NiMH-batterier: Hvad er de?

af kim Opdateret: Juli 9, 2022

Hvad er NiMH-batterier? Nikkel-metalhydrid-batterier er en type genopladeligt batteri. De bruges i mange forskellige enheder, fra biler til legetøj til smartphones.

De har en masse fordele i forhold til andre typer batterier, og de er ret populære på grund af det. Men hvad er de egentlig?

Historien om NiMH-batterier

Opfindelsen

Tilbage i 1967 fik nogle klare gnister på Battelle-Geneva Research Center en hjernebølge og opfandt NiMH-batteriet. Den var baseret på en blanding af sintrede Ti2Ni+TiNi+x-legeringer og NiOOH-elektroder. Daimler-Benz og Volkswagen AG blev involveret og sponsorerede udviklingen af ​​batteriet i løbet af de næste to årtier.

Forbedringen

I 70'erne blev nikkel-brint-batteriet kommercialiseret til satellitapplikationer, og dette vakte interesse for hydridteknologi som et alternativ til voluminøs brintlagring. Philips Laboratories og Frankrigs CNRS udviklede nye højenergihybridlegeringer, der inkorporerer sjældne jordarters metaller til den negative elektrode. Men disse legeringer var ikke stabile i alkalisk elektrolyt, så de var ikke egnede til forbrugerbrug.

Gennembruddet

I 1987 fik Willems og Buschow et gennembrud med deres batteridesign, som brugte en blanding af La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1. Dette batteri beholdt 84 % af dets opladningskapacitet efter 4000 opladnings-/afladningscyklusser. Mere økonomisk levedygtige legeringer med mischmetal i stedet for lanthan blev hurtigt udviklet.

Forbrugerkarakteren

I 1989 blev de første NiMH-celler i forbrugerkvalitet tilgængelige, og i 1998 forbedrede Ovonic Battery Co. Ti-Ni-legeringens struktur og sammensætning og patenterede deres innovationer. I 2008 blev over to millioner hybridbiler verden over fremstillet med NiMH-batterier.

Populariteten

I Den Europæiske Union erstattede NiMH-batterier Ni-Cd-batterier til bærbare forbrugere. I Japan i 2010 var 22 % af de solgte bærbare genopladelige batterier NiMH, og i Schweiz i 2009 var den tilsvarende statistik omkring 60 %. Men denne procentdel er faldet over tid på grund af stigningen i fremstillingen af ​​lithium-ion-batterier.

Fremtiden

I 2015 producerede BASF en modificeret mikrostruktur, der gjorde NiMH-batterier mere holdbare, hvilket muliggjorde ændringer i celledesignet, der sparede betydelig vægt og øgede den specifikke energi til 140 watt-timer pr. kilogram. Så fremtiden for NiMH-batterier ser lys ud!

Kemien bag nikkel-metalhydrid-batterier

Hvad er elektrokemi?

Elektrokemi er studiet af forholdet mellem elektricitet og kemiske reaktioner. Det er videnskaben bag batterier, og det er sådan, nikkel-metalhydrid (NiMH)-batterier fungerer.

Reaktionerne inde i et NiMH-batteri

NiMH-batterier består af to elektroder, en positiv og en negativ. Det er de reaktioner, der opstår inde i batteriet, der får det til at fungere. Her er hvad der sker:

• Ved den negative elektrode kombineres vand og et metal med en elektron og danner et OH- og et metalhydrid.
• Ved den positive elektrode dannes nikkeloxyhydroxid, når nikkelhydroxid og en OH- kombineres med en elektron.
• Under opladning bevæger reaktionerne sig fra venstre mod højre. Under udskrivningen bevæger reaktionerne sig fra højre mod venstre.

Komponenterne i et NiMH-batteri

Den negative elektrode på et NiMH-batteri består af en intermetallisk forbindelse. Den mest almindelige type er AB5, som er en blanding af sjældne jordarters grundstoffer som lanthan, cerium, neodym og praseodym, kombineret med nikkel, kobolt, mangan eller aluminium.

Nogle NiMH-batterier bruger negative elektrodematerialer med højere kapacitet baseret på AB2-forbindelser, som er titanium eller vanadium kombineret med zirconium eller nikkel og modificeret med krom, kobolt, jern eller mangan.

