NiMH rafhlöður: hvað eru þær?

eftir kim Uppfært: Júlí 9, 2022

Hvað eru NiMH rafhlöður? Nikkel-málmhýdríð rafhlöður eru tegund af endurhlaðanlegum rafhlöðum. Þau eru notuð í fullt af mismunandi tækjum, allt frá bílum til leikfanga til smartphones.

Þær hafa marga kosti fram yfir aðrar gerðir af rafhlöðum og þær eru ansi vinsælar vegna þess. En hvað eru þeir eiginlega?

Saga NiMH rafhlaðna

Uppfinningin

Árið 1967 komu nokkrir skærir neistar í Battelle-Geneva rannsóknarmiðstöðinni fyrir heilabylgju og fann upp NiMH rafhlöðuna. Það var byggt á blöndu af hertu Ti2Ni+TiNi+x málmblöndur og NiOOH rafskautum. Daimler-Benz og Volkswagen AG tóku þátt og styrktu þróun rafhlöðunnar á næstu tveimur áratugum.

Umbæturnar

Á áttunda áratugnum var nikkel-vetnis rafhlaðan markaðssett fyrir gervihnattanotkun og þetta vakti áhuga á hýdríðtækni sem valkost við fyrirferðarmikla vetnisgeymslu. Philips Laboratories og franska CNRS þróuðu nýja háorku blendinga málmblöndur sem innihalda sjaldgæfa jarðmálma fyrir neikvæða rafskautið. En þessar málmblöndur voru ekki stöðugar í basískum raflausnum, svo þær voru ekki hentugar til notkunar fyrir neytendur.

Byltingin

Árið 1987 slógu Willems og Buschow í gegn með rafhlöðuhönnun sinni, sem notaði blöndu af La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1. Þessi rafhlaða hélt 84% af hleðslugetu sinni eftir 4000 hleðslu- og afhleðslulotur. Efnahagslega hagkvæmari málmblöndur sem nota mischmetal í stað lanthans voru fljótlega þróaðar.

Neytendaeinkunnin

Árið 1989 voru fyrstu NiMH frumurnar í neytendaflokki fáanlegar og árið 1998 bætti Ovonic Battery Co. uppbyggingu og samsetningu Ti-Ni málmblöndunnar og fékk einkaleyfi á nýjungum þeirra. Árið 2008 voru yfir tvær milljónir tvinnbíla um allan heim framleiddar með NiMH rafhlöðum.

Vinsældirnar

Í Evrópusambandinu leystu NiMH rafhlöður af hólmi Ni–Cd rafhlöður fyrir flytjanlegar neytendur. Í Japan árið 2010 voru 22% seldra flytjanlegra endurhlaðanlegra rafhlaðna NiMH og í Sviss árið 2009 var samsvarandi tölfræði um 60%. En þetta hlutfall hefur lækkað með tímanum vegna aukinnar framleiðslu á litíumjónarafhlöðum.

Framtíðin

Árið 2015 framleiddi BASF breytta örbyggingu sem gerði NiMH rafhlöður endingargóðari, sem gerði breytingar á frumuhönnuninni kleift sem sparaði töluverða þyngd og jók sértæka orku í 140 wattstundir á hvert kíló. Þannig að framtíð NiMH rafhlaðna lítur björt út!

Efnafræðin á bak við nikkel-málmhýdríð rafhlöður

Hvað er rafefnafræði?

Rafefnafræði er rannsókn á sambandi raforku og efnahvarfa. Það eru vísindin á bak við rafhlöður og það er hvernig nikkel-málmhýdríð (NiMH) rafhlöður virka.

Viðbrögðin inni í NiMH rafhlöðu

NiMH rafhlöður eru gerðar úr tveimur rafskautum, jákvæðu og neikvæðu. Viðbrögðin sem eiga sér stað inni í rafhlöðunni eru það sem gera það að verkum. Hér er það sem er að gerast:

• Við neikvæða rafskautið sameinast vatn og málmur rafeind og mynda OH- og málmhýdríð.
• Við jákvæða rafskautið myndast nikkeloxýhýdroxíð þegar nikkelhýdroxíð og OH- sameinast rafeind.
• Við hleðslu færast viðbrögðin frá vinstri til hægri. Við losun færast viðbrögðin frá hægri til vinstri.

