NiMH baterije: što su to?

od kim Ažurirano: Srpanj 9, 2022

Što su NiMH baterije? Nikal-metal-hidridne baterije vrsta su punjive baterije. Koriste se u mnogo različitih uređaja, od automobila do igračaka smartphone.

Imaju puno prednosti u odnosu na druge vrste baterija i zbog toga su prilično popularni. Ali što su oni zapravo?

Povijest NiMH baterija

Izum

Davne 1967. godine, neke su sjajne iskre u istraživačkom centru Battelle-Geneva imale pamet i izumile NiMH bateriju. Temeljio se na mješavini sinteriranih Ti2Ni+TiNi+x legura i NiOOH elektroda. Daimler-Benz i Volkswagen AG uključili su se i sponzorirali razvoj baterije tijekom sljedeća dva desetljeća.

Poboljšanje

U 70-ima je nikal-vodikova baterija komercijalizirana za satelitske aplikacije, a to je potaknulo zanimanje za hidridnu tehnologiju kao alternativu glomaznom skladištenju vodika. Philips Laboratories i francuski CNRS razvili su nove visokoenergetske hibridne legure koje sadrže metale rijetke zemlje za negativnu elektrodu. Ali te legure nisu bile stabilne u alkalnom elektrolitu, pa nisu bile prikladne za široku upotrebu.

Proboj

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

Ocjena potrošača

Godine 1989. postale su dostupne prve NiMH ćelije za široku potrošnju, a 1998. Ovonic Battery Co. je poboljšao strukturu i sastav legure Ti–Ni i patentirao svoje inovacije. Do 2008. u svijetu je proizvedeno više od dva milijuna hibridnih automobila s NiMH baterijama.

Popularnost

U Europskoj uniji NiMH baterije zamijenile su Ni–Cd baterije za prijenosnu potrošnju. U Japanu je 2010. 22% prodanih prijenosnih punjivih baterija bilo NiMH, au Švicarskoj 2009. ekvivalentna statistika bila je oko 60%. No taj je postotak s vremenom pao zbog povećanja proizvodnje litij-ionskih baterija.

Budućnost

U 2015. BASF je proizveo modificiranu mikrostrukturu koja je NiMH baterije učinila izdržljivijima, dopuštajući promjene u dizajnu ćelija koje su znatno uštedjele na težini i povećale specifičnu energiju na 140 watt-sati po kilogramu. Dakle, budućnost NiMH baterija izgleda svijetlo!

Kemija iza nikal-metal hidridnih baterija

Što je elektrokemija?

Elektrokemija je proučavanje odnosa između elektriciteta i kemijskih reakcija. To je znanost koja stoji iza baterija i tako rade nikal-metal-hidridne (NiMH) baterije.

Reakcije unutar NiMH baterije

NiMH baterije se sastoje od dvije elektrode, pozitivne i negativne. Reakcije koje se događaju unutar baterije su ono što omogućuje njen rad. Evo što se događa:

• Na negativnoj elektrodi, voda i metal spajaju se s elektronom i formiraju OH- i metalni hidrid.
• Na pozitivnoj elektrodi, nikal oksihidroksid nastaje kada se nikal hidroksid i OH- spoje s elektronom.
• Tijekom punjenja reakcije se kreću slijeva nadesno. Tijekom pražnjenja, reakcije se kreću s desna na lijevo.

Komponente NiMH baterije

Negativna elektroda NiMH baterije sastoji se od intermetalnog spoja. Najčešći tip je AB5, koji je mješavina elemenata rijetke zemlje poput lantana, cerija, neodimija i prazeodimija, u kombinaciji s niklom, kobaltom, manganom ili aluminijem.

Neke NiMH baterije koriste materijale negativne elektrode većeg kapaciteta temeljene na spojevima AB2, koji su titan ili vanadij u kombinaciji s cirkonijem ili niklom, te modificirani kromom, kobaltom, željezom ili manganom.

Elektrolit u NiMH bateriji je obično kalijev hidroksid, a pozitivna elektroda je nikal hidroksid. Negativna elektroda je vodik u obliku intersticijalnog metal hidrida. Za odvajanje se koristi netkani poliolefin.

Dakle, eto vam ga! Sada znate kemiju iza NiMH baterija.

Što je bipolarna baterija?

Što čini bipolarne baterije jedinstvenima?

Bipolarne baterije se malo razlikuju od vaših standardnih baterija. Koriste čvrsti polimer membranski gel separator, koji pomaže u sprječavanju kratkih spojeva u sustavima s tekućim elektrolitom. To ih čini izvrsnim izborom za električna vozila, jer mogu pohraniti puno energije i čuvati je sigurnom.

