NiMH baterije: kaj so?

kim Posodobljeno: Julij 9, 2022

Kaj so NiMH baterije? Nikelj-metal-hidridne baterije so vrsta polnilne baterije. Uporabljajo se v številnih različnih napravah, od avtomobilov do igrač pametne telefone.

Imajo veliko prednosti pred drugimi vrstami baterij in so zaradi tega zelo priljubljeni. Toda kaj so v resnici?

Zgodovina NiMH baterij

Izum

Leta 1967 je nekaj svetlih iskric v raziskovalnem centru Battelle-Geneva premislilo in izumilo baterijo NiMH. Temeljil je na mešanici sintranih zlitin Ti2Ni+TiNi+x in elektrod NiOOH. Daimler-Benz in Volkswagen AG sta se vključila in sponzorirala razvoj baterije v naslednjih dveh desetletjih.

Izboljšanje

V 70. letih prejšnjega stoletja so nikelj-vodikovo baterijo komercializirali za satelitske aplikacije, kar je vzbudilo zanimanje za hidridno tehnologijo kot alternativo obsežnemu shranjevanju vodika. Philips Laboratories in francoski CNRS sta razvila nove visokoenergijske hibridne zlitine, ki vsebujejo redke zemeljske kovine za negativno elektrodo. Toda te zlitine niso bile stabilne v alkalnem elektrolitu, zato niso bile primerne za potrošniško uporabo.

Preboj

Leta 1987 sta Willems in Buschow naredila preboj s svojo zasnovo baterije, ki je uporabila mešanico La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1. Ta baterija je po 84 ciklih polnjenja in praznjenja ohranila 4000 % svoje napolnjenosti. Kmalu so bile razvite ekonomsko bolj sprejemljive zlitine, ki uporabljajo mischmetal namesto lantana.

Potrošniški razred

Leta 1989 so postale na voljo prve celice NiMH za potrošnike, leta 1998 pa je Ovonic Battery Co. izboljšal strukturo in sestavo zlitine Ti–Ni ter patentiral svoje inovacije. Do leta 2008 je bilo po vsem svetu izdelanih več kot dva milijona hibridnih avtomobilov z baterijami NiMH.

Priljubljenost

V Evropski uniji so NiMH baterije zamenjale Ni–Cd baterije za prenosno potrošniško uporabo. Na Japonskem je bilo leta 2010 22 % prodanih prenosnih polnilnih baterij NiMH, v Švici leta 2009 pa je bila enaka statistika okoli 60 %. Toda ta odstotek se je sčasoma zmanjšal zaradi povečanja proizvodnje litij-ionskih baterij.

Prihodnost

Leta 2015 je BASF izdelal spremenjeno mikrostrukturo, ki je naredila baterije NiMH bolj vzdržljive, kar je omogočilo spremembe v zasnovi celice, ki so znatno prihranile težo in povečale specifično energijo na 140 vatnih ur na kilogram. Tako je prihodnost NiMH baterij videti svetla!

Kemija v ozadju nikelj-metal-hidridnih baterij

Kaj je elektrokemija?

Elektrokemija preučuje odnos med elektriko in kemičnimi reakcijami. Za baterijami stoji znanost in tako delujejo nikelj-metal-hidridne (NiMH) baterije.

Reakcije znotraj NiMH baterije

NiMH baterije so sestavljene iz dveh elektrod, pozitivne in negativne. Reakcije, ki se zgodijo znotraj baterije, so tiste, zaradi katerih deluje. Evo, kaj se dogaja:

• Na negativni elektrodi se voda in kovina združita z elektronom, da tvorita OH- in kovinski hidrid.
• Na pozitivni elektrodi nastane nikljev oksihidroksid, ko se nikljev hidroksid in OH- združita z elektronom.
• Med polnjenjem se reakcije premikajo od leve proti desni. Med praznjenjem se reakcije premikajo od desne proti levi.

Sestavni deli NiMH baterije

Negativna elektroda baterije NiMH je sestavljena iz intermetalne spojine. Najpogostejši tip je AB5, ki je mešanica elementov redkih zemelj, kot so lantan, cerij, neodim in prazeodim, v kombinaciji z nikljem, kobaltom, manganom ali aluminijem.

Nekatere baterije NiMH uporabljajo materiale negativnih elektrod z večjo zmogljivostjo na osnovi spojin AB2, ki so titan ali vanadij v kombinaciji s cirkonijem ali nikljem in modificirani s kromom, kobaltom, železom ali manganom.

