Batterie NiMH: cosa sono?

di Kim aggiornato: Luglio 9, 2022

Cosa sono le batterie NiMH? Le batterie al nichel-metallo idruro sono un tipo di batteria ricaricabile. Sono utilizzati in molti dispositivi diversi, dalle automobili ai giocattoli smartphone.

Hanno molti vantaggi rispetto ad altri tipi di batterie e sono piuttosto popolari proprio per questo. Ma cosa sono veramente?

La storia delle batterie NiMH

L'invenzione

Nel 1967, alcune scintille luminose al Battelle-Geneva Research Center ebbero un'idea e inventarono la batteria NiMH. Si basava su una miscela di leghe Ti2Ni+TiNi+x sinterizzate ed elettrodi NiOOH. Daimler-Benz e Volkswagen AG sono state coinvolte e hanno sponsorizzato lo sviluppo della batteria nei due decenni successivi.

Il miglioramento

Negli anni '70, la batteria al nichel-idrogeno è stata commercializzata per applicazioni satellitari e questo ha suscitato interesse per la tecnologia a idruro come alternativa all'ingombrante stoccaggio dell'idrogeno. Philips Laboratories e il CNRS francese hanno sviluppato nuove leghe ibride ad alta energia che incorporano metalli delle terre rare per l'elettrodo negativo. Ma queste leghe non erano stabili nell'elettrolita alcalino, quindi non erano adatte all'uso da parte dei consumatori.

La svolta

Nel 1987, Willems e Buschow fecero un passo avanti con il design della loro batteria, che utilizzava una miscela di La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1. Questa batteria ha mantenuto l'84% della sua capacità di carica dopo 4000 cicli di carica-scarica. Ben presto furono sviluppate leghe più economicamente valide che utilizzavano mischmetal invece del lantanio.

Il grado di consumo

Nel 1989 sono diventate disponibili le prime celle NiMH di livello consumer e nel 1998 Ovonic Battery Co. ha migliorato la struttura e la composizione della lega Ti-Ni e ha brevettato le loro innovazioni. Entro il 2008, oltre due milioni di auto ibride in tutto il mondo sono state prodotte con batterie NiMH.

La popolarità

Nell'Unione Europea, le batterie NiMH hanno sostituito le batterie Ni-Cd per uso portatile da parte dei consumatori. In Giappone nel 2010, il 22% delle batterie ricaricabili portatili vendute erano NiMH e in Svizzera nel 2009 la statistica equivalente era di circa il 60%. Ma questa percentuale è diminuita nel tempo a causa dell'aumento della produzione di batterie agli ioni di litio.

Il futuro

Nel 2015, BASF ha prodotto una microstruttura modificata che ha reso le batterie NiMH più durevoli, consentendo modifiche al design delle celle che hanno consentito di risparmiare un peso considerevole e di aumentare l'energia specifica a 140 wattora per chilogrammo. Quindi il futuro delle batterie NiMH sembra luminoso!

La chimica dietro le batterie al nichel-metallo idruro

Cos'è l'elettrochimica?

L'elettrochimica è lo studio della relazione tra elettricità e reazioni chimiche. È la scienza alla base delle batterie ed è il modo in cui funzionano le batterie al nichel-metallo idruro (NiMH).

Le reazioni all'interno di una batteria NiMH

Le batterie NiMH sono costituite da due elettrodi, uno positivo e uno negativo. Le reazioni che si verificano all'interno della batteria sono ciò che la fa funzionare. Ecco cosa sta succedendo:

• All'elettrodo negativo, l'acqua e un metallo si combinano con un elettrone per formare un OH- e un idruro metallico.
• All'elettrodo positivo, l'ossiidrossido di nichel si forma quando l'idrossido di nichel e un OH- si combinano con un elettrone.
• Durante la carica, le reazioni si spostano da sinistra a destra. Durante la scarica, le reazioni si spostano da destra a sinistra.

I componenti di una batteria NiMH

L'elettrodo negativo di una batteria NiMH è costituito da un composto intermetallico. Il tipo più comune è AB5, che è una miscela di elementi di terre rare come lantanio, cerio, neodimio e praseodimio, combinati con nichel, cobalto, manganese o alluminio.

Alcune batterie NiMH utilizzano materiali per elettrodi negativi di maggiore capacità basati su composti AB2, che sono titanio o vanadio combinati con zirconio o nichel e modificati con cromo, cobalto, ferro o manganese.