Íhlutir NiMH rafhlöðu

Neikvætt rafskaut NiMH rafhlöðu er samsett úr millimálmi efnasambandi. Algengasta tegundin er AB5, sem er blanda af sjaldgæfum jarðefnum eins og lanthanum, cerium, neodymium og praseodymium, ásamt nikkeli, kóbalti, mangani eða áli.

Sumar NiMH rafhlöður nota neikvæðar rafskautsefni með meiri afkastagetu sem byggjast á AB2 efnasamböndum, sem eru títan eða vanadíum ásamt sirkon eða nikkel, og breytt með króm, kóbalti, járni eða mangani.

Raflausnin í NiMH rafhlöðu er venjulega kalíumhýdroxíð og jákvæða rafskautið er nikkelhýdroxíð. Neikvæða rafskautið er vetni í formi millivefs málmhýdríðs. Nonwoven pólýólefín er notað til að aðskilja.

Svo þarna hefurðu það! Nú veistu efnafræðina á bak við NiMH rafhlöður.

Hvað er tvískauta rafhlaða?

Hvað gerir tvískauta rafhlöður einstakar?

Tvískauta rafhlöður eru aðeins öðruvísi en venjulegar rafhlöður. Þeir nota fasta fjölliða himnu hlaupskilju, sem hjálpar til við að koma í veg fyrir að skammhlaup verði í vökva-raflausnarkerfum. Þetta gerir þá að frábæru vali fyrir rafbíla, þar sem þeir geta geymt mikla orku og haldið henni öruggum.

Af hverju ætti mér að vera sama um tvískauta rafhlöður?

Ef þú ert að leita að rafhlöðu sem getur geymt mikla orku og haldið henni öruggum, þá gæti tvískauta rafhlaða verið rétti kosturinn fyrir þig. Þeir eru að verða sífellt vinsælli fyrir rafknúin farartæki, svo ef þú ert á markaði fyrir einn, ættir þú örugglega að íhuga tvískauta rafhlöðu. Hér er ástæðan:

• Þau eru hönnuð til að koma í veg fyrir að skammhlaup verði í vökva-raflausnarkerfum.
• Þau geta geymt mikla orku, sem gerir þau tilvalin fyrir rafbíla.
• Þeir verða sífellt vinsælli, svo þú getur verið viss um að þú fáir gæðavöru.

Hlaða NiMH rafhlöðurnar þínar á öruggan hátt

Hraðhleðsla

Þegar þú ert að flýta þér og þarft að hlaða NiMH frumurnar þínar er best að nota snjallrafhlöðu hleðslutæki til að forðast ofhleðslu, sem getur skemmt frumur. Hér eru nokkur ráð til að hafa í huga:

• Notaðu fastan lágstraum, með eða án tímamælis.
• Ekki hlaða í meira en 10-20 klukkustundir.
• Notaðu hleðsluhleðslu við C/300 ef þú þarft að halda frumunum þínum í fullhlaðinum.
• Notaðu lægri vinnulotu til að vega upp á móti náttúrulegri sjálflosun.

ΔV hleðsluaðferð

Til að koma í veg fyrir skemmdir á frumu verða hraðhleðslutæki að slíta hleðsluferli sínum áður en ofhleðsla á sér stað. Svona á að gera það:

• Fylgstu með breytingum á spennu með tímanum og hættu þegar rafhlaðan er fullhlaðin.
• Fylgstu með breytingu á spennu með tilliti til tíma og hættu þegar hún verður núll.
• Notaðu stöðuga hleðslurás.
• Hættu hleðslu þegar spennan fellur 5-10 mV á hverja frumu frá toppspennu.

ΔT hleðsluaðferð

Þessi aðferð notar hitaskynjara til að greina hvenær rafhlaðan er full. Hér er það sem á að gera:

• Notaðu stöðuga hleðslurás.
• Fylgstu með hraða hitahækkunar og stöðvaðu þegar það nær 1 °C á mínútu.
• Notaðu algjört hitastig við 60 °C.
• Fylgdu fyrstu hraðhleðslunni með smá hleðslu.

