Bundeszentrale für Bildung
Bundesland Bildungseinrichtung höhere berufliche Ausbildung
"TOMSK POLYTECHNISCHE UNIVERSITÄT"
Elektrotechnisches Institut
Direktion 551300 - Elektrotechnik, Elektromechanik und Elektrotechnik
Abteilung - Elektrische Antriebe und elektrische Ausrüstung
Disziplin abstrakt
"Quellen der garantierten und unterbrechungsfreien Stromversorgung von Industrieunternehmen"
zum Thema NICKEL-METALLHYDRID-BATTERIEN
Schüler der Gruppe 7M142
N. V. Krupina _______________
Kondrashov S.A._____________
«_____»________________
Chefprofessor, Doktor der Technischen Wissenschaften
A. G. Garganejew _______________
"_____" ___________ 2009
Tomsk - 2009
Einführung
1. Terminologie
3. Nickel-Metallhydrid-Batterien
4. Grundlegende Prozesse Ni-MH-Akku ov
5. Design der Elektroden von Ni-MH-Batterien
6. Design von Ni-MH-Akkus
7. Eigenschaften Ni-MH Akkumulatoren
8. Aufladen von Ni-MH Batterie
9. Vor- und Nachteile von Ni-MH-Akkus
10. Normen und Bezeichnungen von HM-Akkus
11. Lagerung und Betrieb von Ni-MH-Akkus
12. Hersteller und Perspektiven von HM-Akkus
13. Entsorgung
Abschluss
Liste der verwendeten Quellen
Einführung
Kaum vorstellbar moderne Welt ohne jegliche elektronische technik. Digitale Technologien haben sich so erfolgreich in unser Leben integriert und es bequemer und interessanter gemacht, dass wir sie einfach nicht ablehnen können.
Beachten Sie jedoch, dass mobile Geräte tragbare Netzteile benötigen, um den ständig steigenden Anforderungen gerecht zu werden. moderne Elektronik... Wir haben WiFi und Bluetooth bekommen, indem wir uns von Datenkabeln befreit haben, aber wir bleiben immer noch an Stromnetze gebunden.
Die angewandte Wissenschaft steht jedoch nicht still und bietet immer neue Arten von Stromquellen an. Andererseits ist es immer noch seltsam, dass bei so vielen neuen Technologien die Batterien von Telefonen, Smartphones, PDAs und anderen Geräten in unserem Land immer noch "sterben". Das passiert, weil die Leute darüber nachdenken richtige Handhabung mit einer Batterie nur dann, wenn sie völlig außer Betrieb ist und bedenkenlos verschrottet werden kann. Es versteht sich, dass das Ersetzen der Batterie einen hübschen Cent kosten kann. Wir argumentieren nicht, dass sich die wenigsten gerne strikt an die Betriebsregeln halten, aber leider kann nur so die Lebensdauer des Akkus maximiert werden.
Bisher sind Batterien mit fünf verschiedenen elektrochemischen Schemata gebräuchlich: Nickel-Cadmium (Ni-Cd), Nickel-Metallhydrid (Ni-MH), Blei-Säure (Sealed Lead Acid, SLA), Lithium-Ionen (Li-Ion) und Lithiumpolymer (Li-Polymer). Ausschlaggebend für alle aufgeführten Akkus ist nicht nur die Tragbarkeit (d.h. geringes Volumen und Gewicht), sondern auch hohe Zuverlässigkeit sowie tolle Arbeitszeit. Die wichtigsten Parameter einer Batterie sind die Energiedichte (oder spezifische Energie nach Masse), die Anzahl der Lade-/Entladezyklen, Lade- und Selbstentladeraten. Eine Blei-Säure-Batterie besteht normalerweise aus zwei Platten (Elektroden), die in einen Elektrolyten (wässrige Schwefelsäurelösung) eingelegt sind. Die Nickel-Cadmium-Zelle hat negative und positive Platten, die zusammengerollt und in einem Metallzylinder angeordnet sind. Die positive Platte ist Nickelhydroxid und die negative Platte ist Cadmiumhydroxid. Die beiden Platten sind mit einem mit Elektrolyt benetzten Separator isoliert.