Zašto bih trebao brinuti o bipolarnim baterijama?

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

• Dizajnirani su za sprječavanje kratkih spojeva u sustavima s tekućim elektrolitom.
• Mogu pohraniti puno energije, što ih čini idealnim za električna vozila.
• Postaju sve popularniji, tako da možete biti sigurni da dobivate kvalitetan proizvod.

Sigurno punjenje vaših NiMH baterija

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 mjerača vremena.
• Nemojte puniti duže od 10-20 sati.
• Upotrijebite kratkotrajno punjenje na C/300 ako trebate održavati svoje ćelije u potpuno napunjenom stanju.
• Upotrijebite pristup s nižim radnim ciklusom kako biste nadoknadili prirodno samopražnjenje.

ΔV način punjenja

Kako bi spriječili oštećenje ćelija, 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 postane nula.
• Koristite strujni krug punjenja konstantnom strujom.
• Prekinite punjenje kada napon padne 5-10 mV po ćeliji od vršnog napona.

ΔT način punjenja

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

• Koristite strujni krug punjenja konstantnom strujom.
• Pratite brzinu porasta temperature i zaustavite se kada dosegne 1 °C u minuti.
• Koristite apsolutnu graničnu temperaturu na 60 °C.
• Nakon početnog brzog punjenja slijedi period punjenja.

Sigurnosni savjeti

Kako biste zaštitili svoje stanice, evo nekoliko stvari koje morate imati na umu:

• Upotrijebite resetirajući osigurač u seriji s ćelijom, posebno tipa bimetalne trake.
• Moderne NiMH ćelije sadrže katalizatore za rukovanje plinovima nastalim prekomjernim punjenjem.
• Nemojte koristiti struju punjenja veću od 0.1 C.

Što je pražnjenje u punjivim baterijama?

Što je pražnjenje?

Pražnjenje je proces u kojem punjiva baterija oslobađa energiju. Kada se baterija isprazni, oslobađa prosječno 1.25 volti po ćeliji, što zatim opada na oko 1.0-1.1 volti po ćeliji.

Kakav je utjecaj pražnjenja?

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

• Potpuno pražnjenje paketa s više ćelija može uzrokovati obrnuti polaritet u jednoj ili više ćelija, što ih može trajno oštetiti.
• Isključivanja praga niskog napona mogu uzrokovati nepovratna oštećenja kada ćelije variraju u temperaturi.
• Stopa samopražnjenja uvelike varira s temperaturom, pri čemu niža temperatura skladištenja dovodi do sporijeg pražnjenja i duljeg vijeka trajanja baterije.

Kako poboljšati samopražnjenje?

Postoji nekoliko načina za poboljšanje samopražnjenja u punjivim baterijama:

• Koristite sulfonirani separator za uklanjanje spojeva koji sadrže N.
• Koristite PP separator s cijepljenom akrilnom kiselinom kako biste smanjili stvaranje Al- i Mn-krhotina 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 bakar kako biste smanjili mikro-kratki spoj.
• Koristite PTFE premaz na pozitivnoj elektrodi za suzbijanje korozije.

Usporedba NiMH baterija s drugim vrstama

NiMH ćelije u odnosu na primarne baterije

NiMH ćelije najbolji su izbor za uređaje s velikom potrošnjom energije, poput digitalnih Kamere, jer traju duže od primarnih baterija poput alkalnih. Evo zašto:

• NiMH ćelije imaju niži unutarnji otpor, što znači da mogu podnijeti veće strujne zahtjeve bez gubitka kapaciteta.
• Alkalne baterije veličine AA nude kapacitet od 2600 mAh pri maloj potrošnji struje (25 mA), ali kapacitet od samo 1300 mAh uz opterećenje od 500 mA.
• NiMH ćelije mogu isporučiti ove trenutne razine bez gubitka kapaciteta.

NiMH ćelije u odnosu na litij-ionske baterije

Litij-ionske baterije imaju veću specifičnu energiju od NiMH baterija, ali su puno skuplje. Osim toga, proizvode viši napon (3.2–3.7 V nominalno), tako da vam je potreban sklop za smanjenje napona ako ih želite koristiti kao zamjenu za alkalne baterije.

