NiMH akkumulátorok: mik ezek?

írta kim Frissítve: Július 9, 2022

Mik azok a NiMH akkumulátorok? A nikkel-fém-hidrid akkumulátorok az újratölthető akkumulátorok egy fajtája. Számos különféle eszközben használják, az autóktól a játékokig okostelefonok.

Rengeteg előnnyel rendelkeznek más típusú akkumulátorokkal szemben, és emiatt nagyon népszerűek. De mik is valójában?

A NiMH akkumulátorok története

A találmány

1967-ben a Battelle-Genfi Kutatóközpont néhány fényes szikrája agyhullámot kapott, és feltalálta a NiMH akkumulátort. Szinterezett Ti2Ni+TiNi+x ötvözetek és NiOOH elektródák keverékén alapult. A Daimler-Benz és a Volkswagen AG részt vett és szponzorálta az akkumulátor fejlesztését a következő két évtizedben.

A Javulás

A 70-es években a nikkel-hidrogén akkumulátort kereskedelmi forgalomba bocsátották műholdas alkalmazásokhoz, és ez felkeltette az érdeklődést a hidridtechnológia iránt, mint a terjedelmes hidrogéntárolás alternatívájaként. A Philips Laboratories és a francia CNRS új, nagy energiájú hibrid ötvözeteket fejlesztett ki, amelyek ritkaföldfémeket tartalmaznak a negatív elektródákhoz. De ezek az ötvözetek nem voltak stabilak lúgos elektrolitban, így fogyasztói használatra nem voltak alkalmasak.

Az áttörés

1987-ben Willems és Buschow áttörést ért el az akkumulátor tervezésével, amely La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1 keveréket használt. Ez az akkumulátor 84 töltési-kisütési ciklus után megtartotta töltési kapacitásának 4000%-át. Hamarosan gazdaságilag életképesebb ötvözeteket fejlesztettek ki, amelyek lantán helyett mischmetalt használnak.

A fogyasztói fokozat

1989-ben megjelentek az első fogyasztói minőségű NiMH cellák, 1998-ban pedig az Ovonic Battery Co. javította a Ti–Ni ötvözet szerkezetét és összetételét, és szabadalmaztatta innovációit. 2008-ra világszerte több mint kétmillió hibrid autót gyártottak NiMH akkumulátorral.

A Népszerűség

Az Európai Unióban NiMH akkumulátorok váltották fel a Ni–Cd akkumulátorokat a hordozható fogyasztói használatra. Japánban 2010-ben az eladott hordozható újratölthető akkumulátorok 22%-a NiMH volt, Svájcban pedig 2009-ben az egyenértékű statisztika 60% körüli volt. Ez a százalékos arány azonban idővel csökkent a lítium-ion akkumulátorok gyártásának növekedése miatt.

A jövő

2015-ben a BASF módosított mikrostruktúrát készített, amely tartósabbá tette a NiMH-akkumulátorokat, lehetővé téve a cella kialakításának olyan változtatásait, amelyek jelentős súlyt takarítottak meg, és kilogrammonként 140 wattórára növelték a fajlagos energiát. A NiMH akkumulátorok jövője tehát fényesnek tűnik!

A nikkel-fémhidrid akkumulátorok mögötti kémia

Mi az elektrokémia?

Az elektrokémia az elektromosság és a kémiai reakciók közötti kapcsolat tanulmányozása. Ez az akkumulátorok mögött rejlő tudomány, és így működnek a nikkel-fémhidrid (NiMH) akkumulátorok.

A NiMH akkumulátor reakciói

A NiMH akkumulátorok két elektródából, egy pozitívból és egy negatívból állnak. Az akkumulátor belsejében fellépő reakciók miatt működik. Íme, mi történik:

• A negatív elektródán a víz és egy fém elektronnal egyesülve OH-t és fémhidridet képez.
• A pozitív elektródán nikkel-oxi-hidroxid képződik, amikor a nikkel-hidroxid és egy OH- egyesül egy elektronnal.
• Töltés közben a reakciók balról jobbra haladnak. A kisütés során a reakciók jobbról balra haladnak.