Die Nickel-Metallhydrid-Batterie ist strukturell ähnlich zu Nickel-Cadmium-Akku aber hat eine andere chemische Zusammensetzung Elektrolyt und Elektroden. Bei einer Lithium-Ionen-Batterie werden die Elektroden und der Separator (Separator) in einem Lithiumsalz-Elektrolyten platziert.
Es gibt eine Vielzahl von Mythen und Legenden über den angeblich idealen Betriebsmodus, über die Methoden des "Trainings", die Lagerung, Methoden und Modi zum Laden und Wiederherstellen von Batterien, aber versuchen wir es herauszufinden.
1. Terminologie
Ein Akkumulator (von lateinisch Akkumulator - ein Kollektor, Accumulo - ich sammle, akkumuliere) ist ein Gerät zum Speichern von Energie zum Zwecke der späteren Verwendung. Ein elektrischer Akkumulator wandelt elektrische Energie in chemische Energie um und sorgt bei Bedarf für die Rückwandlung. Der Akku wird geladen, indem man ihn durchläuft elektrischer Strom... Durch die induzierten chemischen Reaktionen erhält eine der Elektroden eine positive Ladung und die andere eine negative.
Batterie wie Elektrogerät, wird durch folgende Hauptparameter charakterisiert: elektrochemisches System, Spannung, elektrische Kapazität, Innenwiderstand, Selbstentladungsstrom und Lebensdauer.
Die Batteriekapazität ist die Energiemenge, die eine voll aufgeladene Batterie haben sollte. In praktischen Berechnungen wird die Kapazität normalerweise in Amperestunden (
). Amperestunden geben die Betriebsdauer an gegebene Batterie bei einem Strom von 1 Ampere. Es ist jedoch erwähnenswert, dass in modernen Mobilgeräten Ströme von viel geringerer Stärke verwendet werden, sodass die Kapazität von Batterien oft in Milliamperestunden (oder oder mAh) gemessen wird. Die Nennkapazität (so wie sie sein sollte) ist immer auf der Batterie selbst oder auf der Verpackung angegeben. Allerdings stimmt die reale Kapazität nicht immer mit der nominalen überein. In der Praxis liegt die tatsächliche Batteriekapazität zwischen 80 % und 110 % des Nennwertes.Die spezifische Kapazität ist das Verhältnis der Batteriekapazität zu ihrer Größe oder ihrem Gewicht.
Ein Zyklus ist eine Abfolge des Ladens und Entladens einer Batterie.
Der Memory-Effekt ist der Verlust der Batteriekapazität während des Betriebs. Sie äußert sich in der Neigung der Batterie, sich an das Tastverhältnis anzupassen, mit dem die Batterie eine bestimmte Zeit lang betrieben wurde. Mit anderen Worten, wenn Sie den Akku mehrmals aufladen, ohne ihn vorher vollständig zu entladen, scheint er sich an seinen Zustand zu "erinnern" und beim nächsten Mal kann er einfach nicht vollständig entladen werden, daher nimmt seine Kapazität ab. Mit zunehmender Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen wird der Memory-Effekt ausgeprägter.
Unter solchen Betriebsbedingungen nehmen Kristalle auf der Platte im Inneren der Batterie zu (die Struktur der Batterien wird weiter unten diskutiert), wodurch auch die Elektrodenoberfläche verringert wird. Bei kleinen kristallinen Bildungen des inneren Arbeitsstoffes ist die Oberfläche der Kristalle maximal, daher ist auch die von der Batterie gespeicherte Energiemenge maximal. Mit der Vergrößerung der Kristallformationen während des Betriebs nimmt die Oberfläche der Elektrode ab und damit die tatsächliche Kapazität.
Abbildung 1 zeigt die Wirkung des Memory-Effekts.
Abbildung 1 - Memory-Effekt.
