סוללות NiMH: מה הן?

מאת קים מְעוּדכָּן: 9 ביולי 2022

מהן סוללות NiMH? סוללות ניקל-מתכת הידריד הן סוג של סוללה נטענת. הם משמשים בהמון מכשירים שונים, ממכוניות ועד צעצועים ועד טלפונים חכמים.

יש להם הרבה יתרונות על פני סוגים אחרים של סוללות, והם די פופולריים בגלל זה. אבל מה הם באמת?

ההיסטוריה של סוללות NiMH

ההמצאה

עוד ב-1967, כמה ניצוצות עזים במרכז המחקר באטל-ז'נבה עשו גל מוח והמציאו את סוללת ה-NiMH. הוא התבסס על שילוב של סגסוגות Ti2Ni+TiNi+x וסגסוגות NiOOH מחושלות. דיימלר-בנץ ופולקסווגן AG התערבו ומימנו את פיתוח הסוללה במהלך שני העשורים הבאים.

השיפור

בשנות ה-70, סוללת ניקל-מימן שוחררה עבור יישומי לוויין, וזה עורר עניין בטכנולוגיית הידריד כחלופה לאחסון מימן מגושם. מעבדות פיליפס ו-CNRS הצרפתית פיתחו סגסוגות היברידיות חדשות בעלות אנרגיה גבוהה המשלבות מתכות אדמה נדירות עבור האלקטרודה השלילית. אבל סגסוגות אלה לא היו יציבות באלקטרוליט אלקליין, ולכן הן לא היו מתאימות לשימוש צרכני.

פריצת הדרך

בשנת 1987, ווילמס ו-Buschow עשו פריצת דרך עם עיצוב הסוללה שלהם, שהשתמש בתערובת של La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1. סוללה זו שמרה על 84% מקיבולת הטעינה שלה לאחר 4000 מחזורי טעינה-פריקה. עד מהרה פותחו סגסוגות משתלמות יותר מבחינה כלכלית המשתמשות במישמטאל במקום לנטנום.

ציון הצרכן

בשנת 1989, הפכו תאי ה-NiMH הראשונים לצרכן, ובשנת 1998, Ovonic Battery Co. שיפרה את המבנה וההרכב של סגסוגת Ti-Ni ורשמה פטנט על החידושים שלהם. עד 2008, יותר משני מיליון מכוניות היברידיות ברחבי העולם יוצרו עם סוללות NiMH.

הפופולריות

באיחוד האירופי, סוללות NiMH החליפו סוללות Ni-Cd לשימוש צרכני נייד. ביפן בשנת 2010, 22% מהסוללות הנטענות הניידות שנמכרו היו NiMH, ובשווייץ בשנת 2009, הנתון המקביל עמד על כ-60%. אבל אחוז זה ירד עם הזמן עקב הגידול בייצור סוללות ליתיום-יון.

העתיד

בשנת 2015, BASF ייצרה מבנה מיקרו שונה שהפך את סוללות NiMH לעמידות יותר, מה שאיפשר שינויים בעיצוב התא שחסכו משקל ניכר והגדילו את האנרגיה הספציפית ל-140 וואט-שעה לק"ג. אז העתיד של סוללות NiMH נראה מזהיר!

הכימיה מאחורי סוללות ניקל-מתכת הידריד

מהי אלקטרוכימיה?

אלקטרוכימיה היא חקר הקשר בין חשמל לתגובות כימיות. זה המדע מאחורי סוללות, וכך עובדות סוללות ניקל-מתכת הידריד (NiMH).

התגובות בתוך סוללת NiMH

סוללות NiMH מורכבות משתי אלקטרודות, חיובית ושלילתית. התגובות המתרחשות בתוך הסוללה הן שגורמות לה לעבוד. זה מה שקורה:

• באלקטרודה השלילית, מים ומתכת מתאחדים עם אלקטרון ויוצרים OH- ומתכת הידריד.
• באלקטרודה החיובית, ניקל אוקסיהידרוקסיד נוצר כאשר ניקל הידרוקסיד ו-OH- מתאחדים עם אלקטרון.
• במהלך הטעינה, התגובות נעות משמאל לימין. במהלך הפריקה, התגובות נעות מימין לשמאל.