A NiMH akkumulátor összetevői

A NiMH akkumulátor negatív elektródája intermetallikus vegyületből áll. A leggyakoribb típus az AB5, amely ritkaföldfém elemek, például lantán, cérium, neodímium és prazeodímium keveréke, nikkellel, kobalttal, mangánnal vagy alumíniummal kombinálva.

Egyes NiMH-akkumulátorok nagyobb kapacitású, AB2-vegyületeken alapuló negatív elektród anyagokat használnak, amelyek titán vagy vanádium cirkóniummal vagy nikkellel kombinálva, és krómmal, kobalttal, vassal vagy mangánnal módosítottak.

A NiMH akkumulátor elektrolitja általában kálium-hidroxid, a pozitív elektróda pedig nikkel-hidroxid. A negatív elektród hidrogén intersticiális fémhidrid formájában. A szétválasztáshoz nemszőtt poliolefint használnak.

Szóval megvan! Most már ismeri a NiMH akkumulátorok mögött meghúzódó kémiát.

Mi az a bipoláris akkumulátor?

Mitől egyediek a bipoláris akkumulátorok?

A bipoláris elemek kissé eltérnek a hagyományos akkumulátoroktól. Szilárd polimer membrán gélleválasztót használnak, amely segít megelőzni a rövidzárlatokat a folyékony-elektrolit rendszerekben. Emiatt kiváló választás az elektromos járművekhez, mivel sok energiát tárolhatnak és biztonságban tarthatják.

Miért törődjek a bipoláris akkumulátorokkal?

Ha olyan akkumulátort keres, amely sok energiát képes tárolni és biztonságban tartani, akkor a bipoláris akkumulátor lehet a megfelelő választás az Ön számára. Egyre népszerűbbek az elektromos járművek körében, ezért ha keres egy ilyet, mindenképpen fontolja meg a bipoláris akkumulátor használatát. Íme, miért:

• Úgy tervezték, hogy megakadályozzák a rövidzárlatokat a folyadék-elektrolit rendszerekben.
• Rengeteg energiát képesek tárolni, így ideálisak elektromos járművekhez.
• Egyre népszerűbbek, így biztos lehet benne, hogy minőségi terméket kap.

A NiMH akkumulátorok biztonságos töltése

Gyors töltés

Ha rohan, és fel kell töltenie NiMH celláit, a legjobb, ha intelligens akkumulátort használ töltő hogy elkerülje a túltöltést, ami károsíthatja a cellákat. Íme néhány tipp, amit érdemes szem előtt tartani:

• Használjon rögzített alacsony áramerősséget, időzítővel vagy anélkül.
• Ne töltse 10-20 óránál tovább.
• Használjon C/300 csepegtető töltést, ha celláit teljesen feltöltött állapotban kell tartania.
• A természetes önkisülés ellensúlyozására alkalmazzon alacsonyabb munkaciklusú megközelítést.

ΔV töltési mód

A cellák károsodásának elkerülése érdekében a gyorstöltőknek le kell állítaniuk a töltési ciklusukat, mielőtt túltöltés lépne fel. Íme, hogyan kell csinálni:

• Figyelje a feszültség változását idővel, és állítsa le, ha az akkumulátor teljesen feltöltődött.
• Figyelje a feszültség változását az idő függvényében, és állítsa le, amikor az nullává válik.
• Használjon állandó áramú töltőáramkört.
• A töltést akkor szakítsa meg, ha a feszültség cellánként 5-10 mV-tal csökken a csúcsfeszültségről.

ΔT töltési mód

Ez a módszer egy hőmérséklet-érzékelő segítségével érzékeli, ha az akkumulátor megtelt. A következőket kell tennie:

• Használjon állandó áramú töltőáramkört.
• Figyelje a hőmérséklet-emelkedés sebességét, és állítsa le, ha eléri az 1 °C/perc értéket.
• Használjon abszolút hőmérséklet-lezárást 60 °C-on.
• Kövesse a kezdeti gyorstöltést egy csepptöltési időszakkal.