Elektrolit v bateriji NiMH je običajno kalijev hidroksid, pozitivna elektroda pa je nikljev hidroksid. Negativna elektroda je vodik v obliki intersticijskega kovinskega hidrida. Za ločevanje se uporablja netkani poliolefin.

Torej ga imate! Zdaj poznate kemijo v ozadju NiMH baterij.

Kaj je bipolarna baterija?

Kaj naredi bipolarne baterije edinstvene?

Bipolarne baterije se nekoliko razlikujejo od standardnih baterij. Uporabljajo trdni polimerni membranski gel separator, ki pomaga preprečevati kratke stike v sistemih s tekočim elektrolitom. Zaradi tega so odlična izbira za električna vozila, saj lahko shranijo veliko energije in jo ohranjajo varno.

Zakaj bi me morale zanimati bipolarne baterije?

Če iščete baterijo, ki lahko shrani veliko energije in jo ohranja varno, potem je bipolarna baterija morda prava izbira za vas. Postajajo vse bolj priljubljeni za električna vozila, tako da, če ste na trgu za eno, morate vsekakor razmisliti o bipolarni bateriji. Evo zakaj:

• Zasnovani so tako, da preprečujejo kratke stike v sistemih s tekočim elektrolitom.
• Shranijo lahko veliko energije, zaradi česar so idealni za električna vozila.
• Postajajo vse bolj priljubljeni, zato ste lahko prepričani, da dobite kakovosten izdelek.

Varno polnjenje NiMH baterij

Hitro polnjenje

Ko se vam mudi in morate napolniti NiMH celice, je najbolje uporabiti pametno baterijo polnilec da se izognete prekomernemu polnjenju, ki lahko poškoduje celice. Upoštevajte nekaj nasvetov:

• Uporabite fiksni nizek tok, s časovnikom ali brez njega.
• Ne polnite več kot 10-20 ur.
• Uporabite kapalno polnjenje pri C/300, če želite ohraniti svoje celice v popolnoma napolnjenem stanju.
• Za izravnavo naravnega samopraznjenja uporabite pristop nižjega delovnega cikla.

ΔV način polnjenja

Da bi preprečili poškodbe celic, morajo hitri polnilniki prekiniti cikel polnjenja, preden pride do prenapolnjenosti. To storite tako:

• Spremljajte spremembo napetosti s časom in se ustavite, ko je baterija popolnoma napolnjena.
• Spremljajte spremembo napetosti glede na čas in se ustavite, ko postane nič.
• Uporabite polnilno vezje s konstantnim tokom.
• Prekinite polnjenje, ko napetost pade za 5-10 mV na celico od najvišje napetosti.

ΔT način polnjenja

Ta metoda uporablja temperaturni senzor za zaznavanje, kdaj je baterija polna. Tukaj je, kaj storiti:

• Uporabite polnilno vezje s konstantnim tokom.
• Spremljajte hitrost naraščanja temperature in prenehajte, ko doseže 1 °C na minuto.
• Uporabite absolutno temperaturno mejo pri 60 °C.
• Začetnemu hitremu polnjenju sledite obdobje postopnega polnjenja.

varnostni nasveti

Da bodo vaše celice varne, morate upoštevati nekaj stvari:

• Uporabite ponastavljivo varovalko v seriji s celico, zlasti bimetalni trak.
• Sodobne celice NiMH vsebujejo katalizatorje za ravnanje s plini, ki nastanejo zaradi prekomernega polnjenja.
• Ne uporabljajte polnilnega toka, večjega od 0.1 C.

Kaj je praznjenje v baterijah za polnjenje?

Kaj je razrešnica?

Praznjenje je proces, pri katerem polnilna baterija sprošča energijo. Ko je baterija izpraznjena, sprosti povprečno 1.25 voltov na celico, ki nato pade na približno 1.0-1.1 voltov na celico.

Kakšen je vpliv razrešnice?

Praznjenje ima lahko nekaj različnih vplivov na akumulatorsko baterijo. Tukaj je nekaj najpogostejših:

• Popolna izpraznitev večceličnih paketov lahko povzroči obratno polarnost v eni ali več celicah, kar jih lahko trajno poškoduje.
• Izklopi praga nizke napetosti lahko povzročijo nepopravljivo škodo, ko celice spreminjajo temperaturo.
• Hitrost samopraznjenja se močno spreminja glede na temperaturo, kjer nižja temperatura shranjevanja povzroči počasnejše praznjenje in daljšo življenjsko dobo baterije.