Selbstentladung ist ein spontaner Verlust gespeicherter Energie einer Batterie im Laufe der Zeit. Dieses Phänomen wird durch spontane Redoxprozesse verursacht und ist allen Batterietypen inhärent, unabhängig von ihrem elektrochemischen System. Zur Quantifizierung der Selbstentladung wird der Energieverlust der Batterie über eine bestimmte Zeit als Prozentsatz des unmittelbar nach dem Laden erhaltenen Wertes verwendet. Die Selbstentladung ist in den ersten 24 Stunden nach dem Laden maximal, daher wird sie sowohl für den ersten Tag als auch für den ersten Monat nach dem Laden geschätzt. Die Selbstentladung der Batterie hängt stark von der Umgebungstemperatur ab. Steigt die Temperatur also über 100 °C, kann sich die Selbstentladung verdoppeln.
2. Batterien: Typen und Herkunft
Die führende Position im Batterieproduktionsmarkt nehmen Japan, Taiwan, China, Südkorea und sie bauen ihre "bescheidene" Präsenz auf dem Weltmarkt stetig aus.
Es gibt Dutzende von verschiedene Designs Batterien, und jeder Hersteller versucht, die optimale Kombination von Eigenschaften zu erreichen - hohe Kapazität, geringe Größe und Gewicht, Leistung in einem weiten Temperaturbereich und unter extremen Bedingungen.
Gleichzeitig zeigen Studien, dass sich mehr als 65 % der Nutzer mobiler und tragbarer Technik noch leistungsfähigere Akkus wünschen und bereit sind, viel Geld auszugeben, um eine "Schreibmaschine" (oder ein Telefon) benutzen zu können. mehrere Tage ohne Aufladen. Aus diesem Grund müssen Sie in den meisten Fällen eine Batterie kaufen, die eine größere Kapazität hat als die im Kit enthaltene.
Nach dem elektrochemischen System werden Batterien in verschiedene Typen unterteilt:
Bleisäure (Sealed Lead Acid, SLA);
Nickel-Cadmium (Ni-Cd);
Nickelmetallhydrid (Ni-MH);
Lithium-Ion (Li-Ion);
Lithiumpolymer (Li-Pol);
Kraftstoff.
Blei-Säure-Batterien werden in der modernen tragbaren Elektronik nicht mehr verwendet, daher beginnen wir unseren Ausflug mit Nickel-Batterien, die immer noch in Batterien für Kameras, Laptops, Camcorder und andere Geräte verwendet werden.
Die Vorfahren der Nickelbatterien waren Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cd), die 1899 vom schwedischen Wissenschaftler Waldmar Jungner erfunden wurden. Das Prinzip ihrer Arbeit war, dass Nickel als positive Elektrode (Kathode) und Cadmium als negative Elektrode (Anode) fungiert. Am Anfang war es Batterie öffnen, bei dem der bei der Beschickung freigesetzte Sauerstoff direkt in die Atmosphäre gelangte, was die Entstehung eines geschlossenen Gehäuses verhinderte und, verbunden mit hohen Materialkosten, den Start der Massenproduktion merklich verlangsamte.
Richtige Pflege und Verwendung von Schnellladegeräten
NiMH-Akkus für den Modellbau
Die Qualität der im Modellbau verwendeten Nickel-Metallhydrid-Akkus der Größe Sub C (L 43 mm 0 23 mm) (nachfolgend Ni-MH-Akkus genannt) nimmt stetig zu. Der niedrige Innenwiderstand ermöglicht es, den Entladestrom der Batterien zu erhöhen. Die langjährige Erfahrung im Betrieb von Ni-MH-Akkus durch unsere Piloten in verschiedenen Wettbewerben hat uns dazu bewogen, die Erfahrungen aus der Laborforschung und bei Wettkämpfen zu optimieren. Heute sind die führenden Hersteller der Batterien, an denen wir interessiert sind, SANYO und GP.
Die typische Kapazität der besten Ni-MH-Akkus, die von diesen Unternehmen verkauft werden, liegt innerhalb von 3700 mAh, dies ist auf den Etiketten angegeben, jedoch finden Akku-Auswahlfirmen Akkus mit einer Kapazität von bis zu 3800 mAh!
Lagerung
Lagern Sie Ni-MH-Akkus nur in voll aufgeladenem Zustand. Lagern Sie Ihre NiMH-Akkus niemals für längere Zeit (5 Tage oder länger). Eine solche Langzeitlagerung in entladener Form erhöht den Innenwiderstand und. verringert dementsprechend die Kapazität der Batterien.
