NiMH батареї: що це?

від kim Оновлено: Липень 9, 2022

Що таке NiMH акумулятори? Нікель-метал-гідридні батареї є типом акумуляторів. Вони використовуються в багатьох різних пристроях, від автомобілів до іграшок смартфонів.

Вони мають багато переваг перед іншими типами акумуляторів, і завдяки цьому вони досить популярні. Але які вони насправді?

Історія NiMH батарей

Винахід

Ще в 1967 році деякі яскраві іскри в дослідницькому центрі Battelle-Geneva винайшли NiMH батарею. Він був заснований на суміші спечених сплавів Ti2Ni+TiNi+x і електродів NiOOH. Daimler-Benz і Volkswagen AG долучилися та спонсорували розробку батареї протягом наступних двох десятиліть.

Поліпшення

У 70-х роках нікель-воднева батарея була комерціалізована для супутникового застосування, і це викликало інтерес до гідридної технології як альтернативи громіздкому накопичувачу водню. Philips Laboratories і французький CNRS розробили нові високоенергетичні гібридні сплави, що містять рідкоземельні метали для негативного електрода. Але ці сплави не були стабільними в лужному електроліті, тому вони не підходили для споживчого використання.

Прорив

У 1987 році Віллемс і Бушоу зробили прорив у своїй конструкції батареї, яка використовувала суміш La0.8Nd0.2Ni2.5Co2.4Si0.1. Ця батарея зберегла 84% своєї ємності після 4000 циклів заряд-розряд. Незабаром були розроблені більш економічно вигідні сплави з використанням мішметалу замість лантану.

Споживчий клас

У 1989 році з’явилися перші споживчі елементи NiMH, а в 1998 році Ovonic Battery Co. покращила структуру та склад сплаву Ti–Ni і запатентувала свої інновації. До 2008 року в усьому світі було вироблено понад два мільйони гібридних автомобілів з NiMH акумуляторами.

Популярність

У Європейському Союзі нікель-металгідридні батареї замінили нікель-кадмієві батареї для використання в портативних споживачах. У 2010 році в Японії 22% проданих портативних акумуляторів складали NiMH, а в Швейцарії в 2009 році еквівалентна статистика становила близько 60%. Але цей відсоток з часом знизився через збільшення виробництва літій-іонних батарей.

Майбутнє

У 2015 році BASF виготовив модифіковану мікроструктуру, яка зробила нікель-металогідридні батареї більш довговічними, дозволивши змінити конструкцію елемента, що дозволило значно заощадити вагу та збільшити питому енергію до 140 ват-годин на кілограм. Отже, майбутнє NiMH акумуляторів виглядає яскравим!

Хімія, що стоїть за нікель-металгідридними батареями

Що таке електрохімія?

Електрохімія вивчає зв’язок між електрикою та хімічними реакціями. Це наука, що стоїть за акумуляторами, і це те, як працюють нікель-металгідридні (NiMH) акумулятори.

Реакції всередині NiMH батареї

NiMH акумулятори складаються з двох електродів, позитивного та негативного. Реакції, які відбуваються всередині акумулятора, змушують його працювати. Ось що відбувається:

• На негативному електроді вода та метал з’єднуються з електроном, утворюючи ОН- та гідрид металу.
• На позитивному електроді оксигідроксид нікелю утворюється, коли гідроксид нікелю та OH- поєднуються з електроном.
• Під час зарядки реакції рухаються зліва направо. Під час розрядки реакції рухаються справа наліво.

Компоненти NiMH батареї

Негативний електрод NiMH акумулятора складається з інтерметалічної сполуки. Найпоширенішим типом є AB5, який є сумішшю рідкоземельних елементів, таких як лантан, церій, неодим і празеодим, у поєднанні з нікелем, кобальтом, марганцем або алюмінієм.

У деяких нікель-металогідридних акумуляторах використовуються матеріали негативного електрода більшої ємності на основі сполук AB2, які включають титан або ванадій у поєднанні з цирконієм або нікелем і модифіковані хромом, кобальтом, залізом або марганцем.

Електролітом у NiMH батареї зазвичай є гідроксид калію, а позитивним електродом є гідроксид нікелю. Негативним електродом є водень у вигляді міжвузлового металогідриду. Для поділу використовується нетканий поліолефін.

