Batérie NiMH: Čo sú to?

od kim Aktualizované: Júla 9, 2022

Čo sú NiMH batérie? Nikel-metal hydridové batérie sú typom nabíjateľných batérií. Používajú sa v mnohých rôznych zariadeniach, od áut po hračky smartphony.

Majú veľa výhod oproti iným typom batérií a vďaka tomu sú dosť obľúbené. Ale čo sú v skutočnosti?

História NiMH batérií

Vynález

V roku 1967 niekoľko jasných iskier vo výskumnom centre Battelle-Ženeva vyvolalo mozgovú vlnu a vynašli NiMH batériu. Bol založený na zmesi spekaných zliatin Ti2Ni+TiNi+x a elektród NiOOH. Daimler-Benz a Volkswagen AG sa zapojili a sponzorovali vývoj batérie počas nasledujúcich dvoch desaťročí.

Zlepšenie

V 70-tych rokoch bola nikel-vodíková batéria komercializovaná pre satelitné aplikácie, čo vyvolalo záujem o hydridovú technológiu ako alternatívu k objemnému skladovaniu vodíka. Philips Laboratories a francúzska CNRS vyvinuli nové vysokoenergetické hybridné zliatiny obsahujúce kovy vzácnych zemín pre zápornú elektródu. Ale tieto zliatiny neboli stabilné v alkalickom elektrolyte, takže neboli vhodné na spotrebiteľské použitie.

Prielom

V roku 1987 Willems a Buschow urobili prelom s konštrukciou batérie, ktorá používala zmes La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1. Táto batéria si po 84 4000 cykloch nabíjania a vybíjania udržala XNUMX % svojej kapacity nabitia. Čoskoro boli vyvinuté ekonomicky životaschopnejšie zliatiny používajúce zmiešaný kov namiesto lantánu.

Spotrebiteľská trieda

V roku 1989 boli k dispozícii prvé NiMH články spotrebiteľskej triedy av roku 1998 spoločnosť Ovonic Battery Co. zlepšila štruktúru a zloženie zliatiny Ti–Ni a patentovala svoje inovácie. Do roku 2008 sa na celom svete vyrobilo viac ako dva milióny hybridných automobilov s batériami NiMH.

Popularita

V Európskej únii nahradili Ni-Cd batérie pre prenosné spotrebiteľské batérie NiMH batérie. V Japonsku v roku 2010 bolo 22 % predaných prenosných nabíjateľných batérií NiMH a vo Švajčiarsku v roku 2009 bola ekvivalentná štatistika približne 60 %. Toto percento však časom kleslo v dôsledku nárastu výroby lítium-iónových batérií.

Budúcnosť

V roku 2015 spoločnosť BASF vyrobila upravenú mikroštruktúru, vďaka ktorej boli batérie NiMH odolnejšie, čo umožnilo zmeny konštrukcie článkov, ktoré výrazne ušetrili hmotnosť a zvýšili špecifickú energiu na 140 watthodín na kilogram. Takže budúcnosť NiMH batérií vyzerá jasne!

Chémia za nikel-metal hydridovými batériami

Čo je elektrochémia?

Elektrochémia je štúdium vzťahu medzi elektrinou a chemickými reakciami. Je to veda za batériami a takto fungujú nikel-metalhydridové (NiMH) batérie.

Reakcie vo vnútri NiMH batérie

NiMH batérie sa skladajú z dvoch elektród, kladnej a zápornej. Reakcie, ktoré sa vyskytujú vo vnútri batérie, sú to, vďaka čomu funguje. Tu je to, čo sa deje:

• Na zápornej elektróde sa voda a kov spájajú s elektrónom za vzniku OH- a hydridu kovu.
• Na kladnej elektróde vzniká oxyhydroxid nikelnatý, keď sa hydroxid nikelnatý a OH- skombinujú s elektrónom.
• Počas nabíjania sa reakcie pohybujú zľava doprava. Počas vybíjania sa reakcie pohybujú sprava doľava.

Komponenty NiMH batérie

Záporná elektróda NiMH batérie je tvorená intermetalickou zlúčeninou. Najbežnejším typom je AB5, čo je zmes prvkov vzácnych zemín ako lantán, cér, neodým a prazeodým v kombinácii s niklom, kobaltom, mangánom alebo hliníkom.

Niektoré batérie NiMH používajú záporné elektródové materiály s vyššou kapacitou na báze zlúčenín AB2, ktorými sú titán alebo vanád v kombinácii so zirkónom alebo niklom a modifikované chrómom, kobaltom, železom alebo mangánom.