Ausgleichsentladung
Akkus, insbesondere neue Ni-MH-Akkus, sollten so oft wie möglich einer Ausgleichsentladung ausgesetzt werden. Die Ausgleichs- oder Ausgleichsentladung ermöglicht es, die sogenannte Produktionsstreuung von Ni-MH-Batterien zu reduzieren. Die Produktionsstreuung von Ni-MH-Batterien bedeutet die Herstellung derselben Batterien durch einen Hersteller mit einer geringen (± 2-5%) Streuung der elektrischen Parameter der Batterien (Kapazität, Innenwiderstand, Entladespannung). Diese Streuung ist für die Produktion akzeptabel, aber für Ni-MH-Akkus im Dauerbetrieb unerwünscht und sogar fatal, da wir beim Einkauf in Großmengen, beispielsweise eines Sechserblocks Ni-MH-Akkus für ein Flugzeugmodell, nicht genau das kaufen "Banken" mit gleicher Kapazität, aber wir sind mit dieser technologischen Verbreitung konfrontiert, bei der "Ni-MH-Akkus mit einer Kapazität von 3000 mAh. laut Angaben auf den Etiketten tatsächlich eine reale Kapazität von 3300 bis 3000 mAh in einem haben". Block. Wie glücklich! Normalerweise beträgt die Spreizung 100-150 mAh. Und wenn ein solcher Block mit einem hohen Strom (4-6 Ampere, was üblich und von Batterieherstellern empfohlen wird) mit einem automatischen Ladegerät aufgeladen wird, "Banken" mit kleinerer Kapazität werden leicht aufgeladen, und solche mit großer Kapazität - etwas unterladen.
Beim Entladen erfolgt der umgekehrte Vorgang - "Bänke" mit geringerer Kapazität werden leicht überentladen und solche mit großer Kapazität werden leicht unterentladen.
Von Entladung zu Entladung wird dieser Unterschied immer deutlicher, und normalerweise kommt es nach 35-40 Lade-Entlade-Zyklen zu einer merklichen Abnahme der Kapazität und Spannung des Akkupacks aufgrund von Überladung und Tiefentladung des "Low-Capacity"-Akkus im Block.
Die Ausgleichsentladung schließt den oben beschriebenen Effekt nicht aus, ermöglicht jedoch eine Verlängerung der Periode normale Operation Batterien bis zu etwa 50-70 Zyklen, bevor dieser Effekt einsetzt.
Was ist die Essenz der Ausgleichsentladung: Es ist notwendig, die geladenen Batterien, jede einzeln "kann", mit einem eigenen Entladewiderstand mit einem Nennwert von 2 bis 5 Ohm und einer Leistung von 0,25-0,5 W innerhalb von 15- 24 Stunden. Der Wert aller verwendeten Widerstände für alle Widerstände muss gleich sein. Die Entladung erfolgt bei den Akkus fast bis auf Nullspannung, aber keine Sorge, da dieser Modus entgegen der landläufigen Meinung für Ni-MH-Akkus durchaus akzeptabel ist. Auf diese Weise entladene Batterien haben die gleiche Restkapazität.
Wenn Sie keine Ausgleichsentladung durchführen können, gibt es eine andere Methode, um die Lebensdauer Ihrer Netzteile zu verlängern. Dies ist die sogenannte Ausgleichsladung.
Methodenessenz: entladen auf die übliche Weise die Batterien werden mit einem herkömmlichen "Nacht"-Ladegerät oder einem anderen ohne automatische Ladeunterbrechung mit einem Strom von 1/10 der Batteriekapazität geladen. Beispiel: Bei einer Akkukapazität von 3000 mAh beträgt der Ladestrom 300 tA. Die Ladezeit beträgt 16-22 Stunden. Gleichzeitig erhalten alle ""Bänke" des Blocks ihre maximale Kapazität, und das Wichtigste ist, dass sich die Batterien bei einem so kleinen Ladestrom nicht aufladen, da dies ein akzeptabler Modus für sie ist. Nach 12 -14 Stunden Ladezeit erwärmen sich die Akkus etwas, aber das ist normal, so erreichen die Akkus ihre maximal vorhandene Kapazität und können in diesem Zustand gelagert werden.