Ось і все! Тепер ви знаєте хімію NiMH акумуляторів.

Що таке біполярна батарея?

Що робить біполярні батареї унікальними?

Біполярні батареї дещо відрізняються від стандартних батарей. Вони використовують твердий полімерний мембранний гелевий сепаратор, який допомагає запобігти коротким замиканням у системах рідкого електроліту. Це робить їх чудовим вибором для електромобілів, оскільки вони можуть зберігати багато енергії та зберігати її в безпеці.

Чому я повинен дбати про біполярні батареї?

Якщо ви шукаєте батарею, яка може накопичувати багато енергії та зберігати її в безпеці, тоді біполярна батарея може бути правильним вибором для вас. Вони стають дедалі популярнішими для електромобілів, тому, якщо ви шукаєте такий акумулятор, вам обов’язково варто розглянути біполярний акумулятор. Ось чому:

• Вони призначені для запобігання коротким замиканням у системах рідкого електроліту.
• Вони можуть накопичувати багато енергії, що робить їх ідеальними для електромобілів.
• Вони стають все більш популярними, тому ви можете бути впевнені, що отримуєте якісний продукт.

Безпечне заряджання NiMH акумуляторів

Швидка зарядка

Якщо ви поспішаєте і вам потрібно зарядити нікель-металогідридні елементи, найкраще використовувати розумний акумулятор зарядний пристрій щоб уникнути перезарядження, яке може пошкодити елементи. Ось кілька порад, про які варто пам’ятати:

• Використовуйте фіксований низький струм, з таймером або без нього.
• Не заряджайте більше 10-20 годин.
• Використовуйте крапельну зарядку C/300, якщо вам потрібно підтримувати ваші елементи в повністю зарядженому стані.
• Використовуйте підхід із меншим робочим циклом, щоб компенсувати природний саморозряд.

Спосіб зарядки ΔV

Щоб запобігти пошкодженню елемента, швидкі зарядні пристрої повинні завершити свій цикл заряджання до того, як відбудеться перезаряд. Ось як це зробити:

• Слідкуйте за зміною напруги з часом і зупиняйтеся, коли акумулятор буде повністю заряджено.
• Слідкуйте за зміною напруги з часом і зупиняйтеся, коли вона стає нульовою.
• Використовуйте схему зарядки постійного струму.
• Припиніть зарядку, коли напруга впаде на 5-10 мВ на елемент від пікової напруги.

Спосіб зарядки ΔT

Цей метод використовує датчик температури, щоб визначити, коли батарея повна. Ось що потрібно зробити:

• Використовуйте схему зарядки постійного струму.
• Слідкуйте за швидкістю підвищення температури та зупиняйтеся, коли вона досягає 1 °C за хвилину.
• Використовуйте абсолютну межу температури 60 °C.
• Слідуйте за початковим швидким заряджанням з періодом крапельного заряджання.

Поради з безпеки

Щоб захистити ваші клітини, пам’ятайте про кілька речей:

• Використовуйте плавкий запобіжник послідовно з коміркою, особливо біметалевий стрічковий тип.
• Сучасні нікель-металгідридні елементи містять каталізатори для роботи з газами, що утворюються внаслідок надмірного заряджання.
• Не використовуйте зарядний струм більше 0.1 С.

Що таке розряд в акумуляторних батареях?

Що таке розряд?

Розряд – це процес виділення енергії акумуляторною батареєю. Коли акумулятор розряджається, він вивільняє в середньому 1.25 вольта на елемент, який потім знижується приблизно до 1.0-1.1 вольта на елемент.

Який вплив розряду?

Розряд може мати кілька різних впливів на акумуляторну батарею. Ось деякі з найпоширеніших:

• Повний розряд багатоелементних пакетів може спричинити зворотну полярність в одній або кількох комірках, що може остаточно пошкодити їх.
• Порогове відключення низької напруги може спричинити незворотні пошкодження, коли температура елементів змінюється.
• Швидкість саморозряду значно змінюється залежно від температури, де нижча температура зберігання призводить до повільнішого розряду та довшого терміну служби акумулятора.

Як покращити саморозряд?