Elektrolytom v NiMH batérii je zvyčajne hydroxid draselný a kladnou elektródou je hydroxid nikelnatý. Zápornou elektródou je vodík vo forme intersticiálneho hydridu kovu. Na separáciu sa používa netkaný polyolefín.

Takže tu to máte! Teraz poznáte chémiu za NiMH batériami.

Čo je to bipolárna batéria?

Čím sú bipolárne batérie jedinečné?

Bipolárne batérie sú trochu iné ako vaše štandardné batérie. Používajú pevný polymérny membránový gélový separátor, ktorý pomáha predchádzať skratom v systémoch kvapalný elektrolyt. To z nich robí skvelú voľbu pre elektrické vozidlá, pretože dokážu uskladniť veľa energie a udržať ju v bezpečí.

Prečo by som sa mal starať o bipolárne batérie?

Ak hľadáte batériu, ktorá dokáže uložiť veľa energie a udržať ju v bezpečí, potom by pre vás mohla byť tou správnou voľbou bipolárna batéria. Pre elektromobily sú čoraz obľúbenejšie, takže ak ich hľadáte, určite by ste mali pouvažovať nad bipolárnou batériou. Tu je dôvod:

• Sú navrhnuté tak, aby zabránili vzniku skratov v systémoch s kvapalným elektrolytom.
• Dokážu uložiť veľa energie, vďaka čomu sú ideálne pre elektrické vozidlá.
• Sú čoraz populárnejšie, takže si môžete byť istí, že dostanete kvalitný produkt.

Bezpečné nabíjanie NiMH batérií

Rýchle nabíjanie

Keď sa ponáhľate a potrebujete nabiť svoje NiMH články, je najlepšie použiť inteligentnú batériu nabíjačka aby sa zabránilo prebíjaniu, ktoré môže poškodiť články. Tu je niekoľko tipov, ktoré treba mať na pamäti:

• Použite pevný nízky prúd, s časovačom alebo bez neho.
• Nenabíjajte dlhšie ako 10-20 hodín.
• Ak potrebujete udržať svoje články v plne nabitom stave, použite udržiavacie nabíjanie pri C/300.
• Použite prístup s nižším pracovným cyklom na kompenzáciu prirodzeného samovybíjania.

Spôsob nabíjania ΔV

Aby sa predišlo poškodeniu článkov, rýchlonabíjačky musia ukončiť svoj nabíjací cyklus skôr, ako dôjde k prebitiu. Postup:

• Sledujte zmenu napätia s časom a zastavte, keď je batéria úplne nabitá.
• Sledujte zmenu napätia v závislosti od času a zastavte, keď sa stane nulou.
• Použite nabíjací obvod s konštantným prúdom.
• Nabíjanie ukončite, keď napätie klesne o 5 – 10 mV na článok oproti špičkovému napätiu.

Spôsob nabíjania ΔT

Táto metóda využíva snímač teploty na zistenie, kedy je batéria nabitá. Tu je postup:

• Použite nabíjací obvod s konštantným prúdom.
• Sledujte rýchlosť zvyšovania teploty a zastavte, keď dosiahne 1 °C za minútu.
• Použite absolútnu teplotnú hranicu pri 60 °C.
• Nasledujte počiatočné rýchle nabíjanie s periódou udržiavacieho nabíjania.

Bezpečnostné tipy

Aby boli vaše bunky v bezpečí, je potrebné mať na pamäti niekoľko vecí:

• Použite resetovateľnú poistku v sérii s článkom, najmä typu bimetalového pásika.
• Moderné články NiMH obsahujú katalyzátory na spracovanie plynov produkovaných nadmerným nabíjaním.
• Nepoužívajte nabíjací prúd vyšší ako 0.1 C.

Čo je vybíjanie v dobíjateľných batériách?

Čo je výboj?

Vybíjanie je proces, pri ktorom sa z nabíjateľnej batérie uvoľňuje energia. Keď je batéria vybitá, uvoľňuje priemerne 1.25 voltu na článok, ktorý potom klesne na približne 1.0 až 1.1 voltu na článok.

Aký je vplyv vypúšťania?

Vybíjanie môže mať na nabíjateľnú batériu niekoľko rôznych dopadov. Tu sú niektoré z najbežnejších:

• Úplné vybitie viacčlánkových blokov môže spôsobiť prepólovanie jedného alebo viacerých článkov, čo ich môže trvalo poškodiť.
• Nízkonapäťové prahové vypínače môžu spôsobiť nezvratné poškodenie, keď sa teplota článkov mení.
• Rýchlosť samovybíjania sa značne líši v závislosti od teploty, kde nižšia skladovacia teplota vedie k pomalšiemu vybíjaniu a dlhšej životnosti batérie.