Elektrolytten i et NiMH-batteri er normalt kaliumhydroxid, og den positive elektrode er nikkelhydroxid. Den negative elektrode er hydrogen i form af et interstitielt metalhydrid. Nonwoven polyolefin bruges til adskillelse.

Så der har du det! Nu kender du kemien bag NiMH-batterier.

Hvad er et bipolært batteri?

Hvad gør bipolære batterier unikke?

Bipolære batterier er lidt anderledes end dine standardbatterier. De bruger en solid polymer membran gelseparator, som hjælper med at forhindre kortslutninger i at ske i væske-elektrolytsystemer. Dette gør dem til et godt valg til elektriske køretøjer, da de kan opbevare en masse energi og holde det sikkert.

Hvorfor skal jeg bekymre mig om bipolære batterier?

Hvis du leder efter et batteri, der kan lagre meget energi og holde det sikkert, så er et bipolært batteri måske det rigtige valg for dig. De bliver mere og mere populære til elektriske køretøjer, så hvis du er på markedet efter et, bør du bestemt overveje et bipolært batteri. Her er hvorfor:

• De er designet til at forhindre kortslutninger i at ske i væske-elektrolytsystemer.
• De kan lagre meget energi, hvilket gør dem ideelle til elektriske køretøjer.
• De bliver stadig mere populære, så du kan være sikker på, at du får et kvalitetsprodukt.

Sikker opladning af dine NiMH-batterier

Hurtig opladning

Når du har travlt og skal oplade dine NiMH-celler, er det bedst at bruge et smart batteri oplader for at undgå overopladning, som kan beskadige celler. Her er nogle tips til at huske på:

• Brug en fast lavstrøm, med eller uden timer.
• Oplad ikke i mere end 10-20 timer.
• Brug en vedligeholdelsesopladning ved C/300, hvis du har brug for at holde dine celler i en fuldt opladet tilstand.
• Brug en lavere arbejdscyklustilgang til at udligne naturlig selvafladning.

ΔV opladningsmetode

For at forhindre celleskader skal hurtigopladere afslutte deres opladningscyklus, før der opstår overopladning. Sådan gør du:

• Overvåg spændingsændringen med tiden og stop, når batteriet er fuldt opladet.
• Overvåg spændingsændringen med hensyn til tid og stop, når den bliver nul.
• Brug et ladekredsløb med konstant strøm.
• Afslut opladningen, når spændingen falder 5-10 mV pr. celle fra spidsspændingen.

ΔT opladningsmetode

Denne metode bruger en temperatursensor til at registrere, hvornår batteriet er fuldt. Her er hvad du skal gøre:

• Brug et ladekredsløb med konstant strøm.
• Overvåg hastigheden af ​​temperaturstigning og stop, når den når 1 °C pr. minut.
• Brug en absolut temperaturafskæring ved 60 °C.
• Følg den indledende hurtigopladning med en periode med vedligeholdelsesopladning.

sikkerhedstips

For at holde dine celler sikre er her et par ting, du skal huske på:

• Brug en nulstillelig sikring i serie med cellen, især af bimetalstrimmeltypen.
• Moderne NiMH-celler indeholder katalysatorer til at håndtere gasser produceret ved overladning.
• Brug ikke en ladestrøm på mere end 0.1 C.

Hvad er afladning i genopladelige batterier?

Hvad er udledning?

Afladning er processen, hvor et genopladeligt batteri frigiver energi. Når et batteri er afladet, frigiver det i gennemsnit 1.25 volt pr. celle, som derefter falder til omkring 1.0-1.1 volt pr. celle.

Hvad er virkningen af ​​udledning?

Afladning kan have nogle forskellige påvirkninger på et genopladeligt batteri. Her er nogle af de mest almindelige:

• Fuldstændig afladning af multicellepakker kan forårsage omvendt polaritet i en eller flere celler, hvilket kan beskadige dem permanent.
• Lavspændingstærskeludkoblinger kan forårsage irreversibel skade, når celler varierer i temperatur.
• Selvafladningshastigheden varierer meget med temperaturen, hvor lavere opbevaringstemperatur fører til langsommere afladning og længere batterilevetid.