הרכיבים של סוללת NiMH

האלקטרודה השלילית של סוללת NiMH מורכבת מתרכובת בין-מתכתית. הסוג הנפוץ ביותר הוא AB5, שהוא תערובת של יסודות אדמה נדירים כמו לנתנום, צריום, ניאודימיום ופרסאודימיום, בשילוב עם ניקל, קובלט, מנגן או אלומיניום.

סוללות NiMH מסוימות משתמשות בחומרי אלקטרודה שליליים בעלי קיבולת גבוהה יותר המבוססים על תרכובות AB2, שהן טיטניום או ונדיום בשילוב עם זירקוניום או ניקל, ושונו עם כרום, קובלט, ברזל או מנגן.

האלקטרוליט בסוללת NiMH הוא בדרך כלל אשלגן הידרוקסיד, והאלקטרודה החיובית היא ניקל הידרוקסיד. האלקטרודה השלילית היא מימן בצורת הידריד מתכת אינטרסטיציאלית. פוליאולפין לא ארוג משמש להפרדה.

אז הנה לך! עכשיו אתה יודע את הכימיה מאחורי סוללות NiMH.

מהי סוללה דו קוטבית?

מה מייחד סוללות דו-קוטביות?

סוללות דו-קוטביות שונות מעט מהסוללות הרגילות שלך. הם משתמשים במפריד ג'ל ממברנת פולימר מוצק, שעוזר למנוע קצרים מלהתרחש במערכות נוזל-אלקטרוליטים. זה הופך אותם לבחירה מצוינת עבור כלי רכב חשמליים, מכיוון שהם יכולים לאגור אנרגיה רבה ולשמור עליה.

מדוע כדאי לי לדאוג לסוללות דו קוטביות?

אם אתם מחפשים סוללה שיכולה לאגור אנרגיה רבה ולשמור עליה בטוחה, אז סוללה דו קוטבית עשויה להיות הבחירה הנכונה עבורכם. הם הופכים פופולריים יותר ויותר עבור כלי רכב חשמליים, אז אם אתה מחפש אחד כזה, אתה בהחלט צריך לשקול סוללה דו קוטבית. הנה למה:

• הם נועדו למנוע קצרים להתרחש במערכות נוזל-אלקטרוליטים.
• הם יכולים לאחסן אנרגיה רבה, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור כלי רכב חשמליים.
• הם הופכים פופולריים יותר ויותר, כך שאתה יכול להיות בטוח שאתה מקבל מוצר איכותי.

טעינת סוללות NiMH בבטחה

טעינה מהירה

כאשר אתה ממהר וצריך לטעון את תאי ה-NiMH שלך, עדיף להשתמש בסוללה חכמה מטען כדי למנוע טעינת יתר, שעלולה לגרום נזק לתאים. הנה כמה טיפים שכדאי לזכור:

• השתמש בזרם נמוך קבוע, עם או בלי טיימר.
• אל תטען יותר מ-10-20 שעות.
• השתמש בטעינת טפטוף ב-C/300 אם אתה צריך לשמור על התאים שלך במצב טעון במלואו.
• השתמש בגישת מחזור עבודה נמוך יותר כדי לקזז פריקה עצמית טבעית.

שיטת טעינת ΔV

כדי למנוע נזק לתא, מטענים מהירים חייבים לסיים את מחזור הטעינה שלהם לפני שתתרחש טעינת יתר. הנה איך לעשות את זה:

• עקוב אחר שינוי המתח עם הזמן והפסק כאשר הסוללה טעונה במלואה.
• עקוב אחר שינוי המתח ביחס לזמן ועצור כאשר הוא הופך לאפס.
• השתמש במעגל טעינה עם זרם קבוע.
• הפסקת הטעינה כאשר המתח יורד 5-10 mV לתא מהמתח השיא.

שיטת טעינה ΔT

שיטה זו משתמשת בחיישן טמפרטורה כדי לזהות מתי הסוללה מלאה. הנה מה לעשות:

• השתמש במעגל טעינה עם זרם קבוע.
• עקוב אחר קצב עליית הטמפרטורה והפסק כאשר הוא מגיע ל-1 מעלות צלזיוס לדקה.
• השתמש בחיתוך טמפרטורה מוחלט ב-60 מעלות צלזיוס.
• עקוב אחר הטעינה המהירה הראשונית עם פרק זמן של טעינת טפטוף.