Kako izboljšati samopraznjenje?

Samopraznjenje baterij za ponovno polnjenje lahko izboljšate na nekaj načinov:

• Za odstranitev spojin, ki vsebujejo N, uporabite sulfonirani separator.
• Uporabite PP separator s cepljeno akrilno kislino, da zmanjšate nastajanje ostankov Al in Mn v separatorju.
• Odstranite Co in Mn v zlitini A2B7 MH, da zmanjšate nastajanje ostankov v separatorju.
• Povečajte količino elektrolita, da zmanjšate difuzijo vodika v elektrolitu.
• Odstranite komponente, ki vsebujejo Cu, da zmanjšate mikro kratke stike.
• Uporabite PTFE prevleko na pozitivni elektrodi za preprečevanje korozije.

Primerjava NiMH baterij z drugimi vrstami

NiMH celice v primerjavi s primarnimi baterijami

Celice NiMH so najboljša izbira za naprave z visoko porabo energije, kot je digitalna kamere, ker imajo daljšo življenjsko dobo od primarnih baterij, kot so alkalne. Evo zakaj:

• NiMH celice imajo manjši notranji upor, kar pomeni, da lahko prenesejo višje tokovne zahteve brez izgube zmogljivosti.
• Alkalne baterije velikosti AA ponujajo kapaciteto 2600 mAh pri nizkem tokovnem povpraševanju (25 mA), vendar kapaciteto le 1300 mAh pri obremenitvi 500 mA.
• Celice NiMH lahko zagotovijo te trenutne ravni brez izgube zmogljivosti.

NiMH celice proti litij-ionskim baterijam

Litij-ionske baterije imajo višjo specifično energijo kot NiMH baterije, vendar so veliko dražje. Poleg tega proizvajajo višjo napetost (3.2–3.7 V nominalno), zato potrebujete vezje za zmanjšanje napetosti, če jih želite uporabiti kot zamenjavo za alkalne baterije.

Tržni delež baterij NiMH

Leta 2005 so NiMH baterije predstavljale le 3 % trga baterij. Toda če iščete baterijo, ki bo zdržala, so prava izbira!

Moč NiMH baterij

Visokozmogljive Ni–MH baterije

Baterije NiMH so prava izbira, če iščete zanesljiv in močan vir energije. Običajno se uporabljajo v baterijah AA in imajo nominalno kapaciteto polnjenja 1.1–2.8 Ah pri 1.2 V. Poleg tega lahko upravljajo številne naprave, zasnovane za 1.5 V.

NiMH baterije v električnih in hibridnih električnih vozilih

Baterije NiMH se že leta uporabljajo v električnih in hibridno-električnih vozilih. Najdete jih v General Motors EV1, Toyoti RAV4 EV, Hondi EV Plus, Ford Ranger EV, skuterju Vectrix, Toyoti Prius, Hondi Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid in Hondi Civic Hybrid.

Izum NiMH baterije

Stanford R. Ovshinsky je izumil in patentiral priljubljeno izboljšavo NiMH baterije in leta 1982 ustanovil Ovonic Battery Company. General Motors je leta 1994 odkupil Ovonicsov patent in do poznih 1990-ih so se baterije NiMH uspešno uporabljale v številnih popolnoma električnih vozilih.

Patentna obremenitev NiMH baterij

Oktobra 2000 je bil patent prodan Texacu, teden kasneje pa je Texaco prevzel Chevron. Chevronova podružnica Cobasys zagotavlja te baterije samo velikim naročilom OEM. To je povzročilo patentno obremenitev za velike avtomobilske baterije NiMH.

Torej, če iščete zanesljiv in močan vir energije, so NiMH baterije prava izbira. Že leta se uporabljajo v električnih in hibridno-električnih vozilih in še vedno so močni. Poleg tega ste lahko z izumom baterije NiMH prepričani, da dobite izdelek najboljše kakovosti. Torej, kaj še čakaš? Zagotovite si NiMH baterije še danes!

Kaj so nikelj-kadmijeve (NiCAD) baterije?

Prvo NiCad baterijo na svetu je izumil švedski znanstvenik davnega leta 1899 in od takrat je bilo veliko izboljšav. Torej, iz česa so te baterije?