Hvordan forbedrer man selvafladning?

Der er et par måder at forbedre selvafladning i genopladelige batterier:

• Brug en sulfoneret separator til at fjerne N-holdige forbindelser.
• Brug en akrylsyrepodet PP-separator for at reducere dannelsen af ​​Al- og Mn-affald i separatoren.
• Fjern Co og Mn i A2B7 MH-legering for at reducere dannelsen af ​​affald i separatoren.
• Forøg mængden af ​​elektrolyt for at reducere hydrogendiffusion i elektrolytten.
• Fjern Cu-holdige komponenter for at reducere mikrokort.
• Brug PTFE-belægning på positiv elektrode for at undertrykke korrosion.

Sammenligning af NiMH-batterier med andre typer

NiMH-celler vs. primære batterier

NiMH-celler er det foretrukne valg for enheder med høj dræning, såsom digitale kameraer, fordi de holder længere end primære batterier som alkaliske. Her er hvorfor:

• NiMH-celler har en lavere indre modstand, hvilket betyder, at de kan håndtere højere strømkrav uden at miste kapacitet.
• Alkaline AA-størrelse batterier tilbyder 2600 mAh kapacitet ved lavt strømbehov (25 mA), men kun 1300 mAh kapacitet med en 500 mA belastning.
• NiMH-celler kan levere disse strømniveauer uden kapacitetstab.

NiMH-celler vs. Lithium-ion-batterier

Lithium-ion-batterier har en højere specifik energi end NiMH-batterier, men de er meget dyrere. Plus, de producerer en højere spænding (3.2-3.7 V nominel), så du har brug for kredsløb til at reducere spændingen, hvis du vil bruge dem som en drop-in erstatning for alkaliske batterier.

Markedsandel for NiMH-batterier

Fra 2005 var NiMH-batterier kun 3 % af batterimarkedet. Men hvis du leder efter et batteri, der holder, er det vejen at gå!

Styrken ved NiMH-batterier

Højeffekt Ni–MH-batterier

NiMH-batterier er vejen at gå, hvis du leder efter en pålidelig og kraftfuld energikilde. De bruges almindeligvis i AA-batterier, og de har en nominel ladekapacitet på 1.1-2.8 Ah ved 1.2 V. Derudover kan de betjene mange enheder designet til 1.5 V.

NiMH-batterier i elektriske og hybrid-elektriske køretøjer

NiMH-batterier har været brugt i elektriske og hybrid-elektriske køretøjer i årevis. Du kan finde dem i General Motors EV1, Toyota RAV4 EV, Honda EV Plus, Ford Ranger EV, Vectrix scooter, Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid og Honda Civic Hybrid.

Opfindelsen af ​​NiMH-batteriet

Stanford R. Ovshinsky opfandt og patenterede en populær forbedring af NiMH-batteriet og grundlagde Ovonic Battery Company i 1982. General Motors købte Ovonics' patent i 1994, og i slutningen af ​​1990'erne blev NiMH-batterier brugt med succes i mange fuldt elektriske køretøjer.

Patentbehæftelsen af ​​NiMH-batterier

I oktober 2000 blev patentet solgt til Texaco, og en uge senere blev Texaco opkøbt af Chevron. Chevrons Cobasys-datterselskab leverer kun disse batterier til store OEM-ordrer. Dette skabte en patentbehæftning for store NiMH-batterier til biler.

Så hvis du leder efter en pålidelig og kraftfuld energikilde, er NiMH-batterier vejen at gå. De har været brugt i elektriske og hybrid-elektriske køretøjer i årevis, og de er stadig i gang. Plus, med opfindelsen af ​​NiMH-batteriet kan du være sikker på, at du får det bedste kvalitetsprodukt. Så hvad venter du på? Få dine NiMH-batterier i dag!

Hvad er nikkel-cadmium (NiCAD) batterier?