עצות בטיחות

כדי לשמור על בטיחות התאים שלך, הנה כמה דברים שכדאי לזכור:

• השתמש בפתיל שניתן לאפס בסדרה עם התא, במיוחד מסוג רצועה דו-מתכתית.
• תאי NiMH מודרניים מכילים זרזים לטיפול בגזים המיוצרים על ידי טעינת יתר.
• אל תשתמש בזרם טעינה של יותר מ-0.1 C.

מהי פריקה בסוללות נטענות?

מה זה פריקה?

פריקה היא תהליך של סוללה נטענת המשחררת אנרגיה. כאשר סוללה מתרוקנת, היא משחררת בממוצע 1.25 וולט לתא, אשר לאחר מכן יורד לכ-1.0-1.1 וולט לתא.

מהי ההשפעה של פריקה?

לפריקה יכולות להיות כמה השפעות שונות על סוללה נטענת. להלן כמה מהנפוצים ביותר:

• פריקה מלאה של חבילות מרובות תאים עלולה לגרום לקוטביות הפוכה בתא אחד או יותר, מה שעלול להזיק להם לצמיתות.
• ניתוק סף מתח נמוך עלול לגרום לנזק בלתי הפיך כאשר התאים משתנים בטמפרטורה.
• קצב פריקה עצמית משתנה מאוד עם הטמפרטורה, כאשר טמפרטורת אחסון נמוכה יותר מובילה לפריקה איטית יותר וחיי סוללה ארוכים יותר.

איך לשפר פריקה עצמית?

יש כמה דרכים לשפר את הפריקה העצמית בסוללות נטענות:

• השתמש במפריד סולפוני כדי להסיר תרכובות המכילות N.
• השתמש במפריד PP מושתל בחומצה אקרילית כדי להפחית היווצרות פסולת אל ו-Mn במפריד.
• הסר את Co ו-Mn בסגסוגת A2B7 MH כדי להפחית היווצרות פסולת במפריד.
• הגדל את כמות האלקטרוליט כדי להפחית דיפוזיה של מימן באלקטרוליט.
• הסר רכיבים המכילים Cu כדי להפחית מיקרו-קצר.
• השתמש בציפוי PTFE על אלקטרודה חיובית כדי לדכא קורוזיה.

השוואת סוללות NiMH לסוגים אחרים

תאי NiMH לעומת סוללות ראשיות

תאי NiMH הם הבחירה המומלצת עבור מכשירים בעלי ניקוז גבוה, כמו דיגיטלי מצלמות, כי הן מחזיקות מעמד עם סוללות ראשוניות כמו אלקליין. הנה למה:

• לתאי NiMH יש התנגדות פנימית נמוכה יותר, כלומר הם יכולים להתמודד עם דרישות זרם גבוהות יותר מבלי לאבד קיבולת.
• סוללות אלקליין בגודל AA מציעות קיבולת של 2600 מיליאמפר/שעה בדרישת זרם נמוכה (25 מיליאמפר), אך קיבולת של 1300 מיליאמפר/שעה בלבד עם עומס של 500 מיליאמפר.
• תאי NiMH יכולים לספק את רמות הזרם הללו ללא כל אובדן קיבולת.

תאי NiMH לעומת סוללות ליתיום-יון

לסוללות ליתיום-יון יש אנרגיה ספציפית גבוהה יותר מסוללות NiMH, אבל הן הרבה יותר יקרות. בנוסף, הם מייצרים מתח גבוה יותר (3.2-3.7 וולט נומינלי), אז אתה צריך מעגלים כדי להפחית את המתח אם אתה רוצה להשתמש בהם כתחליף נפל לסוללות אלקליין.

נתח שוק סוללות NiMH

נכון לשנת 2005, סוללות NiMH היו רק 3% משוק הסוללות. אבל אם אתם מחפשים סוללה שתחזיק מעמד, זו הדרך ללכת!

הכוח של סוללות NiMH

סוללות Ni–MH בעלות הספק גבוה

סוללות NiMH הן הדרך ללכת אם אתה מחפש מקור אנרגיה אמין וחזק. הם נמצאים בשימוש נפוץ בסוללות AA, ויש להם קיבולת טעינה נומינלית של 1.1-2.8 Ah ב-1.2 V. בנוסף, הם יכולים להפעיל מכשירים רבים המיועדים ל-1.5 V.