L'elettrolita in una batteria NiMH è solitamente idrossido di potassio e l'elettrodo positivo è idrossido di nichel. L'elettrodo negativo è idrogeno sotto forma di idruro metallico interstiziale. La poliolefina non tessuta viene utilizzata per la separazione.

Così il gioco è fatto! Ora conosci la chimica dietro le batterie NiMH.

Cos'è una batteria bipolare?

Cosa rende uniche le batterie bipolari?

Le batterie bipolari sono leggermente diverse dalle batterie standard. Usano un separatore di gel a membrana polimerica solida, che aiuta a prevenire il verificarsi di cortocircuiti nei sistemi a elettrolita liquido. Questo li rende un'ottima scelta per i veicoli elettrici, in quanto possono immagazzinare molta energia e tenerla al sicuro.

Perché dovrei preoccuparmi delle batterie bipolari?

Se stai cercando una batteria in grado di immagazzinare molta energia e tenerla al sicuro, allora una batteria bipolare potrebbe essere la scelta giusta per te. Stanno diventando sempre più popolari per i veicoli elettrici, quindi se sei nel mercato per uno, dovresti assolutamente considerare una batteria bipolare. Ecco perché:

• Sono progettati per impedire che si verifichino cortocircuiti nei sistemi a elettrolita liquido.
• Possono immagazzinare molta energia, rendendoli ideali per i veicoli elettrici.
• Stanno diventando sempre più popolari, quindi puoi essere certo di ottenere un prodotto di qualità.

Ricarica sicura delle batterie NiMH

Ricarica rapida

Quando sei di fretta e hai bisogno di ricaricare le tue celle NiMH, è meglio usare una batteria intelligente caricabatterie per evitare il sovraccarico, che può danneggiare le celle. Ecco alcuni suggerimenti da tenere a mente:

• Utilizzare una bassa corrente fissa, con o senza timer.
• Non caricare per più di 10-20 ore.
• Usa una carica di mantenimento a C/300 se hai bisogno di mantenere le tue celle in uno stato completamente carico.
• Utilizzare un approccio a ciclo di lavoro inferiore per compensare l'autoscarica naturale.

Metodo di ricarica ΔV

Per evitare danni alle celle, i caricatori veloci devono terminare il ciclo di carica prima che si verifichi il sovraccarico. Ecco come farlo:

• Monitorare il cambiamento di tensione nel tempo e fermarsi quando la batteria è completamente carica.
• Monitorare la variazione di tensione rispetto al tempo e fermarsi quando diventa zero.
• Utilizzare un circuito di carica a corrente costante.
• Terminare la carica quando la tensione scende di 5-10 mV per cella rispetto alla tensione di picco.

ΔT Metodo di ricarica

Questo metodo utilizza un sensore di temperatura per rilevare quando la batteria è carica. Ecco cosa fare:

• Utilizzare un circuito di carica a corrente costante.
• Monitorare la velocità di aumento della temperatura e fermarsi quando raggiunge 1 ° C al minuto.
• Utilizzare un taglio di temperatura assoluto a 60 °C.
• Dopo la carica rapida iniziale, seguire un periodo di carica di mantenimento.

Suggerimenti per la sicurezza

Per mantenere le tue cellule al sicuro, ecco alcune cose da tenere a mente:

• Utilizzare un fusibile ripristinabile in serie alla cella, in particolare del tipo a lamella bimetallica.
• Le moderne celle NiMH contengono catalizzatori per gestire i gas prodotti dal sovraccarico.
• Non utilizzare una corrente di carica superiore a 0.1 C.

Cos'è la scarica nelle batterie ricaricabili?

Cos'è lo scarico?

La scarica è il processo di una batteria ricaricabile che rilascia energia. Quando una batteria è scarica, rilascia una media di 1.25 volt per cella, che poi scende a circa 1.0-1.1 volt per cella.

Qual è l'impatto della dimissione?

La scarica può avere diversi impatti su una batteria ricaricabile. Ecco alcuni dei più comuni:

• Lo scarico completo dei pacchi multicella può causare l'inversione di polarità in una o più celle, che può danneggiarle in modo permanente.
• Le interruzioni di bassa tensione possono causare danni irreversibili quando le celle variano in temperatura.
• La velocità di autoscarica varia notevolmente con la temperatura, dove una temperatura di conservazione inferiore comporta una scarica più lenta e una maggiore durata della batteria.