Biztonsági tanácsok

A sejtjei biztonságának megőrzése érdekében az alábbiakat érdemes szem előtt tartani:

• Használjon visszaállítható biztosítékot sorosan a cellával, különösen a bimetál szalag típusú biztosítékot.
• A modern NiMH cellák katalizátorokat tartalmaznak a túltöltésből származó gázok kezelésére.
• Ne használjon 0.1 C-nál nagyobb töltőáramot.

Mi az a kisütés az újratölthető akkumulátorokban?

Mi az a kisülés?

A kisütés az a folyamat, amikor az újratölthető akkumulátor energiát szabadít fel. Amikor egy akkumulátor lemerül, átlagosan 1.25 voltot szabadít fel cellánként, ami ezután körülbelül 1.0-1.1 voltra csökken.

Mi a kisülés hatása?

A kisütésnek néhány különböző hatása lehet az újratölthető akkumulátorra. Íme néhány a leggyakoribbak közül:

• A többcellás csomagok teljes kisütése fordított polaritást okozhat egy vagy több cellában, ami véglegesen károsíthatja azokat.
• Az alacsony feszültségküszöbű lekapcsolások visszafordíthatatlan károsodást okozhatnak, ha a cellák hőmérséklete változó.
• Az önkisülési sebesség nagymértékben változik a hőmérséklet függvényében, ahol az alacsonyabb tárolási hőmérséklet lassabb kisüléshez és hosszabb akkumulátor-élettartamhoz vezet.

Hogyan javítható az önkisülés?

Számos módja van az újratölthető akkumulátorok önkisülésének javítására:

• Az N-tartalmú vegyületek eltávolításához használjon szulfonált szeparátort.
• Használjon akrilsavval ojtott PP-leválasztót az Al- és Mn-törmelékképződés csökkentésére a szeparátorban.
• Távolítsa el a Co-t és a Mn-t az A2B7 MH ötvözetből, hogy csökkentse a törmelékképződést a szeparátorban.
• Növelje az elektrolit mennyiségét, hogy csökkentse a hidrogén diffúzióját az elektrolitban.
• Távolítsa el a réztartalmú komponenseket, hogy csökkentse a mikrozárlatot.
• Használjon PTFE bevonatot a pozitív elektródán a korrózió elnyomására.

A NiMH akkumulátorok összehasonlítása más típusokkal

NiMH cellák vs. elsődleges akkumulátorok

A NiMH cellák a legjobb választás a nagy fogyasztású eszközökhöz, például a digitálishoz kamerák, mert túlélik az elsődleges elemeket, például az alkáli elemeket. Íme, miért:

• A NiMH cellák kisebb belső ellenállással rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy nagyobb áramigényt is képesek kezelni kapacitásvesztés nélkül.
• Az alkáli AA méretű akkumulátorok 2600 mAh kapacitást kínálnak alacsony áramigény mellett (25 mA), de csak 1300 mAh kapacitást 500 mA terhelés mellett.
• A NiMH cellák kapacitásvesztés nélkül képesek leadni ezeket az áramszinteket.

NiMH cellák kontra lítium-ion akkumulátorok

A lítium-ion akkumulátorok fajlagos energiája magasabb, mint a NiMH akkumulátorok, de sokkal drágábbak. Ráadásul magasabb feszültséget állítanak elő (3.2–3.7 V névleges), ezért szükség van a feszültség csökkentésére szolgáló áramkörre, ha alkáli elemek helyettesítésére szeretné használni őket.

NiMH akkumulátor piaci részesedés

2005-ben a NiMH akkumulátorok az akkumulátorok piacának csak 3%-át képviselték. De ha olyan akkumulátort keres, amely kibírja, akkor ők a megfelelő út!