Tržišni udio NiMH baterija

Od 2005. NiMH baterije činile su 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 pravi su izbor ako tražite pouzdan i snažan izvor energije. Obično se koriste u AA baterijama i imaju nominalni kapacitet punjenja od 1.1-2.8 Ah pri 1.2 V. Osim toga, mogu upravljati 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 modelima General Motors EV1, Toyota RAV4 EV, Honda EV Plus, Ford Ranger EV, Vectrix skuter, Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid i Honda Civic Hybrid.

Izum NiMH baterije

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

Patentno opterećenje NiMH baterija

U listopadu 2000. patent je prodan Texacu, a tjedan dana kasnije Texaco je kupio Chevron. Chevronova podružnica Cobasys isporučuje ove baterije samo velikim OEM narudžbama. Ovo je stvorilo patentno opterećenje za velike automobilske NiMH baterije.

Dakle, ako tražite pouzdan i snažan izvor energije, NiMH baterije su pravi izbor. Godinama se koriste u električnim i hibridno-električnim vozilima i još uvijek su jaki. Osim toga, s izumom NiMH baterije, možete biti sigurni da dobivate proizvod najbolje kvalitete. Pa što čekaš? Nabavite svoje NiMH baterije danas!

Što su nikal-kadmijeve (NiCAD) baterije?

Prvu NiCad bateriju na svijetu izumio je švedski znanstvenik davne 1899. godine, a od tada je bilo dosta poboljšanja. Dakle, od čega su napravljene ove baterije?

Komponente

NiCAD baterije se sastoje od:

• Ploča pozitivne elektrode nikal(III) oksid-hidroksid
• Kadmijeva negativna elektrodna ploča
• Razdjelnik
• Elektrolit kalijev hidroksid

Koristi

NiCAD baterije se koriste u velikom broju proizvoda, kao što su:

• igračke
• Hitna rasvjeta
• Medicinska oprema
• Komercijalni i industrijski proizvodi
• Električni brijači
• Dvosmjerni radio uređaji
• Električni alati

Prednosti

NiCAD baterije imaju mnogo prednosti, kao što su:

• Brzo se pune i lako se pune
• Lako ih je skladištiti i slati
• Mogu podnijeti veliki broj punjenja
• No, oni sadrže otrovne metale koji mogu biti štetni za okoliš

Dakle, eto, NiCAD baterije su sjajan način da napajate svoje gadgete i gizmo uređaje, ali samo ih odložite na pravilan način kada završite!

Sve što trebate znati o NiMH baterijama

NiMH baterije su nova djeca u svijetu, razvijene u kasnim 1960-ima i usavršene u kasnim 1980-ima. Ali što su oni i zašto bi vas trebalo zanimati? Pogledajmo!

Što je u NiMH bateriji?

NiMH baterije se sastoje od četiri glavne komponente:

• Ploča pozitivne elektrode nikal hidroksida
• Ploča negativne elektrode vodikovih iona
• Razdjelnik
• Alkalni elektrolit poput kalijevog hidroksida

Gdje se koriste NiMH baterije?

NiMH baterije se koriste u raznim proizvodima, od automobilskih baterija do medicinskih instrumenata, pagera, mobitela, kamkordera, digitalnih kamera, električnih četkica za zube itd.

Koje su prednosti NiMH baterija?

NiMH baterije dolaze s mnoštvom pogodnosti:

• Veliki kapacitet u usporedbi s drugim punjivim baterijama
• Otporan na prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje
• Ekološki prihvatljiv: nema opasnih kemikalija poput kadmija, žive ili olova
• Prekinite struju iznenada, umjesto da polako curi prema dolje

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

Litij vs NiMH baterije: Koja je razlika?

Koje su najbolje primjene za NiMH baterije?

Tražite li bateriju koja neće pokvariti banku? NiMH baterije su prava stvar! Ovi su paketi savršeni za aplikacije koje ne zahtijevaju super visoku gustoću energije, poput mobitela, medicinskih uređaja i električnih vozila. Osim toga, ne morate brinuti o mogućim opasnostima povezanim s proizvodima od litija.

NiMH baterije se ne prazne same od sebe i sklone su efektu memorije?

NiMH baterije prisutne su od ranih 1970-ih i imaju dobru sigurnost i pouzdanost. Iako im nije potreban složeni sustav upravljanja baterijama (BMS) kao što je to slučaj s litijevim baterijama, svejedno možete nabaviti BMS za svoj NiMH paket kako bi duže trajao i komunicirao s vašim uređajem. I ne brinite, NiMH baterije se ne prazne same niti pate od efekta pamćenja.

Hoće li NiMH baterije trajati jednako dugo kao litijeve baterije?