Come migliorare l'autoscarica?

Ci sono alcuni modi per migliorare l'autoscarica nelle batterie ricaricabili:

• Utilizzare un separatore solfonato per rimuovere i composti contenenti azoto.
• Utilizzare un separatore in PP innestato con acido acrilico per ridurre la formazione di detriti di Al e Mn nel separatore.
• Rimuovere Co e Mn nella lega A2B7 MH per ridurre la formazione di detriti nel separatore.
• Aumentare la quantità di elettrolita per ridurre la diffusione dell'idrogeno nell'elettrolita.
• Rimuovere i componenti contenenti Cu per ridurre i microcorti.
• Utilizzare un rivestimento in PTFE sull'elettrodo positivo per sopprimere la corrosione.

Confronto tra batterie NiMH e altri tipi

Celle NiMH contro batterie primarie

Le celle NiMH sono la scelta ideale per i dispositivi ad alto consumo, come quelli digitali telecamere, perché durano più a lungo delle batterie primarie come quelle alcaline. Ecco perché:

• Le celle NiMH hanno una resistenza interna inferiore, il che significa che possono gestire richieste di corrente più elevate senza perdere capacità.
• Le batterie alcaline AA offrono una capacità di 2600 mAh a bassa richiesta di corrente (25 mA), ma solo una capacità di 1300 mAh con un carico di 500 mA.
• Le celle NiMH possono fornire questi livelli di corrente senza alcuna perdita di capacità.

Celle NiMH contro batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio hanno un'energia specifica maggiore rispetto alle batterie NiMH, ma sono molto più costose. Inoltre, producono una tensione più elevata (3.2–3.7 V nominali), quindi è necessario un circuito per ridurre la tensione se si desidera utilizzarle come sostituzione immediata delle batterie alcaline.

Quota di mercato delle batterie NiMH

Nel 2005, le batterie NiMH rappresentavano solo il 3% del mercato delle batterie. Ma se stai cercando una batteria che duri, sono la strada da percorrere!

La potenza delle batterie NiMH

Batterie Ni-MH ad alta potenza

Le batterie NiMH sono la strada da percorrere se stai cercando una fonte di energia affidabile e potente. Sono comunemente usati nelle batterie AA e hanno una capacità di carica nominale di 1.1-2.8 Ah a 1.2 V. Inoltre, possono far funzionare molti dispositivi progettati per 1.5 V.

Batterie NiMH nei veicoli elettrici e ibridi-elettrici

Le batterie NiMH sono utilizzate da anni nei veicoli elettrici e ibridi-elettrici. Puoi trovarli in General Motors EV1, Toyota RAV4 EV, Honda EV Plus, Ford Ranger EV, scooter Vectrix, Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid e Honda Civic Hybrid.

L'invenzione della batteria NiMH

Stanford R. Ovshinsky ha inventato e brevettato un popolare miglioramento della batteria NiMH e ha fondato la Ovonic Battery Company nel 1982. General Motors ha acquistato il brevetto Ovonics nel 1994 e alla fine degli anni '1990 le batterie NiMH venivano utilizzate con successo in molti veicoli completamente elettrici.

L'ingombro dei brevetti delle batterie NiMH

Nell'ottobre 2000 il brevetto è stato venduto alla Texaco e una settimana dopo la Texaco è stata acquisita dalla Chevron. La consociata Cobasys di Chevron fornisce queste batterie solo a grandi ordini OEM. Ciò ha creato un vincolo di brevetto per le grandi batterie NiMH per autoveicoli.

Quindi, se stai cercando una fonte di energia affidabile e potente, le batterie NiMH sono la strada da percorrere. Sono stati utilizzati per anni nei veicoli elettrici e ibridi-elettrici e stanno ancora andando forte. Inoltre, con l'invenzione della batteria NiMH, puoi essere certo di ottenere un prodotto della migliore qualità. Allora, cosa stai aspettando? Acquista oggi stesso le tue batterie NiMH!

Cosa sono le batterie al nichel-cadmio (NiCAD)?

La prima batteria NiCad al mondo è stata inventata da uno scienziato svedese nel lontano 1899 e da allora ci sono stati molti miglioramenti. Quindi di cosa sono fatte queste batterie?