סוללות NiMH בכלי רכב חשמליים והיברידיים-חשמליים

סוללות NiMH נמצאות בשימוש ברכבים חשמליים והיברידיים-חשמליים במשך שנים. אתה יכול למצוא אותם ב-General Motors EV1, Toyota RAV4 EV, Honda EV Plus, Ford Ranger EV, קטנוע Vectrix, Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, שברולט Malibu Hybrid והונדה סיוויק היבריד.

המצאת סוללת NiMH

סטנפורד ר. אובשינסקי המציא ורשם פטנט על שיפור פופולרי של סוללת NiMH והקים את חברת Ovonic Battery בשנת 1982. ג'נרל מוטורס רכשה את הפטנט של Ovonics בשנת 1994 ועד סוף שנות ה-1990, סוללות NiMH היו בשימוש מוצלח בכלי רכב חשמליים מלאים רבים.

שיעבוד הפטנטים של סוללות NiMH

באוקטובר 2000 נמכר הפטנט לטקסקו, ושבוע לאחר מכן נרכשה טקסקו על ידי שברון. חברת הבת Cobasys של שברון מספקת סוללות אלו רק להזמנות OEM גדולות. זה יצר שעבוד פטנט עבור סוללות NiMH גדולות לרכב.

לכן, אם אתם מחפשים מקור אנרגיה אמין וחזק, סוללות NiMH הן הדרך ללכת. הם היו בשימוש ברכבים חשמליים והיברידיים-חשמליים במשך שנים, והם עדיין מתחזקים. בנוסף, עם המצאת סוללת NiMH, אתה יכול להיות בטוח שאתה מקבל את המוצר האיכותי ביותר. אז למה אתה מחכה? קבל את סוללות ה-NiMH שלך עוד היום!

מהן סוללות ניקל-קדמיום (NiCAD)?

סוללת ה-NiCad הראשונה בעולם הומצאה על ידי מדען שוודי כבר בשנת 1899, ומאז, היו הרבה שיפורים. אז ממה עשויות הסוללות האלו?

רכיבי

סוללות NiCAD מורכבות מ:

• לוחית אלקטרודה חיובית של ניקל(III) אוקסיד-הידרוקסיד
• לוחית אלקטרודה שלילית של קדמיום
• מפריד
• אלקטרוליט אשלגן הידרוקסיד

אתה משתמש

סוללות NiCAD משמשות במגוון רחב של מוצרים, כגון:

• צעצועים
• תאורת חירום
• ציוד רפואי
• מוצרים מסחריים ותעשייתיים
• סכיני גילוח חשמליים
• מכשירי רדיו דו כיוונים
• כלי עבודה חשמליים

הטבות

לסוללות NiCAD יש הרבה יתרונות, כגון:

• הם נטענים במהירות וקלים לטעינה
• הם קלים לאחסון ולשלוח
• הם יכולים לקחת מספר גבוה של חיובים
• אבל, הם מכילים מתכות רעילות שעלולות להזיק לסביבה

אז הנה, סוללות NiCAD הן דרך מצוינת להפעיל את הגאדג'טים והגיזמוסים שלך, אבל רק תדאג להיפטר מהם כראוי כשתסיים!

כל מה שאתה צריך לדעת על סוללות NiMH

סוללות NiMH הן הילדים החדשים בשטח, לאחר שפותחו בסוף שנות ה-1960 ושוכללו בסוף שנות ה-1980. אבל מה הם ולמה צריך לדאוג לך? בואו נסתכל!

מה יש בסוללת NiMH?

סוללות NiMH מורכבות מארבעה מרכיבים עיקריים:

• לוחית אלקטרודה חיובית של ניקל הידרוקסיד
• לוחית אלקטרודה שלילית של יוני מימן
• מפריד
• אלקטרוליט אלקליין כמו אשלגן הידרוקסיד

היכן משתמשים בסוללות NiMH?

סוללות NiMH משמשות במגוון מוצרים, החל מסוללות לרכב ועד למכשירים רפואיים, ביפרנים, טלפונים סלולריים, מצלמות וידיאו, מצלמות דיגיטליות, מברשות שיניים חשמליות ועוד.