Es gibt auch einen dritten Weg - die Verwendung von Batterien, die von Unternehmen ausgewählt (ausgewählt) wurden.
Was ist das Wesen der Auswahl? Das Unternehmen kauft vom Hersteller eine große Anzahl von Batterien in großen Mengen, wonach jede Batterie in speziellen Mehrkanal-Ladegeräten geladen und entladen wird, die an einen Computer angeschlossen sind, um die elektrischen Parameter der Ladungs-Entladung abzulesen.
Der Computer zeichnet auf:
- Ladestrom (normalerweise 4-6 Ampere).
- Ladezeit, Entladestrom (normalerweise 20 oder 30 Ampere).
- Die Entladezeit bis zu einer Spannung von 1, 0,9, 0,85 oder 0,75 V. Die Spannung ist abhängig vom Entladestrom, den das Unternehmen bei der Auswahl verwendet, und dem Batterietyp.
Die Batteriekapazität wird berechnet, wenn die entsprechenden Entladespannungen erreicht sind. Die durchschnittliche Entladespannung wird bestimmt. Das Schweizer Unternehmen ORION teilt uns auch die abgegebene Energiemenge in Joule mit. Die empfangenen Daten werden auf kleine Etiketten gedruckt, die auf Ihren Akku geklebt werden. Der Computer wählt Batterien entsprechend ihren Parametern in Blöcke entsprechend einer gegebenen Anzahl von "Dosen" in einem Block aus. Das Hauptauswahlkriterium ist die Kapazität und die durchschnittliche Entladespannung.
In den letzten Jahren haben alle Unternehmen mit Selbstachtung zusätzlich zur Auswahl einen 6-teiligen Ni-MH-Akkupack verwendet, der 1995 von GM RACING entwickelt wurde, genannt VIS-Prozess (Voltage Increasing System) - ein Spannungserhöhungssystem . Was ist die Essenz dieses Prozesses? Die neue Batterie wird zwischen zwei leistungsstarken Kontakten geklemmt und mit einer Impulsentladung mit einer Spannung von 60-80 Volt und einem Strom von Hunderten von Ampere genäht. Nach einem solchen Stromschlag verringert sich der Innenwiderstand der Batterie geringfügig (um 3-5%) und dementsprechend steigen die Entladespannung und die Kapazität um den gleichen Betrag. Daran schließt sich das übliche Auswahlverfahren an. Auf die Akkulaufzeit hat dieser Vorgang praktisch keinen Einfluss, aber diese drei bis fünf Prozent reichen aus, um sich im Rennen einen Vorteil zu verschaffen.
Leider funktioniert die VIS-Verarbeitung bis zu den ersten 5 Zyklen, danach verblasst sie und muss wiederholt werden. Für gewöhnliche Modellbauer ist dies normalerweise unmöglich, aber für die Hartnäckigsten gibt es einzelne VIS-Geräte zum Preis von S 350-400. Üblicherweise teilen Unternehmen die im Auswahlverfahren ausgewählten Akkupacks in drei Kategorien ein, die sich in Kapazität und Spannung unterscheiden. Ihre üblichen Handelsnamen sind: die einfachsten - SPORT, RACING, CLUB, dann - TEAM und die besten - FACTORY TEAM, WORLD TEAM oder CHAMPION. Die Namen werden von den Firmen erfunden. Wir müssen den Firmen - "Züchtern" Tribut zollen: Um beispielsweise einen Block von sechs Batterien der einfachsten Auswahl auszuwählen, müssen etwa 1000 (!!!) Batterien "geschaufelt" werden!
"Banken", die die Auswahl nicht bestanden haben, werden in Blöcken für den verantwortungslosen Gebrauch gesammelt (Amateure, Anfänger, Startgeräte, Test- und Heftblöcke). Der Preis ausgewählter Batterien kann zwei- oder dreimal abweichen, aber es gibt etwas, wofür Sie mehr bezahlen müssen.