A NiMH akkumulátorok ereje

Nagy teljesítményű Ni-MH akkumulátorok

A NiMH akkumulátorok a megfelelő út, ha megbízható és hatékony energiaforrást keres. Általában AA akkumulátorokban használják, névleges töltési kapacitásuk pedig 1.1-2.8 Ah 1.2 V-on. Ráadásul számos, 1.5 V-ra tervezett eszközt is működtethetnek.

NiMH akkumulátorok elektromos és hibrid-elektromos járművekben

A NiMH akkumulátorokat évek óta használják elektromos és hibrid-elektromos járművekben. Megtalálhatóak a General Motors EV1, Toyota RAV4 EV, Honda EV Plus, Ford Ranger EV, Vectrix robogó, Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid és Honda Civic Hybrid modellekben.

A NiMH akkumulátor feltalálása

Stanford R. Ovshinsky feltalálta és szabadalmaztatta a NiMH akkumulátor népszerű továbbfejlesztését, és 1982-ben megalapította az Ovonic Battery Company-t. A General Motors 1994-ben megvásárolta az Ovonics szabadalmát, és az 1990-es évek végén a NiMH akkumulátorokat sikeresen használták számos teljesen elektromos járműben.

A NiMH akkumulátorok szabadalmi terhelése

2000 októberében a szabadalmat eladták a Texacónak, majd egy héttel később a Chevron megvásárolta a Texacót. A Chevron Cobasys leányvállalata ezeket az akkumulátorokat csak nagy OEM-megrendelésekre biztosítja. Ez szabadalmi terhet teremtett a nagyméretű autóipari NiMH akkumulátorok számára.

Tehát, ha megbízható és nagy teljesítményű energiaforrást keres, a NiMH akkumulátorok a megfelelő út. Évek óta használják elektromos és hibrid-elektromos járművekben, és még mindig erősek. Ráadásul a NiMH akkumulátor feltalálásával biztos lehet benne, hogy a legjobb minőségű terméket kapja. Mire vársz még? Szerezze be NiMH akkumulátorait még ma!

Mik azok a nikkel-kadmium (NiCAD) akkumulátorok?

A világ első NiCad akkumulátorát egy svéd tudós találta fel még 1899-ben, és azóta rengeteg fejlesztés történt. Tehát miből vannak ezek az akkumulátorok?

alkatrészek

A NiCAD akkumulátorok a következőkből állnak:

• Nikkel(III)-oxid-hidroxid pozitív elektródalemez
• Egy kadmium negatív elektróda lemez
• Egy elválasztó
• Kálium-hidroxid elektrolit

Felhasználás

A NiCAD akkumulátorokat számos termékben használják, mint például:

• Játékok
• Vészvilágítás
• Orvosi felszerelés
• Kereskedelmi és ipari termékek
• Elektromos borotvák
• Kétirányú rádiók
• Elektromos szerszámok

Előnyök

A NiCAD akkumulátoroknak számos előnye van, például:

• Gyorsan feltöltődnek és könnyen tölthetők
• Könnyen tárolhatók és szállíthatók
• Sok töltést tudnak felvenni
• De mérgező fémeket tartalmaznak, amelyek károsak lehetnek a környezetre

Tehát megvan, a NiCAD akkumulátorok nagyszerű lehetőséget kínálnak kütyüi és eszközei áramellátására, de csak ügyeljen arra, hogy megfelelően dobja ki őket, ha végzett!

Minden, amit a NiMH akkumulátorokról tudni kell

A NiMH akkumulátorok a blokk új gyerekei, amelyeket az 1960-as évek végén fejlesztettek ki, és az 1980-as évek végén tökéletesítették őket. De mik ezek, és miért kell foglalkozni vele? Lássuk!

Mi van a NiMH akkumulátorban?

A NiMH akkumulátorok négy fő összetevőből állnak:

• Nikkel-hidroxid pozitív elektródalemez
• Egy hidrogénion negatív elektróda lemez
• Egy elválasztó
• Lúgos elektrolit, mint a kálium-hidroxid

Hol használják a NiMH akkumulátorokat?

A NiMH akkumulátorokat számos termékben használják, az autóakkumulátoroktól az orvosi műszerekig, személyhívókig, mobiltelefonok, videokamerák, digitális fényképezőgépek, elektromos fogkefék stb.