Sestavni deli

NiCAD baterije so sestavljene iz:

• Plošča s pozitivno elektrodo iz nikljevega (III) oksida
• Kadmijeva negativna elektrodna plošča
• Ločilo
• Elektrolit kalijevega hidroksida

uporabljate

NiCAD baterije se uporabljajo v številnih izdelkih, kot so:

• Igrače
• Zasilna razsvetljava
• Medicinska oprema
• Komercialni in industrijski izdelki
• Električne britvice
• Dvosmerni radijski sprejemniki
• Električna orodja

prednosti

NiCAD baterije imajo številne prednosti, kot so:

• Polnijo se hitro in jih je enostavno polniti
• Enostavne so za shranjevanje in pošiljanje
• Prenesejo lahko veliko število nabojev
• Vendar pa vsebujejo strupene kovine, ki so lahko škodljive za okolje

Tako imate, baterije NiCAD so odličen način za napajanje vaših pripomočkov in pripomočkov, vendar se prepričajte, da jih pravilno zavržete, ko končate!

Vse, kar morate vedeti o baterijah NiMH

Baterije NiMH so novi otroci, ki so jih razvili v poznih 1960-ih in izpopolnili v poznih 1980-ih. Toda kaj so in zakaj bi vas moralo skrbeti? Poglejmo si!

Kaj je v NiMH bateriji?

NiMH baterije so sestavljene iz štirih glavnih komponent:

• Pozitivna elektrodna plošča iz nikljevega hidroksida
• Vodikova ionska negativna elektrodna plošča
• Ločilo
• Alkalen elektrolit, kot je kalijev hidroksid

Kje se uporabljajo NiMH baterije?

NiMH baterije se uporabljajo v različnih izdelkih, od avtomobilskih baterij do medicinskih instrumentov, pozivnikov, mobilnih telefonov, video kamer, digitalnih fotoaparatov, električnih zobnih ščetk itd.

Kakšne so prednosti NiMH baterij?

Baterije NiMH imajo številne ugodnosti:

• Visoka zmogljivost v primerjavi z drugimi polnilnimi baterijami
• Odporen na prekomerno polnjenje in prekomerno praznjenje
• Okolju prijazen: brez nevarnih kemikalij, kot so kadmij, živo srebro ali svinec
• Prekinite napajanje nenadoma, ne pa počasi

Če torej iščete zanesljivo, okolju prijazno baterijo, je NiMH prava izbira!

Litijeve proti NiMH baterijam: Kakšna je razlika?

Katere so najboljše aplikacije za baterije NiMH?

Ali iščete baterijo, ki ne bo pokvarila denarja? Baterije NiMH so prava pot! Ti paketi so popolni za aplikacije, ki ne zahtevajo super visoke gostote energije, kot so mobilni telefoni, medicinske naprave in električna vozila. Poleg tega vam ni treba skrbeti za morebitne nevarnosti, povezane z izdelki iz litija.

Ali se NiMH baterije ne izpraznijo in so nagnjene k spominskemu učinku?

Baterije NiMH obstajajo že od zgodnjih sedemdesetih let prejšnjega stoletja in imajo dobre rezultate glede varnosti in zanesljivosti. Čeprav ne potrebujejo zapletenega sistema za upravljanje baterij (BMS), kot ga potrebujejo litijeve baterije, lahko še vedno dobite BMS za vaš paket NiMH, da bo zdržal dlje in bo komuniciral z vašo napravo. In ne skrbite, baterije NiMH se ne praznijo same od sebe in nimajo spominskega učinka.

Ali bodo baterije NiMH zdržale tako dolgo kot litijeve baterije?

NiMH baterije imajo dobro življenjsko dobo, vendar ne zdržijo tako dolgo kot litijeve baterije. Vendar so še vedno odlična možnost, če iščete stroškovno učinkovito rešitev.

Ali ohišje za NiMH baterijo po meri potrebuje prezračevanje, podobno kot litijeva kemija?

Ne, paketi baterij NiMH ne potrebujejo odzračevanja kot litijeva kemija.

Ali res potrebujem BMS za baterijo NiMH?

Ne, ne potrebujete BMS za baterijo NiMH, vendar je lahko v pomoč. BMS lahko pomaga, da baterija zdrži dlje in komunicira z vašo napravo.

Kakšna je razlika med NiMH in litijem v skupni ceni in velikosti paketa baterij?

Ko gre za ceno in velikost, so NiMH baterije prava izbira! Njihovo načrtovanje in izdelava sta stroškovno učinkovitejša in ne potrebujejo zapletenega BMS, kot ga potrebujejo litijeve baterije. Poleg tega ne zavzamejo toliko prostora kot litijeve baterije, zato jih lahko namestite več na isto mesto.