Ráð um öryggi

Til að halda frumunum þínum öruggum eru hér nokkur atriði sem þarf að hafa í huga:

• Notaðu endurstillanlegt öryggi í röð við klefann, sérstaklega af tvímálmi ræma gerð.
• Nútíma NiMH frumur innihalda hvata til að meðhöndla lofttegundir sem myndast við ofhleðslu.
• Ekki nota meira en 0.1 C hleðslustraum.

Hvað er afhleðsla í endurhlaðanlegum rafhlöðum?

Hvað er útskrift?

Afhleðsla er ferli endurhlaðanlegrar rafhlöðu sem losar orku. Þegar rafhlaða er tæmd losar hún að meðaltali 1.25 volt á frumu, sem lækkar síðan í um 1.0-1.1 volt á frumu.

Hver er áhrif losunar?

Afhleðsla getur haft mismunandi áhrif á endurhlaðanlega rafhlöðu. Hér eru nokkrar af þeim algengustu:

• Algjör losun á fjölfrumupakkningum getur valdið öfugri pólun í einni eða fleiri frumum, sem getur skaðað þær varanlega.
• Lágspennuþröskuldsútföll geta valdið óafturkræfum skemmdum þegar hitastig frumanna er mismunandi.
• Sjálfsafhleðsluhraði er mjög mismunandi eftir hitastigi, þar sem lægra geymsluhitastig leiðir til hægari afhleðslu og lengri endingu rafhlöðunnar.

Hvernig á að bæta sjálfslosun?

Það eru nokkrar leiðir til að bæta sjálfsafhleðslu í endurhlaðanlegum rafhlöðum:

• Notaðu súlfónaða skilju til að fjarlægja efnasambönd sem innihalda N.
• Notaðu akrýlsýrugrædda PP skilju til að draga úr myndun Al- og Mn-rusl í skilju.
• Fjarlægðu Co og Mn í A2B7 MH álfelgur til að draga úr ruslmyndun í skilju.
• Auktu magn raflausnar til að draga úr vetnisdreifingu í raflausn.
• Fjarlægðu íhluti sem innihalda Cu til að draga úr örstutt.
• Notaðu PTFE húðun á jákvæðu rafskautinu til að bæla tæringu.

NiMH rafhlöður eru bornar saman við aðrar gerðir

NiMH frumur vs. Aðalrafhlöður

NiMH frumur eru ákjósanlegur kostur fyrir tæki með mikla afrennsli, eins og stafræn myndavélar, vegna þess að þær endast aðalrafhlöður eins og basískar. Hér er ástæðan:

• NiMH frumur hafa lægri innri viðnám, sem þýðir að þær geta séð um hærri straumþörf án þess að missa getu.
• Alkaline AA rafhlöður í stærð bjóða upp á 2600 mAh afkastagetu við litla straumþörf (25 mA), en aðeins 1300 mAh afkastagetu með 500 mA hleðslu.
• NiMH frumur geta skilað þessum straumstigum án þess að tapa afkastagetu.

NiMH frumur vs. Lithium-ion rafhlöður

Lithium-ion rafhlöður hafa meiri sértæka orku en NiMH rafhlöður, en þær eru miklu dýrari. Auk þess framleiða þeir hærri spennu (3.2–3.7 V nafn), svo þú þarft rafrásir til að draga úr spennu ef þú vilt nota þær sem drop-in skipti fyrir basískar rafhlöður.

Markaðshlutdeild NiMH rafhlöðu

Frá og með 2005 voru NiMH rafhlöður aðeins 3% af rafhlöðumarkaðnum. En ef þú ert að leita að rafhlöðu sem endist, þá er það leiðin til að fara!

Kraftur NiMH rafhlaðna

Stórvirkar Ni–MH rafhlöður

NiMH rafhlöður eru leiðin til að fara ef þú ert að leita að áreiðanlegum og öflugum orkugjafa. Þær eru almennt notaðar í AA rafhlöður og þær hafa nafnhleðslugetu 1.1-2.8 Ah við 1.2 V. Auk þess geta þær stjórnað mörgum tækjum sem eru hönnuð fyrir 1.5 V.