Існує кілька способів покращити саморозряд акумуляторних батарей:

• Використовуйте сульфований сепаратор для видалення N-вмісних сполук.
• Використовуйте поліпропіленовий сепаратор із щепленою акриловою кислотою, щоб зменшити утворення Al- та Mn-уламків у сепараторі.
• Видаліть Co та Mn у сплаві A2B7 MH, щоб зменшити утворення сміття в сепараторі.
• Збільште кількість електроліту, щоб зменшити дифузію водню в електроліті.
• Видалити компоненти, що містять Cu, щоб зменшити мікрозамикання.
• Використовуйте PTFE покриття на позитивному електроді для придушення корозії.

Порівняння NiMH акумуляторів з іншими типами

NiMH елементи проти первинних батарей

NiMH-елементи є найкращим вибором для пристроїв із високим споживанням електроенергії, таких як цифрові камеритому що вони працюють довше, ніж первинні батареї, як і лужні. Ось чому:

• NiMH-елементи мають нижчий внутрішній опір, що означає, що вони можуть витримувати більші потреби в струмі без втрати ємності.
• Лужні батареї розміру AA пропонують ємність 2600 мАг при низькому споживанні струму (25 мА), але лише 1300 мАг при навантаженні 500 мА.
• NiMH елементи можуть забезпечити ці рівні струму без втрати ємності.

NiMH елементи проти літій-іонних батарей

Літій-іонні акумулятори мають вищу питому енергію, ніж NiMH акумулятори, але вони набагато дорожчі. Крім того, вони виробляють вищу напругу (номінально 3.2–3.7 В), тому вам потрібна схема для зниження напруги, якщо ви хочете використовувати їх як заміну лужних батарей.

Частка ринку NiMH акумуляторів

Станом на 2005 рік NiMH акумулятори становили лише 3% ринку акумуляторів. Але якщо ви шукаєте батарею, яка витримає, це ваш шлях!

Потужність NiMH батарей

Потужні Ni–MH акумулятори

Якщо ви шукаєте надійне та потужне джерело енергії, найкращим вибором стануть NiMH акумулятори. Вони зазвичай використовуються в батареях типу АА і мають номінальну зарядну ємність 1.1-2.8 А·год при напрузі 1.2 В. Крім того, вони можуть працювати з багатьма пристроями, розрахованими на 1.5 В.

NiMH батареї в електричних і гібридних електричних автомобілях

NiMH акумулятори використовуються в електричних і гібридних електричних автомобілях протягом багатьох років. Ви можете знайти їх у General Motors EV1, Toyota RAV4 EV, Honda EV Plus, Ford Ranger EV, скутер Vectrix, Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid і Honda Civic Hybrid.

Винахід NiMH батареї

Стенфорд Р. Овшинський винайшов і запатентував популярне вдосконалення NiMH батареї та заснував Ovonic Battery Company у 1982 році. General Motors придбала патент Ovonics у 1994 році, і наприкінці 1990-х NiMH батареї успішно використовувалися в багатьох повністю електричних автомобілях.

Патентне обтяження NiMH акумуляторів

У жовтні 2000 року патент був проданий Texaco, а через тиждень Texaco придбала Chevron. Дочірня компанія Chevron Cobasys забезпечує ці батареї лише для великих замовлень OEM. Це створило патентне обтяження для великих автомобільних NiMH акумуляторів.

Отже, якщо ви шукаєте надійне та потужне джерело енергії, нікель-металогідридні батареї – це ваш вибір. Вони використовуються в електричних і гібридно-електричних автомобілях протягом багатьох років, і вони все ще залишаються сильними. Крім того, завдяки винаходу NiMH батареї ви можете бути впевнені, що отримуєте продукт найкращої якості. Отже, чого ви чекаєте? Отримайте NiMH акумулятори сьогодні!

Що таке нікель-кадмієві (NiCAD) батареї?

Перший у світі нікель-кадмієвий акумулятор був винайдений шведським вченим ще в 1899 році, і з того часу було багато вдосконалень. Отже, з чого зроблені ці батареї?