Mik a NiMH akkumulátorok előnyei?

A NiMH akkumulátorok rengeteg előnnyel rendelkeznek:

• Nagy kapacitású a többi újratölthető akkumulátorhoz képest
• Ellenáll a túltöltésnek és a túltöltésnek
• Környezetbarát: nem tartalmaz olyan veszélyes vegyszereket, mint a kadmium, higany vagy ólom
• Inkább hirtelen vágja le az áramot, mint egy lassú lefolyást

Tehát ha megbízható, környezetbarát akkumulátort keres, a NiMH a megfelelő út!

Lítium vs NiMH akkumulátorok: mi a különbség?

Melyek a legjobb alkalmazások NiMH akkumulátorokhoz?

Olyan akkumulátort keres, amely nem fogja feltörni a pénzt? A NiMH akkumulátorcsomagok a megfelelőek! Ezek a csomagok tökéletesek olyan alkalmazásokhoz, amelyek nem igényelnek rendkívül nagy energiasűrűséget, például mobiltelefonokhoz, orvosi eszközökhöz és elektromos járművekhez. Ráadásul nem kell aggódnia a lítiumtermékekkel kapcsolatos lehetséges veszélyek miatt.

A NiMH-akkumulátorok nem merülnek le önmagukban, és hajlamosak a memóriaeffektusra?

A NiMH akkumulátorok az 1970-es évek eleje óta léteznek, és jó biztonsági és megbízhatósági rekordokat mutatnak be. Noha nincs szükségük olyan összetett akkumulátor-kezelő rendszerre (BMS), mint a lítium akkumulátoroknak, továbbra is beszerezhet BMS-t NiMH-csomagjához, hogy tovább tartson, és kommunikáljon az eszközzel. És ne aggódjon, a NiMH akkumulátorok nem merülnek le önmagukban, és nem szenvednek a memóriaeffektustól.

A NiMH akkumulátorok olyan sokáig bírják, mint a lítium akkumulátorok?

A NiMH akkumulátorok élettartama jó, de nem bírja annyi ideig, mint a lítium akkumulátorok. Mindazonáltal továbbra is nagyszerű választás, ha költséghatékony megoldást keres.

Szükséges-e a lítium-kémiához hasonló szellőztetés az egyedi NiMH-akkumulátorokhoz?

Nem, a NiMH-akkumulátorokat nem kell szellőztetni, mint a lítium-kémia.

Valóban szükségem van BMS-re NiMH akkumulátorcsomaghoz?

Nem, nincs szüksége BMS-re a NiMH akkumulátorcsomaghoz, de hasznos lehet. A BMS segítségével az akkumulátor hosszabb ideig működik, és kommunikálhat az eszközzel.

Mi a különbség a NiMH és a lítium között az összköltség és az akkumulátor méret tekintetében?

Ami a költségeket és a méretet illeti, a NiMH akkumulátorok a megfelelőek! Tervezésük és gyártásuk költséghatékonyabb, és nincs szükségük olyan összetett BMS-re, mint a lítium akkumulátorokhoz. Ráadásul nem foglalnak annyi helyet, mint a lítium akkumulátorok, így több is elfér belőlük ugyanazon a helyen.

Különbségek

Nimh akkumulátorok vs alkáli

Ha a NiMH-ról van szó a lúgossal szemben, az valóban az Ön igényeitől függ. Ha gyors és megbízható áramforrást keres, akkor az újratölthető NiMH akkumulátorok a megfelelő út. Akár 5-10 évig is használhatók, így hosszú távon rengeteg pénzt takaríthat meg. Másrészt, ha olyan akkumulátorra van szüksége egy alacsony fogyasztású készülékhez, amely néhány hónapig kitart, akkor az egyszer használatos alkáli elemek a megfelelő út. Rövid távon olcsóbbak és kényelmesebbek. Tehát, ha a NiMH-ról van szó a lúgossal szemben, az valóban az Ön igényeitől és költségvetésétől függ.