NiMH rafhlöður í rafknúnum og blendingum rafknúnum ökutækjum

NiMH rafhlöður hafa verið notaðar í rafknúnum og tvinn rafknúnum ökutækjum í mörg ár. Þú getur fundið þá í General Motors EV1, Toyota RAV4 EV, Honda EV Plus, Ford Ranger EV, Vectrix vespu, Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid og Honda Civic Hybrid.

Uppfinningin á NiMH rafhlöðunni

Stanford R. Ovshinsky fann upp og fékk einkaleyfi á vinsælum endurbótum á NiMH rafhlöðunni og stofnaði Ovonic Battery Company árið 1982. General Motors keypti einkaleyfi Ovonics árið 1994 og seint á tíunda áratugnum voru NiMH rafhlöður notaðar með góðum árangri í mörgum rafknúnum farartækjum.

Einkaleyfiskvöðun NiMH rafhlaðna

Í október 2000 var einkaleyfið selt til Texaco og viku síðar var Texaco keypt af Chevron. Dótturfyrirtæki Chevron Cobasys útvegar þessar rafhlöður aðeins fyrir stórar OEM pantanir. Þetta skapaði einkaleyfiskvöð fyrir stórar NiMH rafhlöður fyrir bíla.

Svo ef þú ert að leita að áreiðanlegum og öflugum orkugjafa eru NiMH rafhlöður leiðin til að fara. Þeir hafa verið notaðir í rafknúnum og tvinn-rafknúnum ökutækjum í mörg ár, og þeir eru enn sterkir. Auk þess, með uppfinningu NiMH rafhlöðunnar, geturðu verið viss um að þú fáir bestu gæði vöru. Svo, eftir hverju ertu að bíða? Fáðu þér NiMH rafhlöður í dag!

Hvað eru nikkel-kadmíum (NiCAD) rafhlöður?

Fyrsta NiCad rafhlaðan í heiminum var fundin upp af sænskum vísindamanni allt aftur árið 1899 og síðan þá hefur verið mikið um endurbætur. Svo úr hverju eru þessar rafhlöður gerðar?

Hluti

NiCAD rafhlöður eru samsettar úr:

• Nikkel(III) oxíð-hýdroxíð jákvæð rafskautsplata
• Kadmíum neikvæð rafskautsplata
• Skilja
• Kalíumhýdroxíð raflausn

Notar

NiCAD rafhlöður eru notaðar í margs konar vörur, svo sem:

• Leikföng
• Neyðarlýsing
• lækningatækjum
• Verslunar- og iðnaðarvörur
• Rafmagns rakvélar
• Tvíhliða útvarp
• Verkfæri

Hagur

NiCAD rafhlöður hafa marga kosti, svo sem:

• Þær hlaðast hratt og auðvelt er að hlaða þær
• Auðvelt er að geyma þau og senda
• Þeir geta tekið við miklum fjölda gjalda
• En þeir innihalda eitraða málma sem geta verið skaðlegir umhverfinu

Svo þarna hefurðu það, NiCAD rafhlöður eru frábær leið til að kveikja á græjunum þínum og tækjum, en vertu viss um að farga þeim á réttan hátt þegar þú ert búinn!

Allt sem þú þarft að vita um NiMH rafhlöður

NiMH rafhlöður eru nýju krakkarnir á blokkinni, sem hafa verið þróaðar seint á sjöunda áratugnum og fullkomnar seint á níunda áratugnum. En hverjir eru þeir og hvers vegna ætti þér að vera sama? Við skulum kíkja!

Hvað er í NiMH rafhlöðu?

NiMH rafhlöður eru gerðar úr fjórum meginhlutum:

• Nikkelhýdroxíð jákvæð rafskautsplata
• Vetnisjón neikvæð rafskautsplata
• Skilja
• Alkalísk raflausn eins og kalíumhýdroxíð

Hvar eru NiMH rafhlöður notaðar?