Ako zlepšiť samovybíjanie?

Existuje niekoľko spôsobov, ako zlepšiť samovybíjanie v nabíjateľných batériách:

• Na odstránenie zlúčenín obsahujúcich dusík použite sulfónovaný separátor.
• Na zníženie tvorby úlomkov Al a Mn v separátore použite separátor PP očkovaný kyselinou akrylovou.
• Odstráňte Co a Mn zo zliatiny A2B7 MH, aby ste znížili tvorbu úlomkov v separátore.
• Zvýšte množstvo elektrolytu, aby ste znížili difúziu vodíka v elektrolyte.
• Odstráňte komponenty obsahujúce Cu, aby ste znížili mikroskrat.
• Na potlačenie korózie použite PTFE povlak na kladnej elektróde.

Porovnanie NiMH batérií s inými typmi

NiMH články vs. primárne batérie

NiMH články sú vhodnou voľbou pre zariadenia s vysokým odberom, ako sú digitálne Kamery,pretože vydržia primárne batérie ako alkalické. Tu je dôvod:

• NiMH články majú nižší vnútorný odpor, čo znamená, že zvládnu vyššie prúdové nároky bez straty kapacity.
• Alkalické batérie veľkosti AA ponúkajú pri nízkom prúdovom odbere (2600 mA) kapacitu 25 mAh, no pri záťaži 1300 mA len 500 mAh.
• NiMH články dokážu dodať tieto úrovne prúdu bez straty kapacity.

NiMH články vs. lítium-iónové batérie

Lítium-iónové batérie majú vyššiu špecifickú energiu ako batérie NiMH, ale sú oveľa drahšie. Navyše produkujú vyššie napätie (3.2–3.7 V nominálne), takže ak ich chcete použiť ako náhradnú za alkalické batérie, potrebujete obvody na zníženie napätia.

Podiel na trhu batérií NiMH

V roku 2005 predstavovali batérie NiMH iba 3 % trhu s batériami. Ale ak hľadáte batériu, ktorá vydrží, sú správna!

Sila NiMH batérií

Vysokovýkonné Ni-MH batérie

NiMH batérie sú tou správnou cestou, ak hľadáte spoľahlivý a výkonný zdroj energie. Bežne sa používajú v batériách typu AA a majú nominálnu kapacitu nabíjania 1.1 – 2.8 Ah pri 1.2 V. Navyše dokážu prevádzkovať mnoho zariadení navrhnutých pre 1.5 V.

NiMH batérie v elektrických a hybridných elektrických vozidlách

Batérie NiMH sa v elektrických a hybridných elektrických vozidlách používajú už roky. Nájdete ich v General Motors EV1, Toyota RAV4 EV, Honda EV Plus, Ford Ranger EV, skútri Vectrix, Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid a Honda Civic Hybrid.

Vynález NiMH batérie

Stanford R. Ovshinsky vynašiel a patentoval populárne zlepšenie NiMH batérie a založil Ovonic Battery Company v roku 1982. General Motors kúpil patent Ovonics v roku 1994 a koncom 1990-tych rokov sa NiMH batérie úspešne používali v mnohých plne elektrických vozidlách.

Patentové zaťaženie batérií NiMH

V októbri 2000 bol patent predaný Texaco a o týždeň neskôr Texaco získal Chevron. Dcérska spoločnosť Chevron Cobasys poskytuje tieto batérie iba veľkým objednávkam OEM. Vzniklo tak patentové bremeno pre veľké automobilové NiMH batérie.

Ak teda hľadáte spoľahlivý a výkonný zdroj energie, NiMH batérie sú tou správnou cestou. Používajú sa v elektrických a hybridných elektrických vozidlách už roky a stále sú silné. Navyše, s vynálezom NiMH batérie si môžete byť istí, že dostanete produkt najvyššej kvality. Tak na čo čakáš? Získajte svoje NiMH batérie ešte dnes!

Čo sú to nikel-kadmiové (NiCAD) batérie?