компоненти

NiCAD акумулятори складаються з:

• Позитивний електрод із оксиду-гідроксиду нікелю (III).
• Кадмієва пластина негативного електрода
• Роздільник
• Електроліт гідроксиду калію

Використовує

NiCAD батареї використовуються в різноманітних продуктах, таких як:

• іграшки
• Аварійне освітлення
• Медичне обладнання
• Комерційна та промислова продукція
• Електричні бритви
• Двосторонні радіостанції
• Електроінструменти

Переваги

Акумулятори NiCAD мають багато переваг, таких як:

• Вони швидко заряджаються і легко заряджаються
• Їх легко зберігати та транспортувати
• Вони можуть приймати велику кількість зарядів
• Але вони містять токсичні метали, які можуть бути шкідливими для навколишнього середовища

Отже, нікель-кадмієві батареї — це чудовий спосіб підживити свої гаджети та штуковини, але просто переконайтеся, що ви правильно утилізували їх, коли закінчите!

Усе, що вам потрібно знати про NiMH акумулятори

NiMH батареї — це нові діти, які були розроблені наприкінці 1960-х і вдосконалені наприкінці 1980-х. Але що це таке і чому це має вас хвилювати? Давайте подивимось!

Що входить до складу NiMH акумулятора?

NiMH акумулятори складаються з чотирьох основних компонентів:

• Позитивний електрод з гідроксиду нікелю
• Пластина негативного електрода іонів водню
• Роздільник
• Лужний електроліт, як гідроксид калію

Де використовуються NiMH акумулятори?

NiMH акумулятори використовуються в різноманітних продуктах, від автомобільних акумуляторів до медичних інструментів, пейджерів, стільникових телефонів, відеокамер, цифрових камер, електричних зубних щіток тощо.

Які переваги NiMH акумуляторів?

NiMH акумулятори мають масу переваг:

• Висока ємність порівняно з іншими акумуляторами
• Стійкий до надмірного заряджання та надмірного розряджання
• Екологічно чистий: немає небезпечних хімічних речовин, таких як кадмій, ртуть або свинець
• Вимкніть електроенергію раптово, а не повільно

Отже, якщо ви шукаєте надійний, екологічно чистий акумулятор, NiMH – це ваш вибір!

Літієві та NiMH батареї: у чому різниця?

Які найкращі програми для акумуляторів NiMH?

Ви шукаєте акумуляторну батарею, яка не зруйнує банк? Акумуляторні батареї NiMH – це шлях! Ці пакети ідеально підходять для додатків, які не вимагають надвисокої щільності енергії, як-от мобільні телефони, медичні пристрої та електромобілі. Крім того, вам не потрібно турбуватися про потенційну небезпеку, пов’язану з літієвими продуктами.

NiMH батареї не саморозряджаються та схильні до ефекту пам’яті?

NiMH батареї існують з початку 1970-х років і мають хороші показники безпеки та надійності. Хоча їм не потрібна складна система керування батареями (BMS), як літієві батареї, ви все одно можете отримати BMS для свого акумулятора NiMH, щоб він працював довше та підтримував зв’язок із вашим пристроєм. І не хвилюйтеся, NiMH акумулятори не саморозряджаються та не страждають від ефекту пам’яті.

Чи прослужать NiMH батареї стільки ж, скільки літієва батарея?

NiMH батареї мають гарний термін служби, але вони служать не так довго, як літієві батареї. Однак вони все ще є чудовим варіантом, якщо ви шукаєте економічно ефективне рішення.

Чи потрібна вентиляція корпусу для спеціальної нікель-металгідридної батареї, подібної до літієвої хімії?

Ні, NiMH акумулятори не потребують вентиляції, як літієва хімія.

Чи справді мені потрібен BMS для акумулятора NiMH?

Ні, вам не потрібен BMS для вашого акумулятора NiMH, але він може бути корисним. BMS може допомогти вашому акумулятору працювати довше та підтримувати зв’язок із вашим пристроєм.

Яка різниця між NiMH та літієм у загальній вартості та розмірі акумулятора?

Коли справа доходить до вартості та розміру, нікель-металогідридні акумуляторні батареї – це ідеальний варіант! Вони економічніше розробляти та виготовляти, і вони не вимагають складної BMS, як літієві батареї. Крім того, вони не займають стільки місця, скільки літієві батареї, тому ви можете розмістити їх більше на одній площі.