NiMH rafhlöður eru notaðar í margvíslegar vörur, allt frá bílarafhlöðum til lækningatækja, símanna, farsíma, upptökuvéla, stafrænna myndavéla, rafmagns tannbursta og fleira.

Hver er ávinningurinn af NiMH rafhlöðum?

NiMH rafhlöður koma með fullt af fríðindum:

• Mikil afköst miðað við aðrar endurhlaðanlegar rafhlöður
• Þolir ofhleðslu og ofhleðslu
• Umhverfisvæn: engin hættuleg efni eins og kadmíum, kvikasilfur eða blý
• Skerðu kraftinn skyndilega frekar en að renna hægt niður

Svo ef þú ert að leita að áreiðanlegri, umhverfisvænni rafhlöðu, þá er NiMH leiðin til að fara!

Lithium vs NiMH rafhlöður: Hver er munurinn?

Hver eru bestu forritin fyrir NiMH rafhlöðupakka?

Ertu að leita að rafhlöðupakka sem mun ekki brjóta bankann? NiMH rafhlöðupakkar eru leiðin til að fara! Þessar pakkningar eru fullkomnar fyrir forrit sem krefjast ekki ofurmikillar orkuþéttleika, eins og farsíma, lækningatæki og rafknúin farartæki. Auk þess þarftu ekki að hafa áhyggjur af hugsanlegri hættu sem tengist litíumvörum.

Afhleðsla NiMH rafhlöður ekki sjálf og eru viðkvæmar fyrir minnisáhrifum?

NiMH rafhlöður hafa verið til síðan snemma á áttunda áratugnum og hafa gott öryggis- og áreiðanleikastig. Þó að þeir þurfi ekki flókið rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS) eins og litíum rafhlöður gera, geturðu samt fengið BMS fyrir NiMH pakkann þinn til að hjálpa honum að endast lengur og hafa samskipti við tækið þitt. Og ekki hafa áhyggjur, NiMH rafhlöður tæmast ekki sjálfar eða þjást af minnisáhrifum.

Munu NiMH rafhlöður endast eins lengi og litíum rafhlaða?

NiMH rafhlöður hafa góðan líftíma, en þær endast ekki eins lengi og litíum rafhlöður. Hins vegar eru þeir enn frábær kostur ef þú ert að leita að hagkvæmri lausn.

Þarfnast hlífðar fyrir NiMH sérsniðna rafhlöðupakka svipað og litíumefnafræði?

Nei, NiMH rafhlöðupakkar þurfa ekki loftræstingu eins og litíum efnafræði.

Þarf ég virkilega BMS fyrir NiMH rafhlöðupakka?

Nei, þú þarft ekki BMS fyrir NiMH rafhlöðupakkann þinn, en það getur verið gagnlegt. BMS getur hjálpað rafhlöðupakkanum að endast lengur og hafa samskipti við tækið þitt.

Hver er munurinn á NiMH vs Lithium í heildarkostnaði og rafhlöðupakkastærð?

Þegar kemur að kostnaði og stærð eru NiMH rafhlöðupakkar leiðin til að fara! Þeir eru hagkvæmari í hönnun og framleiðslu og þeir þurfa ekki flókið BMS eins og litíum rafhlöður gera. Auk þess taka þær ekki eins mikið pláss og litíum rafhlöður, svo þú getur sett fleiri af þeim á sama svæði.

Mismunur

Nimh rafhlöður vs basískt

Þegar það kemur að NiMH á móti basískum, fer það mjög eftir þörfum þínum. Ef þú ert að leita að skjótum og áreiðanlegum aflgjafa, þá eru endurhlaðanlegar NiMH rafhlöður leiðin til að fara. Þeir geta varað í allt að 5-10 ár, svo þú munt spara tonn af peningum til lengri tíma litið. Á hinn bóginn, ef þú þarft rafhlöðu fyrir lítið tæmandi tæki sem endist í nokkra mánuði, þá eru einnota alkaline rafhlöður leiðin til að fara. Þau eru ódýrari og þægilegri til skamms tíma. Svo, þegar kemur að NiMH vs basískum, fer það mjög eftir þörfum þínum og fjárhagsáætlun.