Normalerweise verschleißen gut ausgewählte Batterien fast gleichmäßig über den gesamten Block. Dies schließt jedoch die Notwendigkeit einer Ausgleichsentladung nicht aus, dies kann jedoch nach 10-12 Zyklen erfolgen. Und am Ende des Auswahlthemas möchte ich anmerken, dass für ihre Markenrenner, deren Aufgabe es ist, den Wettbewerb genau auf diesen Batterien dieser Firma zu gewinnen (Werbung ist der Motor des Handels), beste Blöcke aus der besten Auswahl, und da, glauben Sie mir, gibt es noch einen Unterschied in den Blöcken. Das gleiche gilt für Elektromotoren und Gummi, aber das ist ein anderes Thema.
Ladebedingungen
Ein bis zwei Tage vor dem Wettkampf müssen die Batterien nach Möglichkeit mit einem Strom von 5-10 Ampere entladen werden. V letzter Ausweg, eine Ausgleichsentladung durchführen. In diesem Zustand können Sie sie zum Wettbewerb mitnehmen. Laden Sie Ihren Akku möglichst unmittelbar vor dem Gebrauch auf. Optimale Temperatur Batterie vor Gebrauch - 40 ° -50 ° C. Ni-MH-Akkus haben eine hohe Selbstentladung und verlieren nach mehreren Stunden Lagerung 2-5% ihrer Ladekapazität. Denken Sie daran, dass der Innenwiderstand von Batterien beim Abkühlen zunimmt. Es wird empfohlen, die Batterien einmal täglich zu verwenden, dies ist ideale Bedingungen deren Ausbeutung. Allerdings haben nicht viele Menschen eine solche Möglichkeit, daher ist es ratsam, Batterien mit mindestens 3-4 Stunden Pause zu verwenden.
In jedem Fall sollten Sie wissen, dass der erste Zyklus des Tages sowohl in Bezug auf die Stromabgabe als auch auf die Spannung der beste ist. Wie heißt es so schön: wenn dich das Ergebnis interessiert.
Wir empfehlen, nicht ausgewählte (in großen Mengen gekaufte) Batterien mit einem Strom gleich der Kapazität zu laden. Beispiel: Bei einer Batteriekapazität von 3000 mAp beträgt der Ladestrom 3 Ampere. Ausgewählte Akkus können mit einem Strom vom 1,5- bis 2-fachen der Akkukapazität geladen werden. Beispiel: Bei einer Akkukapazität von 3000 mAp beträgt der Ladestrom 4,5-6 A. Die Temperatur der zu ladenden Akkus sollte 60° nie überschreiten. bei Temperaturen von 45° und darüber wird die Akkulaufzeit drastisch reduziert.
Beginnen Sie niemals mit dem Laden, während der Akku noch heiß oder warm ist!
Beim Laden Ihrer Akkus mit hohen Strömen (3-6 A) ist es sehr wichtig, automatische Ladegeräte zu verwenden, die den Ladevorgang durch den sogenannten Delta-Peack-Effekt stoppen. Was ist die Essenz dieser Methode? Ni-MH- und Ni-Cd-Akkus dürfen während des gesamten Ladevorgangs nur mit einem stabilen Strom gleichen Werts geladen werden. Gleichzeitig steigt mit fortschreitendem Ladevorgang die Spannung an den Batterien. Wenn der Ladevorgang beendet ist, chemische Reaktion Die Rückgewinnung, die in den Batterien stattfindet, wird mit einer ständigen Zunahme der Freisetzung von Gasen erfolgen, die bei dem chemischen Prozess gebildet werden. Ladungsreaktionen. Gleichzeitig erhöht sich auch der Innenwiderstand in den Batterien. Und da der Ladestrom unverändert bleibt und der Widerstand zunimmt, beginnt die Batteriespannung nach dem Ohmschen Gesetz zu sinken. Dieser Moment des Spannungsabfalls wird Delta-Spitze genannt, und die Ladegeräte schalten die Ladung ab und verfolgen den Spannungsabfall an den Batterien mit ihrem Spitzenwertdetektor.