NiMH baterije imaju dobar vijek trajanja, ali ne traju toliko dugo kao litijeve baterije. Međutim, i dalje su izvrsna opcija ako tražite isplativo rješenje.

Treba li kućište za NiMH prilagođeni paket baterija ventilirati slično litij kemiji?

Ne, NiMH baterijama nije potrebna ventilacija kao litij kemiji.

Trebam li stvarno BMS za NiMH bateriju?

Ne, ne trebate BMS za svoju NiMH bateriju, ali može biti od pomoći. BMS može pomoći da vaša baterija traje dulje i da komunicira s vašim uređajem.

Koja je razlika između NiMH i litija u ukupnoj cijeni i veličini paketa baterija?

Kada se radi o cijeni i veličini, NiMH baterije su pravi izbor! Isplativije su za dizajn i proizvodnju i ne zahtijevaju složeni BMS kao što to zahtijevaju litijeve baterije. Osim toga, ne zauzimaju toliko prostora kao litijeve baterije, tako da ih možete staviti više na isto područje.

Razlike

Nimh baterije vs alkalne

Kad je riječ o NiMH naspram alkalnog, to stvarno ovisi o vašim potrebama. Ako tražite brz i pouzdan izvor energije, onda su punjive NiMH baterije pravi izbor. Mogu trajati i do 5-10 godina, tako da ćete dugoročno uštedjeti hrpu novca. S druge strane, ako trebate bateriju za uređaj s malom potrošnjom energije koja će trajati nekoliko mjeseci, tada su alkalne baterije za jednokratnu upotrebu pravi izbor. Oni su jeftiniji i praktičniji u kratkom roku. Dakle, kada je u pitanju NiMH naspram alkalnog, to stvarno ovisi o vašim potrebama i budžetu.

FAQ

Treba li NiMH baterijama poseban punjač?

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

Koji je nedostatak korištenja ovih NiMH baterija?

Korištenje NiMH baterija može biti neugodno. Skloni su iznenadnom prekidu napajanja kad im ponestane soka, umjesto da polako nestaju. Osim toga, brzo se samoprazne. Dakle, ako ostavite jedan u ladici nekoliko mjeseci, morat ćete ga ponovno napuniti prije nego što ga ponovno možete koristiti. A ako trebate veliku snagu ili pulsirajuća opterećenja, kao na GSM digitalnim mobilnim telefonima, prijenosnim primopredajnicima ili električnim alatima, bolje vam je NiCad baterija. Dakle, ako tražite bateriju koja je pouzdana i dugotrajna, možda biste trebali potražiti negdje drugdje.

Je li u redu ostaviti NiMH baterije potpuno napunjene?

Da, potpuno je u redu ostaviti NiMH baterije potpuno napunjene! Zapravo, možete ih čuvati neograničeno dugo i još uvijek će imati dovoljno soka kada budete spremni za upotrebu. Ne morate se brinuti da će s vremenom izgubiti napunjenost. Osim toga, ako ustanovite da su malo pražnjeni, 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 vam mogu trajati do 5 godina, ali sve ovisi o tome kako ih skladištite. Čuvajte ih na suhom mjestu s niskom vlagom, bez korozivnih plinova i na temperaturi od -20°C do +45°C. Ako ih pohranjujete na mjestu s visokom vlagom ili temperaturama ispod -20°C ili iznad +45°C, može doći do rđe i curenja baterije. Dakle, ako želite da vaše NiMH baterije traju, pobrinite se da ih pohranite na pravo mjesto! Osim toga, ako želite da traju još dulje, punite ih barem jednom godišnje kako biste spriječili curenje i propadanje. Dakle, ako dobro brinete o svojim NiMH baterijama, one vam mogu trajati i do 5 godina.

Zaključak

NiMH baterije izvrstan su način za napajanje vaše elektronike i postaju sve popularnije. Pouzdani su, dugotrajni i ekološki prihvatljivi, tako da se možete osjećati dobro dok ih koristite. Osim toga, lako ih je pronaći i relativno su jeftini. Dakle, ako tražite novu bateriju za svoj uređaj, NiMH je izvrstan izbor. Samo ne zaboravite koristiti pravi punjač i ne zaboravite reći “NiMH” uz osmijeh – sigurno će vam dan učiniti malo vedrim!

Bok, ja sam Kim, mama sam i zaljubljenica u stop-motion s iskustvom u stvaranju medija i web razvoju. Imam ogromnu strast prema crtanju i animaciji, a sada naglavačke ronim u stop-motion svijet. Sa svojim blogom dijelim svoja saznanja s vama.