FAQ

Þurfa NiMH rafhlöður sérstakt hleðslutæki?

Já, NiMH rafhlöður þurfa sérstakt hleðslutæki! Það er aðeins erfiðara að hlaða NiMH frumur en NiCd frumur, þar sem spennutoppurinn og fallið í kjölfarið sem gefur til kynna fulla hleðslu er miklu minna. Ef þú hleður þá með NiCd hleðslutæki getur þú átt á hættu að ofhlaða og skemma frumuna, sem getur leitt til minni afkastagetu og styttri líftíma. Svo, ef þú vilt að NiMH rafhlöðurnar þínar endist, vertu viss um að þú notir rétta hleðslutækið fyrir verkið!

Hver er ókosturinn við að nota þessar NiMH rafhlöður?

Að nota NiMH rafhlöður getur verið dálítið erfitt. Þeir hafa tilhneigingu til að skera rafmagn skyndilega þegar þeir klárast af safa, frekar en að hverfa hægt og rólega. Auk þess losa þeir sig fljótt. Þannig að ef þú skilur einn eftir í skúffu í nokkra mánuði þarftu að endurhlaða hann áður en þú getur notað hann aftur. Og ef þú þarft mikið afl eða púlsálag, eins og á GSM stafrænum farsímum, flytjanlegum senditækjum eða rafmagnsverkfærum, þá ertu betur settur með NiCad rafhlöðu. Þannig að ef þú ert að leita að rafhlöðu sem er áreiðanleg og endingargóð gætirðu viljað leita annað.

Er í lagi að skilja NiMH rafhlöður eftir fullhlaðnar?

Já, það er alveg í lagi að skilja NiMH rafhlöður eftir fullhlaðnar! Reyndar geturðu geymt þau endalaust og þau munu enn hafa nóg af safa þegar þú ert tilbúinn að nota þau. Engin þörf á að hafa áhyggjur af því að þeir missi hleðslu sína með tímanum. Auk þess, ef þú kemst að því að þeir eru svolítið lágir skaltu bara gefa þeim nokkrar hleðslu-/losunarlotur og þeir verða eins og nýir. Svo farðu á undan og láttu þessar NiMH rafhlöður vera fullhlaðnar – þær munu ekki hafa áhyggjur af því!

Hversu mörg ár geta NiMH rafhlöður endað?

NiMH rafhlöður geta endað þér í allt að 5 ár, en það fer allt eftir því hvernig þú geymir þær. Geymið þau á þurrum stað með lágum raka, engum ætandi lofttegundum og við hitastig á bilinu -20°C til +45°C. Ef þú geymir þau á stað með miklum raka eða hitastigi undir -20°C eða yfir +45°C gætir þú endað með ryð og rafhlöðuleka. Svo, ef þú vilt að NiMH rafhlöðurnar þínar endist, vertu viss um að geyma þær á réttum stað! Auk þess, ef þú vilt að þau endist enn lengur, skaltu hlaða þau að minnsta kosti einu sinni á ári til að koma í veg fyrir leka og rýrnun. Þannig að ef þú hugsar vel um NiMH rafhlöðurnar þínar geta þær endað þér í allt að 5 ár.

Niðurstaða

NiMH rafhlöður eru frábær leið til að knýja raftækin þín og verða sífellt vinsælli. Þeir eru áreiðanlegir, endingargóðir og umhverfisvænir, svo þér getur liðið vel með notkun þeirra. Auk þess er auðvelt að finna þá og tiltölulega ódýrt. Svo ef þú ert að leita að nýrri rafhlöðu fyrir tækið þitt er NiMH frábær kostur. Mundu bara að nota rétta hleðslutækið og ekki gleyma að segja „NiMH“ brosandi – það mun örugglega gera daginn þinn aðeins bjartari!

Hæ, ég er Kim, mamma og áhugamaður um stop-motion með bakgrunn í fjölmiðlasköpun og vefþróun. Ég hef mikla ástríðu fyrir teikningu og hreyfimyndum og núna er ég að kafa á hausinn inn í stop-motion heiminn. Með blogginu mínu er ég að deila lærdómi mínum með ykkur.