Dieser Wert ist sehr klein - 8-12 Millivolt für einen NiMH-Akku und 15-25 Millivolt für Ni-Cd-Akku... Es gibt Zeiten (insbesondere beim Laden mit billigen Ladegeräten), in denen der Spitzenwertdetektor ausgelöst wird und den Ladevorgang innerhalb von 1-2 Minuten nach Beginn des Ladevorgangs beendet. Dies ist auf den spezifischen Effekt zurückzuführen, der beim Laden mit einem hohen Strom vollständig entladener Batterien auftritt. Gleichzeitig sinkt zu Beginn des Ladevorgangs die Spannung an den Akkus, steigt aber nicht an! Dies geschieht während der ersten 1-4 Minuten und wird bei Batterien beobachtet, die bereits für eine große Anzahl von Zyklen verwendet wurden. Sie müssen nur Ihr neu starten Ladegerät.
Power Ni-MH-Akkus können mit der 6- bis 13-fachen Akkukapazität entladen werden. Beispiel: Bei einer Batteriekapazität von 3000 mAp kann der Entladestrom 18-40 A betragen. Denken Sie daran: Je mehr Strom Sie die Batterie entladen, desto kürzer wird ihre Lebensdauer. In jedem Fall sollte man wissen, dass die ersten unwesentlichen Anzeichen einer Verschlechterung des Entladeverhaltens der Akkus (Spannungsabfall beim Entladen, „träges“ Übertakten des Modells) bereits ab dem 20. Lade-Entlade-Zyklus auftreten. Für diejenigen Betriebsarten, die in der Modellierung notwendig sind, ist dies unumgänglich. Diese Informationen betreffen jedoch mehr Fachleute oder diejenigen, die von der Idee des Sieges besessen sind. Im Übrigen werden diese Änderungen unsichtbar sein, glauben Sie mir!
Stromspeicher können sicher gelötet werden. Die Leistung des Lötkolbens muss mindestens 50 Watt betragen. Natürlich keine Lötkolben darauf erhitzen, aber Kupferbrücken können sicher gelötet werden.
Übrigens: Bei Verwendung von Stromkabeln mit einem Querschnitt von 2,5-4 mm am Modell wäre es unzumutbar, Kupferstreifen mit großem Querschnitt als Jumper zu verwenden Firmen haben einen Querschnitt von 6-10 mm. Anscheinend wird dies getan, um die strukturelle Festigkeit des zu lötenden Akkupacks zu erhöhen. Zum Löten verwenden Sie Lötsäure, da Kolophonium nicht ergibt erforderliche Qualität und die Geschwindigkeit (übermäßige Heizzeit) des Lötens. Natürlich müssen die Lötstellen nach dem Löten mit Säure mit einem Lösungsmittel gespült oder zumindest gründlich abgewischt werden.
Verwendete Materialien: Anleitungen im GM RACING Katalog, Materialien aus dem KC CAR ACTION Magazin, Anleitungen für KEIL, ORION, TRINITY Batterien.
Wir sind alle daran gewöhnt, dass hauptsächlich Autos genutzt werden Blei-Säure-Batterien... Aber es gibt noch andere Arten von Batterien, die das Starten und Bewegen eines Fahrzeugs ermöglichen, und eine davon ist eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, deren Vor- und Nachteile wir heute mit Ihnen besprechen.
Nickel-Metallhydrid-Batterien werden hauptsächlich verwendet in Hybridfahrzeuge oder Elektroautos. Was müssen Sie also über die Eigenschaften dieses Batterietyps wissen?
Vorteile von NiMH-Akkus
- Hohe Energie Batterien (im Vergleich zu Nickel-Cadmium-Batterien). Der Unterschied beträgt bis zu 40%. Gleichzeitig ist eine solche Batterie leicht.
- Für Nickel-Metallhydrid-Akkus sehr geringer Memory-Effekt, was bedeutet, dass der Benutzer die Batterien einfach aufladen kann, ohne darauf warten zu müssen vollständige Entladung
- Der NiMH-Akku hat hohe mechanische Zuverlässigkeit
- Volle Zyklen Laden-Entladen ein solcher Akku wird viel seltener gehalten als NiCd-Akkus
- Nickel-Metallhydrid-Batterien benötige nicht spezielle Bedingungen Transport
- Diese Batterien umweltfreundlich, nach Ablauf der Lebensdauer können sie problemlos entsorgt werden
Nachteile von NiMH-Akkus
Leider hat dieser Akkutyp auch Nachteile. Und das Wichtigste ist sehr hohes Niveau Selbstentladung... Mit anderen Worten, auch wenn das Auto steht und nicht benutzt wird, wird die Batterie entladen.