FAQ

A NiMH akkumulátorokhoz speciális töltőre van szükség?

Igen, a NiMH akkumulátorokhoz speciális töltő kell! A NiMH cellák töltése kicsit bonyolultabb, mint a NiCd cellák, mivel a teljes feltöltést jelző feszültségcsúcs és azt követő esés sokkal kisebb. Ha NiCd töltővel tölti őket, fennáll a túltöltés és a cella károsodásának veszélye, ami csökkenti a kapacitást és rövidebb élettartamot. Tehát, ha azt szeretné, hogy NiMH akkumulátorai kitartsanak, győződjön meg arról, hogy a munkához megfelelő töltőt használ!

Mi a hátránya ennek a NiMH akkumulátornak?

A NiMH akkumulátorok használata kissé nehézkes lehet. Hajlamosak hirtelen megszakítani az áramellátást, amikor elfogy a lé, ahelyett, hogy lassan elfogynának. Ráadásul gyorsan önkisülnek. Tehát ha néhány hónapig a fiókban hagyja az egyiket, akkor újra fel kell töltenie, mielőtt újra használhatja. Ha pedig nagy teljesítményű vagy impulzusos terhelésre van szüksége, például GSM digitális mobiltelefonokon, hordozható adó-vevőkre vagy elektromos kéziszerszámokra, jobban jár, ha NiCad akkumulátort használ. Tehát ha megbízható és hosszú élettartamú akkumulátort keres, érdemes máshol keresni.

Rendben van a NiMH akkumulátorokat teljesen feltöltve hagyni?

Igen, teljesen rendben van a NiMH akkumulátorokat teljesen feltöltve hagyni! Valójában korlátlan ideig tárolhatja őket, és még mindig bőven lesz bennük a leve, amikor készen áll a használatra. Nem kell attól tartani, hogy idővel elveszítik a töltésüket. Ráadásul, ha úgy találja, hogy egy kicsit alacsonyak, csak adjon nekik néhány töltési/kisütési ciklust, és újszerűek lesznek. Tehát menjen tovább, és hagyja teljesen feltöltve azokat a NiMH akkumulátorokat – nem bánják!

Hány évig bírják a NiMH akkumulátorok?

A NiMH akkumulátorok akár 5 évig is kitartanak, de minden a tárolási módtól függ. Száraz, alacsony páratartalmú, korrozív gázok nélkül, -20°C és +45°C közötti hőmérséklet-tartományban tárolandó. Ha magas páratartalmú vagy -20°C alatti vagy +45°C feletti hőmérsékletű helyen tárolja őket, rozsdásodhat és kiszivároghat az akkumulátor. Tehát, ha azt szeretné, hogy NiMH akkumulátorai kitartsanak, ügyeljen arra, hogy a megfelelő helyen tárolja őket! Ráadásul, ha azt szeretné, hogy még tovább tartsanak, évente legalább egyszer töltse fel őket, hogy elkerülje a szivárgást és az elhasználódást. Tehát, ha jól vigyáz a NiMH akkumulátoraira, akár 5 évig is kibírják.

Következtetés

A NiMH akkumulátorok nagyszerű lehetőséget kínálnak az elektronika táplálására, és egyre népszerűbbek. Megbízhatóak, hosszú élettartamúak és környezetbarátak, így jól érzi magát használatuk során. Ráadásul könnyen megtalálhatóak és viszonylag olcsók. Tehát, ha új akkumulátort keres készülékéhez, a NiMH nagyszerű választás. Csak ne felejtse el a megfelelő töltőt használni, és ne felejtse el mosolyogva kimondani a „NiMH” kifejezést – ez minden bizonnyal egy kicsit szebbé teszi a napot!

Szia, Kim vagyok, anya és a stop-motion rajongó, médiakészítő és webfejlesztési múlttal. Óriási szenvedélyem van a rajzolás és az animáció iránt, és most fejjel merülök a stop-motion világába. A blogommal megosztom veletek a tanulságaimat.