Razlike

Nimh baterije v primerjavi z alkalnimi

Ko gre za NiMH v primerjavi z alkalnimi, je res odvisno od vaših potreb. Če iščete hiter in zanesljiv vir energije, so polnilne NiMH baterije prava izbira. Trajajo lahko do 5-10 let, tako da boste dolgoročno prihranili ogromno denarja. Po drugi strani pa, če potrebujete baterijo za napravo z nizko porabo energije, ki bo zdržala nekaj mesecev, potem so alkalne baterije za enkratno uporabo prava izbira. So cenejši in kratkoročno ugodnejši. Torej, ko gre za NiMH v primerjavi z alkalnimi, je res odvisno od vaših potreb in proračuna.

FAQ

Ali NiMH baterije potrebujejo poseben polnilnik?

Da, NiMH baterije potrebujejo poseben polnilec! Polnjenje celic NiMH je nekoliko težje kot celic NiCd, saj sta vrh napetosti in kasnejši padec, ki signalizirata polno napolnjenost, veliko manjša. Če jih polnite z NiCd polnilnikom, tvegate prenapolnjenost in poškodbo celice, kar lahko vodi do zmanjšane zmogljivosti in krajše življenjske dobe. Torej, če želite, da vaše baterije NiMH zdržijo, poskrbite, da boste uporabili pravi polnilnik za to delo!

Kaj je slabost uporabe teh NiMH baterij?

Uporaba NiMH baterij je lahko nekoliko zapletena. Ponavadi nenadoma prekinejo napajanje, ko jim zmanjka moči, namesto da bi počasi izginili. Poleg tega se hitro samoizpraznijo. Torej, če enega pustite v predalu nekaj mesecev, ga boste morali znova napolniti, preden ga boste lahko ponovno uporabili. In če potrebujete visoko moč ali impulzne obremenitve, na primer pri digitalnih mobilnih telefonih GSM, prenosnih oddajno-sprejemnih napravah ali električnih orodjih, vam je boljša baterija NiCad. Torej, če iščete baterijo, ki je zanesljiva in dolgotrajna, boste morda želeli iskati drugje.

Ali je v redu pustiti NiMH baterije popolnoma napolnjene?

Da, povsem v redu je, če pustite baterije NiMH popolnoma napolnjene! Pravzaprav jih lahko shranite za nedoločen čas in še vedno bodo imeli veliko soka, ko jih boste pripravljeni uporabiti. Ni vam treba skrbeti, da bodo sčasoma izgubili svoj naboj. Poleg tega, če ugotovite, da so nekoliko nizki, jih le nekaj ciklov napolnite/praznite in bodo kot novi. Zato kar naprej in pustite te NiMH baterije popolnoma napolnjene – ne bodo imeli nič proti!

Koliko let lahko zdržijo NiMH baterije?

NiMH baterije vam lahko zdržijo do 5 let, vendar je vse odvisno od tega, kako jih shranjujete. Hranite jih v suhem prostoru z nizko vlažnostjo, brez korozivnih plinov in pri temperaturi od -20°C do +45°C. Če jih shranjujete v prostoru z visoko vlažnostjo ali temperaturami pod -20 °C ali nad +45 °C, lahko pride do rje in puščanja baterije. Torej, če želite, da vaše baterije NiMH zdržijo, jih shranite na pravem mestu! Poleg tega, če želite, da zdržijo še dlje, jih polnite vsaj enkrat letno, da preprečite puščanje in kvarjenje. Torej, če dobro skrbite za svoje NiMH baterije, vam lahko zdržijo do 5 let.

zaključek

NiMH baterije so odličen način za napajanje vaše elektronike in postajajo vse bolj priljubljene. So zanesljivi, dolgotrajni in okolju prijazni, zato se boste ob njihovi uporabi dobro počutili. Poleg tega jih je enostavno najti in so relativno poceni. Torej, če iščete novo baterijo za svojo napravo, je NiMH odlična izbira. Samo ne pozabite uporabiti pravega polnilnika in ne pozabite z nasmehom reči »NiMH« – zagotovo bo vaš dan nekoliko polepšal!

Živjo, sem Kim, mama in ljubiteljica stop-motiona z izkušnjami pri ustvarjanju medijev in spletnem razvoju. Imam veliko strast do risanja in animacije, zdaj pa se na glavo potapljam v svet stop-motiona. S svojim blogom z vami delim svoja spoznanja.