NiMH completament carregades?

Sí, està totalment bé deixar les bateries NiMH completament carregades! De fet, els pots emmagatzemar indefinidament i encara tindran molt de suc quan estiguis preparat per utilitzar-los. No cal que us preocupeu perquè perdin la seva càrrega amb el pas del temps. A més, si trobeu que són una mica baixos, només heu de donar-los un parell de cicles de càrrega/descàrrega i estaran com a nous. Així que endavant i deixa aquestes bateries NiMH completament carregades: no els importarà!

Quants anys poden durar les bateries NiMH?

Les bateries de NiMH poden durar fins a 5 anys, però tot depèn de com les guardeu. Guardeu-los en un lloc sec, amb poca humitat, sense gasos corrosius i a un rang de temperatures de -20 °C a +45 °C. Si els emmagatzemeu en un lloc amb una humitat elevada o temperatures inferiors a -20 °C o superiors a +45 °C, podeu acabar amb òxid i fuites de la bateria. Per tant, si voleu que les vostres bateries de NiMH durin, assegureu-vos d'emmagatzemar-les al lloc correcte! A més, si voleu que durin encara més, carregueu-los almenys un cop l'any per evitar fuites i deteriorament. Per tant, si cuides bé les teves bateries NiMH, et poden durar fins a 5 anys.

Conclusió

Les bateries de NiMH són una bona manera d'alimentar els vostres aparells electrònics i són cada cop més populars. Són fiables, de llarga durada i respectuosos amb el medi ambient, de manera que us podeu sentir bé utilitzant-los. A més, són fàcils de trobar i relativament econòmics. Per tant, si busqueu una bateria nova per al vostre dispositiu, NiMH és una bona opció. Només recordeu utilitzar el carregador adequat i no oblideu dir "NiMH" amb un somriure: segur que us farà el dia una mica més brillant!

Hola, sóc la Kim, una mare i una entusiasta del stop-motion amb formació en creació de mitjans i desenvolupament web. Tinc una gran passió pel dibuix i l'animació, i ara estic submergint-me de cap en el món del stop-motion. Amb el meu bloc, comparteixo els meus aprenentatges amb vosaltres.