מהם היתרונות של סוללות NiMH?

סוללות NiMH מגיעות עם המון הטבות:

• קיבולת גבוהה בהשוואה לסוללות נטענות אחרות
• מתנגד לטעינת יתר ופריקת יתר
• ידידותי לסביבה: אין כימיקלים מסוכנים כמו קדמיום, כספית או עופרת
• לחתוך את החשמל בפתאומיות במקום לזלוג לאט למטה

אז אם אתם מחפשים סוללה אמינה וידידותית לסביבה, NiMH היא הדרך ללכת!

סוללות ליתיום לעומת NiMH: מה ההבדל?

מהם היישומים הטובים ביותר עבור ערכות סוללות NiMH?

מחפשים מארז סוללות שלא ישבור את הכיס? ערכות סוללות NiMH הן הדרך ללכת! חבילות אלה מושלמות עבור יישומים שאינם דורשים צפיפות אנרגיה גבוהה במיוחד, כמו טלפונים סלולריים, מכשירים רפואיים וכלי רכב חשמליים. בנוסף, אינך צריך לדאוג לגבי הסכנות הפוטנציאליות הקשורות למוצרי ליתיום.

האם סוללות NiMH אינן מתרוקנות מעצמן והן מועדות לאפקט הזיכרון?

סוללות NiMH קיימות מאז תחילת שנות ה-1970 ויש להן רקורד בטיחות ואמינות טוב. למרות שהם לא צריכים מערכת ניהול סוללות מורכבת (BMS) כמו סוללות ליתיום, אתה עדיין יכול לקבל BMS עבור חבילת ה-NiMH שלך כדי לעזור לה להחזיק מעמד זמן רב יותר ולתקשר עם המכשיר שלך. ואל דאגה, סוללות NiMH אינן מתפרקות מעצמן או סובלות מאפקט הזיכרון.

האם סוללות NiMH יחזיקו מעמד זמן רב כמו סוללת ליתיום?

סוללות NiMH הן בעלות ביצועי חיי מחזור טובים, אך הן אינן מחזיקות מעמד זמן רב כמו סוללות ליתיום. עם זאת, הם עדיין אופציה מצוינת אם אתה מחפש פתרון חסכוני.

האם מארז עבור חבילת סוללות מותאמת אישית NiMH זקוק לאוורור בדומה לכימיה של ליתיום?

לא, ערכות סוללות NiMH אינן זקוקות לאוורור כמו כימיה של ליתיום.

האם אני באמת צריך BMS עבור חבילת סוללות NiMH?

לא, אתה לא צריך BMS עבור ערכת הסוללות NiMH שלך, אבל זה יכול להיות מועיל. BMS יכול לעזור לחבילת הסוללה שלך להחזיק מעמד זמן רב יותר ולתקשר עם המכשיר שלך.

מה ההבדל בין NiMH לעומת ליתיום בעלות הכוללת ובגודל חבילת הסוללה?

כשזה מגיע לעלות ולגודל, ערכות סוללות NiMH הן הדרך ללכת! הם חסכוניים יותר לתכנון וייצור, והם אינם דורשים BMS מורכב כמו סוללות ליתיום. בנוסף, הם לא תופסים מקום רב כמו סוללות ליתיום, כך שתוכל להתאים יותר מהן באותו אזור.

הבדלים

Nimh Batteres Vs Alkaline

כשזה מגיע ל-NiMH לעומת אלקליין, זה באמת תלוי בצרכים שלך. אם אתה מחפש מקור כוח מהיר ואמין, אז סוללות NiMH נטענות הן הדרך ללכת. הם יכולים להחזיק מעמד עד 5-10 שנים, כך שתחסוך המון כסף בטווח הארוך. מצד שני, אם אתה צריך סוללה למכשיר עם ניקוז נמוך שיחזיק כמה חודשים, אז סוללות אלקליין חד פעמיות הן הדרך ללכת. הם זולים יותר ונוחים יותר בטווח הקצר. לכן, כשזה מגיע ל-NiMH לעומת אלקליין, זה באמת תלוי בצרכים ובתקציב שלך.

שאלות נפוצות

האם סוללות NiMH זקוקות למטען מיוחד?