Componenti

Le batterie NiCAD sono composte da:

• Una piastra dell'elettrodo positivo di ossido di idrossido di nichel (III).
• Un elettrodo negativo al cadmio
• Un separatore
• Un elettrolita di idrossido di potassio

si utilizza

Le batterie NiCAD sono utilizzate in un'ampia varietà di prodotti, come:

• Giocattoli
• Luce d'emergenza
• Dispositivi medicali
• Prodotti commerciali e industriali
• Rasoi elettrici
• Radio ricetrasmittenti
• Utensili elettrici

Benefici

Le batterie NiCAD hanno molti vantaggi, come:

• Si ricaricano velocemente e sono facili da ricaricare
• Sono facili da conservare e spedire
• Possono prendere un numero elevato di addebiti
• Ma contengono metalli tossici che possono essere dannosi per l'ambiente

Quindi il gioco è fatto, le batterie NiCAD sono un ottimo modo per alimentare i tuoi gadget e aggeggi, ma assicurati di smaltirli correttamente quando hai finito!

Tutto quello che c'è da sapere sulle batterie NiMH

Le batterie NiMH sono le nuove ragazze sul blocco, essendo state sviluppate alla fine degli anni '1960 e perfezionate alla fine degli anni '1980. Ma cosa sono e perché dovrebbe interessarti? Diamo un'occhiata!

Cosa c'è in una batteria NiMH?

Le batterie NiMH sono costituite da quattro componenti principali:

• Una piastra dell'elettrodo positivo di idrossido di nichel
• Una piastra elettrodica negativa agli ioni idrogeno
• Un separatore
• Un elettrolita alcalino come l'idrossido di potassio

Dove vengono utilizzate le batterie NiMH?

Le batterie NiMH sono utilizzate in una varietà di prodotti, dalle batterie per autoveicoli agli strumenti medici, cercapersone, telefoni cellulari, videocamere, fotocamere digitali, spazzolini da denti elettrici e altro ancora.

Quali sono i vantaggi delle batterie NiMH?

Le batterie NiMH hanno un sacco di vantaggi:

• Elevata capacità rispetto ad altre batterie ricaricabili
• Resiste al sovraccarico e allo scaricamento eccessivo
• Rispettoso dell'ambiente: nessun prodotto chimico pericoloso come cadmio, mercurio o piombo
• Interrompi l'alimentazione all'improvviso piuttosto che lentamente

Quindi, se stai cercando una batteria affidabile ed ecologica, NiMH è la strada da percorrere!

Batterie al litio vs batterie NiMH: qual è la differenza?

Quali sono le migliori applicazioni per i pacchi batteria NiMH?

Stai cercando un pacco batteria che non rompa la banca? I pacchi batteria NiMH sono la strada da percorrere! Questi pacchetti sono perfetti per applicazioni che non richiedono una densità di energia estremamente elevata, come telefoni cellulari, dispositivi medici e veicoli elettrici. Inoltre, non devi preoccuparti dei potenziali pericoli associati ai prodotti al litio.

Le batterie NiMH non si scaricano da sole e sono soggette all'effetto memoria?

Le batterie NiMH sono in circolazione dai primi anni '1970 e hanno un buon record di sicurezza e affidabilità. Sebbene non abbiano bisogno di un complesso sistema di gestione della batteria (BMS) come le batterie al litio, puoi comunque ottenere un BMS per il tuo pacco NiMH per farlo durare più a lungo e comunicare con il tuo dispositivo. E non preoccuparti, le batterie NiMH non si scaricano da sole né soffrono dell'effetto memoria.

Le batterie NiMH durano quanto una batteria al litio?

Le batterie NiMH hanno un buon ciclo di vita, ma non durano quanto le batterie al litio. Tuttavia, sono ancora un'ottima opzione se stai cercando una soluzione conveniente.

Un contenitore per batterie personalizzate NiMH necessita di ventilazione simile alla chimica del litio?

No, i pacchi batteria NiMH non hanno bisogno di ventilazione come la chimica del litio.

Ho davvero bisogno di un BMS per il pacco batterie NiMH?

No, non hai bisogno di un BMS per la tua batteria NiMH, ma può essere utile. Un BMS può aiutare la tua batteria a durare più a lungo e a comunicare con il tuo dispositivo.

Qual è la differenza tra NiMH e litio in termini di costo complessivo e dimensioni del pacco batteria?

Quando si tratta di costi e dimensioni, i pacchi batteria NiMH sono la strada da percorrere! Sono più convenienti da progettare e produrre e non richiedono un BMS complesso come le batterie al litio. Inoltre, non occupano tanto spazio quanto le batterie al litio, quindi puoi inserirne più nella stessa area.