Відмінності

Батареї Nimh проти лужних

Коли справа доходить до NiMH проти лугу, це дійсно залежить від ваших потреб. Якщо ви шукаєте швидке та надійне джерело живлення, то перезаряджувані нікель-металогідридні батареї – це ваш вибір. Вони можуть прослужити до 5-10 років, тому ви заощадите купу грошей у довгостроковій перспективі. З іншого боку, якщо вам потрібна батарея для пристрою з низьким споживанням електроенергії, яка прослужить кілька місяців, тоді вам підійдуть одноразові лужні батареї. Вони дешевші та зручніші в короткостроковій перспективі. Отже, коли мова заходить про NiMH проти лужних, це дійсно залежить від ваших потреб і бюджету.

FAQ

Чи потрібен для NiMH акумуляторів спеціальний зарядний пристрій?

Так, NiMH акумулятори потребують спеціального зарядного пристрою! Заряджати нікель-металогідридні елементи трохи складніше, ніж нікель-кадмієві елементи, оскільки пік напруги та наступне падіння, яке сигналізує про повний заряд, набагато менші. Якщо ви заряджаєте їх за допомогою зарядного пристрою NiCd, ви ризикуєте перезарядити та пошкодити елемент, що може призвести до зменшення ємності та скорочення терміну служби. Отже, якщо ви хочете, щоб ваші нікель-металогідридні акумулятори прослужили довго, переконайтеся, що ви використовуєте правильний зарядний пристрій для цієї роботи!

У чому недолік використання цих NiMH акумуляторів?

Використання нікель-металгідридних акумуляторів може бути неприємним. Вони, як правило, раптово вимикають електроенергію, коли в них закінчується енергія, а не повільно зникають. Крім того, вони швидко саморозряджаються. Тож якщо ви залишите його в ящику на пару місяців, вам доведеться зарядити його, перш ніж ви зможете використовувати його знову. І якщо вам потрібна висока потужність або імпульсне навантаження, наприклад, для цифрових стільникових телефонів GSM, портативних трансиверів або електроінструментів, вам краще вибрати NiCad акумулятор. Отже, якщо ви шукаєте надійну та довговічну батарею, ви можете шукати її в іншому місці.

Чи можна залишати NiMH акумулятори повністю зарядженими?

Так, абсолютно нормально залишати NiMH акумулятори повністю зарядженими! Фактично, ви можете зберігати їх нескінченно довго, і вони все одно матимуть багато соку, коли ви будете готові їх використовувати. Не потрібно турбуватися про те, що вони з часом втратять свій заряд. Крім того, якщо ви виявите, що вони трохи розряджені, просто дайте їм пару циклів зарядки/розрядки, і вони будуть як нові. Тож залиште NiMH батареї повністю зарядженими – вони не заперечуватимуть!

Скільки років можуть служити NiMH акумулятори?

NiMH акумулятори можуть прослужити вам до 5 років, але все залежить від того, як ви їх зберігаєте. Зберігайте їх у сухому місці з низькою вологістю, без корозійних газів і при температурі від -20°C до +45°C. Якщо ви зберігаєте їх у місці з високою вологістю або температурою нижче -20 °C або вище +45 °C, ви можете призвести до іржі та витоку батареї. Отже, якщо ви хочете, щоб ваші нікель-металогідридні батареї служили довго, зберігайте їх у правильному місці! Крім того, якщо ви хочете, щоб вони прослужили ще довше, заряджайте їх принаймні раз на рік, щоб запобігти витоку та пошкодженню. Отже, якщо ви ретельно доглядаєте за своїми NiMH акумуляторами, вони прослужать вам до 5 років.

Висновок

NiMH батареї є чудовим способом живлення вашої електроніки та стають все більш популярними. Вони надійні, довговічні та екологічно чисті, тому ви можете почувати себе добре, користуючись ними. Крім того, їх легко знайти і вони відносно недорогі. Отже, якщо ви шукаєте нову батарею для свого пристрою, NiMH — чудовий вибір. Тільки не забувайте використовувати правильний зарядний пристрій і не забудьте сказати «NiMH» з посмішкою – це точно зробить ваш день трохи яскравішим!

Привіт, я Кім, мама та ентузіаст стоп-моушну з досвідом створення медіа та веб-розробки. Я маю величезну пристрасть до малювання та анімації, і тепер я з головою занурююся у світ стоп-моушну. У своєму блозі я ділюся з вами своїми знаннями.