Prvá NiCad batéria na svete bola vynájdená švédskym vedcom už v roku 1899 a odvtedy došlo k mnohým zlepšeniam. Z čoho sú teda tieto batérie vyrobené?

komponenty

NiCAD batérie sa skladajú z:

• Kladná elektródová doska z oxidu niklu a hydroxidu niklu
• Kadmiová záporná elektródová doska
• Oddeľovač
• Elektrolyt hydroxidu draselného

použitie

Batérie NiCAD sa používajú v širokej škále produktov, ako sú:

• hračky
• Núdzové osvetlenie
• Medicínske vybavenie
• Komerčné a priemyselné produkty
• Elektrické holiace strojčeky
• Obojsmerné rádiá
• Elektrické náradie

Výhody

Batérie NiCAD majú množstvo výhod, ako napríklad:

• Rýchlo sa nabíjajú a ľahko sa nabíjajú
• Ľahko sa skladujú a odosielajú
• Môžu prijať vysoký počet poplatkov
• Obsahujú však toxické kovy, ktoré môžu byť škodlivé pre životné prostredie

Takže tu to máte, batérie NiCAD sú skvelým spôsobom, ako napájať vaše prístroje a vecičky, ale po dokončení ich zlikvidujte správne!

Všetko, čo potrebujete vedieť o batériách NiMH

NiMH batérie sú nové deti v tomto bloku, ktoré boli vyvinuté koncom 1960. rokov a zdokonalené koncom 1980. rokov. Ale ktoré to sú a prečo by vás to malo zaujímať? Pozrime sa!

Čo obsahuje NiMH batéria?

NiMH batérie sa skladajú zo štyroch hlavných komponentov:

• Kladná elektródová doska z hydroxidu nikelnatého
• Záporná elektródová doska s vodíkovými iónmi
• Oddeľovač
• Alkalický elektrolyt ako hydroxid draselný

Kde sa používajú NiMH batérie?

Batérie NiMH sa používajú v rôznych produktoch, od automobilových batérií po lekárske prístroje, pagery, mobilné telefóny, videokamery, digitálne fotoaparáty, elektrické zubné kefky a ďalšie.

Aké sú výhody NiMH batérií?

Batérie NiMH sa dodávajú s množstvom výhod:

• Vysoká kapacita v porovnaní s inými dobíjacími batériami
• Odoláva nadmernému nabitiu a nadmernému vybitiu
• Šetrné k životnému prostrediu: žiadne nebezpečné chemikálie ako kadmium, ortuť alebo olovo
• Vypnite energiu náhle a nie pomaly

Ak teda hľadáte spoľahlivú, ekologickú batériu, NiMH je tá správna cesta!

Lítiové vs NiMH batérie: Aký je rozdiel?

Aké sú najlepšie aplikácie pre NiMH batérie?

Hľadáte batériu, ktorá vás nezničí? Batérie NiMH sú správna cesta! Tieto balíčky sú ideálne pre aplikácie, ktoré nevyžadujú mimoriadne vysokú hustotu energie, ako sú mobilné telefóny, lekárske zariadenia a elektrické vozidlá. Navyše sa nemusíte obávať potenciálnych rizík spojených s lítiovými produktmi.

Nevybíjajú sa NiMH batérie samovoľne a sú náchylné na pamäťový efekt?

Batérie NiMH existujú od začiatku 1970. rokov minulého storočia a majú dobrú úroveň bezpečnosti a spoľahlivosti. Aj keď nepotrebujú zložitý systém správy batérií (BMS), ako to robia lítiové batérie, stále môžete získať BMS pre váš NiMH akumulátor, ktorý vám pomôže dlhšie vydržať a komunikovať s vaším zariadením. A nebojte sa, NiMH batérie sa nevybíjajú a netrpia pamäťovým efektom.

Vydržia NiMH batérie tak dlho ako lítiové batérie?

Batérie NiMH majú dobrú životnosť cyklu, ale nevydržia tak dlho ako lítiové batérie. Stále sú však skvelou voľbou, ak hľadáte cenovo výhodné riešenie.

Potrebuje kryt pre vlastnú NiMH súpravu batérií vetranie ako pri lítiovej chémii?

Nie, NiMH batérie nepotrebujú vetranie ako lítiová chémia.

Naozaj potrebujem BMS pre NiMH batériu?

Nie, nepotrebujete BMS pre váš NiMH akumulátor, ale môže byť užitočný. BMS môže pomôcť vašej batérii vydržať dlhšie a komunikovať s vaším zariadením.

Aký je rozdiel medzi NiMH a lítiom v celkových nákladoch a veľkosti batérie?

Pokiaľ ide o cenu a veľkosť, batérie NiMH sú tou správnou cestou! Ich dizajn a výroba sú nákladovo efektívnejšie a nevyžadujú zložité BMS ako lítiové batérie. Navyše nezaberú toľko miesta ako lítiové batérie, takže sa ich na rovnakú plochu zmestí viac.