Verdens første NiCad-batteri blev opfundet af en svensk videnskabsmand helt tilbage i 1899, og siden da har der været masser af forbedringer. Så hvad er disse batterier lavet af?

komponenter

NiCAD-batterier er sammensat af:

• En nikkel(III)oxid-hydroxid-positiv elektrodeplade
• En cadmium negativ elektrodeplade
• En separator
• En kaliumhydroxidelektrolyt

Du bruger

NiCAD-batterier bruges i en lang række produkter, såsom:

• Legetøj
• Nødbelysning
• Medicinsk udstyr
• Kommercielle og industrielle produkter
• Elektriske barbermaskiner
• To-vejs radioer
• Elværktøjer

Fordele

NiCAD-batterier har masser af fordele, såsom:

• De oplader hurtigt og er nemme at oplade
• De er nemme at opbevare og sende
• De kan tage et stort antal afgifter
• Men de indeholder giftige metaller, der kan være skadelige for miljøet

Så der har du det, NiCAD-batterier er en fantastisk måde at forsyne dine gadgets og dimser på, men sørg bare for at bortskaffe dem korrekt, når du er færdig!

Alt du behøver at vide om NiMH-batterier

NiMH-batterier er de nye børn på blokken, der er blevet udviklet i slutningen af ​​1960'erne og perfektioneret i slutningen af ​​1980'erne. Men hvad er de, og hvorfor skulle du bekymre dig? Lad os se!

Hvad er der i et NiMH-batteri?

NiMH-batterier består af fire hovedkomponenter:

• En nikkelhydroxid positiv elektrodeplade
• En hydrogenion negativ elektrodeplade
• En separator
• En alkalisk elektrolyt som kaliumhydroxid

Hvor bruges NiMH-batterier?

NiMH-batterier bruges i en række produkter, fra bilbatterier til medicinske instrumenter, personsøgere, mobiltelefoner, videokameraer, digitale kameraer, elektriske tandbørster og meget mere.

Hvad er fordelene ved NiMH-batterier?

NiMH-batterier kommer med et væld af fordele:

• Høj kapacitet sammenlignet med andre genopladelige batterier
• Modstår overopladning og overafladning
• Miljøvenlig: ingen farlige kemikalier som cadmium, kviksølv eller bly
• Skær pludselig strøm i stedet for en langsom sive ned

Så hvis du leder efter et pålideligt, miljøvenligt batteri, er NiMH vejen at gå!

Lithium vs NiMH-batterier: Hvad er forskellen?

Hvad er de bedste applikationer til NiMH-batteripakker?

Leder du efter en batteripakke, der ikke sprænger penge? NiMH batteripakker er vejen at gå! Disse pakker er perfekte til applikationer, der ikke kræver en super høj energitæthed, såsom mobiltelefoner, medicinsk udstyr og elektriske køretøjer. Derudover behøver du ikke bekymre dig om de potentielle farer forbundet med lithiumprodukter.

Aflader NiMH-batterier ikke selv og er tilbøjelige til hukommelseseffekten?

NiMH-batterier har eksisteret siden begyndelsen af ​​1970'erne og har en god sikkerhed og pålidelighed. Selvom de ikke har brug for et komplekst Battery Management System (BMS), som lithium-batterier gør, kan du stadig få et BMS til din NiMH-pakke for at hjælpe den med at holde længere og kommunikere med din enhed. Og bare rolig, NiMH-batterier aflades ikke selv eller lider under hukommelseseffekten.

Holder NiMH-batterier lige så længe som et lithium-batteri?

NiMH-batterier har en god cykluslevetid, men de holder ikke så længe som lithium-batterier. Men de er stadig en god mulighed, hvis du leder efter en omkostningseffektiv løsning.

Skal et kabinet til NiMH brugerdefineret batteripakke udluftes svarende til lithiumkemi?

Nej, NiMH-batteripakker behøver ikke udluftning som lithiumkemi.

Har jeg virkelig brug for en BMS til NiMH-batteripakke?

Nej, du behøver ikke et BMS til din NiMH-batteripakke, men det kan være nyttigt. En BMS kan hjælpe din batteripakke med at holde længere og kommunikere med din enhed.

Hvad er forskellen på NiMH vs Lithium i samlede omkostninger og batteripakkestørrelse?

Når det kommer til pris og størrelse, er NiMH-batteripakker vejen at gå! De er mere omkostningseffektive at designe og fremstille, og de kræver ikke en kompleks BMS, som lithium-batterier gør. Derudover fylder de ikke så meget som lithium-batterier, så du kan placere flere af dem i samme område.