כן, סוללות NiMH זקוקות למטען מיוחד! טעינת תאי NiMH היא קצת יותר מסובכת מתאי NiCd, שכן שיא המתח והנפילה שלאחר מכן שמאותתת על טעינה מלאה קטנים בהרבה. אם אתה מטעין אותם עם מטען NiCd, אתה מסתכן בטעינת יתר ופגיעה בתא, מה שעלול להוביל לקיבולת מופחתת ולתוחלת חיים קצרה יותר. לכן, אם אתה רוצה שסוללות ה-NiMH שלך יחזיקו מעמד, ודא שאתה משתמש במטען המתאים לעבודה!

מה החיסרון בשימוש בסוללות NiMH זו?

השימוש בסוללות NiMH יכול להיות קצת לגרור. הם נוטים לחתוך את החשמל באופן פתאומי כאשר נגמר להם המיץ, במקום להיעלם לאט. בנוסף, הם מתפרקים מעצמם במהירות. אז אם תשאיר אחד במגירה למשך כמה חודשים, תצטרך להטעין אותו לפני שתוכל להשתמש בו שוב. ואם אתה זקוק לעומסי כוח גבוהים או פולסים, כמו טלפונים סלולריים דיגיטליים GSM, מקלטי משדר ניידים או כלים חשמליים, עדיף לך עם סוללת NiCad. אז אם אתם מחפשים סוללה אמינה ועמידה לאורך זמן, אולי כדאי שתחפשו במקום אחר.

האם זה בסדר להשאיר סוללות NiMH טעונות במלואן?

כן, זה בסדר גמור להשאיר סוללות NiMH טעונות במלואן! למעשה, אתה יכול לאחסן אותם ללא הגבלת זמן ועדיין יהיה להם הרבה מיץ כשאתה מוכן להשתמש בהם. אין צורך לדאוג שהם יאבדו את המטען שלהם לאורך זמן. בנוסף, אם אתה מגלה שהם מעט נמוכים, פשוט תן להם כמה מחזורי טעינה/פריקה והם יהיו טובים כמו חדשים. אז קדימה, השאר את סוללות ה-NiMH טעונות במלואן - לא יפריע להן!

כמה שנים סוללות NiMH יכולות להחזיק מעמד?

סוללות NiMH יכולות להחזיק מעמד עד 5 שנים, אבל הכל תלוי איך אתה מאחסן אותן. שמור אותם במקום יבש עם לחות נמוכה, ללא גזים קורוזיביים, ובטווח טמפרטורות של -20 מעלות צלזיוס עד +45 מעלות צלזיוס. אם אתה מאחסן אותם במקום עם לחות גבוהה או טמפרטורות מתחת ל-20 מעלות צלזיוס או מעל 45 מעלות צלזיוס, אתה עלול להסתיים עם חלודה ודליפות סוללה. לכן, אם אתה רוצה שסוללות ה-NiMH שלך יחזיקו מעמד, וודא שאתה מאחסן אותן במקום הנכון! בנוסף, אם אתה רוצה שהם יחזיקו מעמד אפילו יותר זמן, טען אותם לפחות פעם בשנה כדי למנוע דליפה והידרדרות. לכן, אם תטפל היטב בסוללות ה-NiMH שלך, הן יכולות להחזיק מעמד עד 5 שנים.

סיכום

סוללות NiMH הן דרך מצוינת להפעיל את האלקטרוניקה שלך והופכות לפופולריות יותר ויותר. הם אמינים, עמידים לאורך זמן וידידותיים לסביבה, כך שאתה יכול להרגיש טוב עם השימוש בהם. בנוסף, קל למצוא אותם וזולים יחסית. לכן, אם אתם מחפשים סוללה חדשה למכשיר שלכם, NiMH היא בחירה מצוינת. רק זכור להשתמש במטען הנכון, ואל תשכח לומר "NiMH" בחיוך - זה בטוח יהפוך את היום שלך לקצת יותר מואר!

היי, אני קים, אמא וחובבת סטופ-מושן עם רקע ביצירת מדיה ופיתוח אתרים. יש לי תשוקה ענקית לציור ואנימציה, ועכשיו אני צולל עם הראש לעולם הסטופ-מושן. עם הבלוג שלי, אני חולק אתכם את הלמידה שלי.