Rozdiely

Nimh batérie vs alkalické

Pokiaľ ide o NiMH vs. alkalické, skutočne to závisí od vašich potrieb. Ak hľadáte rýchly a spoľahlivý zdroj energie, potom sú dobíjacie batérie NiMH tou správnou cestou. Vydržia až 5-10 rokov, takže z dlhodobého hľadiska ušetríte kopec peňazí. Na druhej strane, ak potrebujete batériu do zariadenia s nízkou spotrebou energie, ktorá vydrží niekoľko mesiacov, potom sú alkalické batérie na jedno použitie tou správnou cestou. Z krátkodobého hľadiska sú lacnejšie a pohodlnejšie. Takže pokiaľ ide o NiMH vs. alkalické, naozaj to závisí od vašich potrieb a rozpočtu.

FAQ

Potrebujú batérie NiMH špeciálnu nabíjačku?

Áno, NiMH batérie potrebujú špeciálnu nabíjačku! Nabíjanie NiMH článkov je o niečo zložitejšie ako NiCd článkov, pretože napäťová špička a následný pokles, ktorý signalizuje úplné nabitie, je oveľa menší. Ak ich nabíjate NiCd nabíjačkou, riskujete prebitie a poškodenie článku, čo môže viesť k zníženiu kapacity a kratšej životnosti. Ak teda chcete, aby vaše batérie NiMH vydržali, uistite sa, že pre danú prácu používate správnu nabíjačku!

Aká je nevýhoda používania týchto NiMH batérií?

Používanie batérií NiMH môže byť trochu náročné. Majú tendenciu náhle prerušiť výkon, keď im dôjde šťava, namiesto toho, aby pomaly vybledli. Navyše sa rýchlo samovybíjajú. Ak ho teda necháte niekoľko mesiacov v zásuvke, budete ho musieť pred ďalším použitím nabiť. A ak potrebujete vysoký výkon alebo impulzné zaťaženie, ako napríklad na digitálnych mobilných telefónoch GSM, prenosných vysielačoch s prijímačom alebo náradím, je lepšie použiť NiCad batériu. Ak teda hľadáte batériu, ktorá je spoľahlivá a má dlhú výdrž, možno budete chcieť hľadať inde.

Je v poriadku nechať batérie NiMH plne nabité?

Áno, je úplne v poriadku nechať batérie NiMH plne nabité! V skutočnosti ich môžete skladovať neobmedzene dlho a stále budú mať dostatok šťavy, keď ich budete pripravení použiť. Netreba sa báť, že časom stratia náboj. Navyše, ak zistíte, že sú trochu málo, stačí im pár cyklov nabitia/vybitia a budú ako nové. Takže pokračujte a nechajte tie NiMH batérie plne nabité – nebude im to vadiť!

Koľko rokov vydržia batérie NiMH?

Batérie NiMH vám vydržia až 5 rokov, no všetko závisí od spôsobu skladovania. Uchovávajte ich na suchom mieste s nízkou vlhkosťou, bez korozívnych plynov a pri teplotách od -20°C do +45°C. Ak ich skladujete na mieste s vysokou vlhkosťou alebo teplotami pod -20 °C alebo nad +45 °C, môže dôjsť k hrdzi a vytečeniu batérie. Ak teda chcete, aby vám batérie NiMH vydržali, nezabudnite ich uložiť na správne miesto! Navyše, ak chcete, aby vydržali ešte dlhšie, nabíjajte ich aspoň raz za rok, aby ste predišli vytečeniu a znehodnoteniu. Ak sa teda o svoje NiMH batérie budete dobre starať, vydržia vám až 5 rokov.

záver

NiMH batérie sú skvelým spôsobom, ako napájať vašu elektroniku a stávajú sa čoraz obľúbenejšími. Sú spoľahlivé, s dlhou životnosťou a šetrné k životnému prostrediu, takže sa pri ich používaní môžete cítiť dobre. Navyše sa dajú ľahko nájsť a sú relatívne lacné. Ak teda hľadáte novú batériu pre svoje zariadenie, NiMH je skvelá voľba. Len nezabudnite použiť správnu nabíjačku a nezabudnite povedať „NiMH“ s úsmevom – určite vám to rozjasní deň!

Ahoj, som Kim, mama a nadšenkyňa stop-motion so skúsenosťami v oblasti mediálnej tvorby a vývoja webu. Mám obrovskú vášeň pre kreslenie a animáciu a teraz sa ponáram po hlave do sveta stop-motion. Prostredníctvom môjho blogu sa s vami podelím o moje poznatky.