Forskelle

Nimh Batterier Vs Alkaline

Når det kommer til NiMH vs. alkalisk, afhænger det virkelig af dine behov. Hvis du leder efter en hurtig og pålidelig strømkilde, så er genopladelige NiMH-batterier vejen at gå. De kan holde op til 5-10 år, så du sparer masser af penge i det lange løb. På den anden side, hvis du har brug for et batteri til en enhed med lav dræning, der holder et par måneder, så er alkaline-batterier til engangsbrug vejen at gå. De er billigere og mere bekvemme på kort sigt. Så når det kommer til NiMH vs. alkalisk, afhænger det virkelig af dine behov og budget.

FAQ

Har NiMH-batterier brug for en speciel oplader?

Ja, NiMH-batterier har brug for en speciel oplader! Opladning af NiMH-celler er en smule vanskeligere end NiCd-celler, da spændingsspidsen og det efterfølgende fald, der signalerer en fuld opladning, er meget mindre. Oplader du dem med en NiCd-oplader, risikerer du at overoplade og beskadige cellen, hvilket kan føre til nedsat kapacitet og kortere levetid. Så hvis du vil have dine NiMH-batterier til at holde, skal du sørge for at bruge den rigtige oplader til jobbet!

Hvad er en ulempe ved at bruge disse NiMH-batterier?

Brug af NiMH-batterier kan være lidt af et træk. De har en tendens til at afbryde strømmen pludseligt, når de løber tør for juice, i stedet for langsomt at forsvinde. Derudover aflader de sig selv hurtigt. Så hvis du efterlader en i en skuffe i et par måneder, bliver du nødt til at genoplade den, før du kan bruge den igen. Og hvis du har brug for høj effekt eller pulserende belastninger, som på digitale GSM-mobiltelefoner, bærbare transceivere eller elværktøj, er du bedre stillet med et NiCad-batteri. Så hvis du leder efter et batteri, der er pålideligt og langtidsholdbart, bør du måske søge andre steder.

Er det OK at lade NiMH-batterier være fuldt opladede?

Ja, det er helt fint at lade NiMH-batterier være fuldt opladede! Faktisk kan du opbevare dem på ubestemt tid, og de vil stadig have masser af juice, når du er klar til at bruge dem. Ingen grund til at bekymre sig om, at de mister deres ladning over tid. Plus, hvis du finder ud af, at de er lidt lave, skal du bare give dem et par opladnings-/afladningscyklusser, og de vil være gode som nye. Så fortsæt og lad disse NiMH-batterier være fuldt opladede – de vil ikke have noget imod det!

Hvor mange år kan NiMH-batterier holde?

NiMH-batterier kan holde dig op til 5 år, men det afhænger helt af, hvordan du opbevarer dem. Opbevar dem på et tørt sted med lav luftfugtighed, ingen ætsende gasser og ved et temperaturområde på -20°C til +45°C. Hvis du opbevarer dem et sted med høj luftfugtighed eller temperaturer under -20°C eller over +45°C, kan du ende med rust og batterilækage. Så hvis du vil have dine NiMH-batterier til at holde, skal du sørge for at opbevare dem det rigtige sted! Plus, hvis du vil have dem til at holde endnu længere, skal du oplade dem mindst en gang om året for at forhindre lækage og forringelse. Så hvis du passer godt på dine NiMH-batterier, kan de holde dig op til 5 år.

Konklusion

NiMH-batterier er en fantastisk måde at drive din elektronik på og bliver stadig mere populære. De er pålidelige, langtidsholdbare og miljøvenlige, så du kan have det godt med at bruge dem. Derudover er de nemme at finde og relativt billige. Så hvis du leder efter et nyt batteri til din enhed, er NiMH et godt valg. Bare husk at bruge den rigtige oplader, og glem ikke at sige "NiMH" med et smil – det vil helt sikkert gøre din dag lidt lysere!

Hej, jeg er Kim, en mor og en stop-motion entusiast med en baggrund i medieskabelse og webudvikling. Jeg har en kæmpe passion for tegning og animation, og nu dykker jeg med hovedet ind i stop-motion-verdenen. Med min blog deler jeg mine erfaringer med jer.