Differenze

Batterie Nimh Vs Alcaline

Quando si tratta di NiMH vs. alcalino, dipende davvero dalle tue esigenze. Se stai cercando una fonte di alimentazione rapida e affidabile, le batterie NiMH ricaricabili sono la strada da percorrere. Possono durare fino a 5-10 anni, quindi a lungo termine risparmierai un sacco di soldi. D'altra parte, se hai bisogno di una batteria per un dispositivo a basso consumo che durerà alcuni mesi, allora le batterie alcaline monouso sono la strada da percorrere. Sono più economici e più convenienti a breve termine. Quindi, quando si tratta di NiMH vs. alcalino, dipende davvero dalle tue esigenze e dal tuo budget.

FAQ

Le batterie NiMH necessitano di un caricabatterie speciale?

Sì, le batterie NiMH necessitano di un caricabatterie speciale! La ricarica delle celle NiMH è un po' più complicata rispetto alle celle NiCd, poiché il picco di tensione e la successiva caduta che segnala una carica completa è molto inferiore. Se li carichi con un caricabatterie NiCd, corri il rischio di sovraccaricare e danneggiare la cella, il che può portare a una capacità ridotta e una durata più breve. Quindi, se vuoi che le tue batterie NiMH durino, assicurati di utilizzare il caricabatterie giusto per il lavoro!

Qual è uno svantaggio nell'utilizzo di queste batterie NiMH?

L'uso di batterie NiMH può essere un po' una seccatura. Tendono a interrompere improvvisamente l'alimentazione quando si esauriscono, piuttosto che svanire lentamente. Inoltre, si autoscaricano rapidamente. Quindi, se ne lasci uno in un cassetto per un paio di mesi, dovrai ricaricarlo prima di poterlo riutilizzare. E se hai bisogno di carichi ad alta potenza o impulsivi, come su telefoni cellulari digitali GSM, ricetrasmettitori portatili o utensili elettrici, stai meglio con una batteria NiCad. Quindi, se stai cercando una batteria affidabile e di lunga durata, potresti voler cercare altrove.

Va bene lasciare le batterie NiMH completamente cariche?

Sì, va benissimo lasciare le batterie NiMH completamente cariche! Infatti, puoi conservarli a tempo indeterminato e avranno ancora molto succo quando sarai pronto per usarli. Non c'è bisogno di preoccuparsi che perdano la loro carica nel tempo. Inoltre, se trovi che sono un po' scarse, dai loro un paio di cicli di carica/scarica e torneranno come nuove. Quindi vai avanti e lascia quelle batterie NiMH completamente cariche - a loro non dispiacerà!

Quanti anni possono durare le batterie NiMH?

Le batterie NiMH possono durare fino a 5 anni, ma tutto dipende da come le conservi. Conservarli in un luogo asciutto con bassa umidità, senza gas corrosivi e a una temperatura compresa tra -20°C e +45°C. Se li riponi in un luogo con elevata umidità o temperature inferiori a -20°C o superiori a +45°C, potresti ritrovarti con ruggine e perdite della batteria. Quindi, se vuoi che le tue batterie NiMH durino, assicurati di conservarle nel posto giusto! Inoltre, se vuoi che durino ancora di più, caricali almeno una volta all'anno per evitare perdite e deterioramento. Quindi, se ti prendi cura delle tue batterie NiMH, possono durare fino a 5 anni.

Conclusione

Le batterie NiMH sono un ottimo modo per alimentare i tuoi dispositivi elettronici e stanno diventando sempre più popolari. Sono affidabili, durevoli e rispettosi dell'ambiente, quindi puoi sentirti a tuo agio nell'usarli. Inoltre, sono facili da trovare e relativamente economici. Quindi, se stai cercando una nuova batteria per il tuo dispositivo, NiMH è un'ottima scelta. Ricorda solo di utilizzare il caricabatterie giusto e non dimenticare di dire "NiMH" con un sorriso: sicuramente renderà la tua giornata un po' più luminosa!

Ciao, sono Kim, una mamma e un'appassionata di stop-motion con un background nella creazione di media e nello sviluppo web. Ho una grande passione per il disegno e l'animazione, e ora mi sto tuffando a capofitto nel mondo dello stop-motion. Con il mio blog, sto condividendo le mie conoscenze con voi ragazzi.