Um die Lebensdauer des Akkus zu verlängern, muss der Akku vor dem Aufladen vollständig entladen werden, wenn er zu lange nicht verwendet wurde. So verlängern Sie die Lebensdauer.
Ein weiterer Nachteil einer Nickel-Metallhydrid-Batterie sind ihre relativ kurzen (ca. 600) Ladezyklen.
Die obige Batterie ist auch verträgt keine hohen Temperaturen (ab 25 Grad Celsius), also kühl lagern. Es sollte auch berücksichtigt werden, dass das Halten der Batterie in einem entladenen Zustand ihre Alterung beschleunigt. Die durchschnittliche Haltbarkeit beträgt 3 Jahre.
Darüber hinaus ist es auch wichtig, die Reichweite des Ladegeräts zu berücksichtigen, das Sie zum Laden verwenden werden. Nickel-Metallhydrid-Akku... Es sollte mit einem abgestuften Ladealgorithmus ausgestattet sein, damit Sie eine Überhitzung und Überladung des Akkus vermeiden, was sich negativ auf seine Qualitätsmerkmale auswirkt.
Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor, wenn Ausbeutung Nickel-Metallhydrid-Akkus – hier ganz wichtig die maximal zulässigen Belastungen nicht überschreiten vom Hersteller empfohlen.
Und schlussendlich: vorbehaltlich aller Nutzungsvorschriften, sowie der Lagerung von Nickel-Metallhydrid-Akkus, werden sie Ihnen sehr lange dienen.
Die Erforschung von Nickel-Metallhydrid-Batterien begann in den 1970er Jahren als Verbesserung von Nickel-Wasserstoff-Batterien, da Gewicht und Volumen von Nickel-Wasserstoff-Batterien die Hersteller nicht zufrieden stellten (der Wasserstoff in diesen Batterien war unter hoher Druck, was eine starke und schwere Stahlkarosserie erforderte). Durch den Einsatz von Wasserstoff in Form von Metallhydriden konnten Gewicht und Volumen der Batterien reduziert werden, zudem wurde die Gefahr der Batterieexplosion bei Überhitzung reduziert.
Seit den 1980er Jahren wurde die NiMH-Akkutechnologie stark verbessert und der kommerzielle Einsatz in verschiedenen Bereichen begonnen. Der Erfolg von NiNH-Akkus wird durch die erhöhte Kapazität (bis zu 40% im Vergleich zu NiCd), die Verwendung recycelbarer Materialien (umweltfreundlich) und eine sehr lange Lebensdauer, die oft die von NiCd-Akkus übertrifft, begünstigt.
Vor- und Nachteile von NiMH-Akkus
Vorteile
・ Höhere Kapazität - 40% oder mehr als herkömmliche NiCd-Akkus
・ Deutlich weniger ausgeprägter "Memory"-Effekt im Vergleich zu Nickel-Cadmium-Akkus - Akku-Servicezyklen können 2-3 mal seltener durchgeführt werden
・ Einfacher Transport - Fluggesellschaften transportieren ohne Voraussetzungen
・ Umweltfreundlich - recycelbar
Nachteile
・ Begrenzte Akkulaufzeit - in der Regel ca. 500-700 volle Lade-/Entladezyklen (allerdings je nach Betriebsart und internes Gerät kann es manchmal zu Abweichungen kommen).
・ Memory-Effekt - NiMH-Akkus erfordern regelmäßiges Training (Vollentladung / Ladezyklus)
・ Relativ kurze Haltbarkeit von Batterien - in der Regel nicht mehr als 3 Jahre im entladenen Zustand, danach gehen die wesentlichen Eigenschaften verloren. Eine kühle Lagerung mit 40-60 % Teilladung verlangsamt die Alterung der Batterie.
・ Hohe Selbstentladung der Batterien
・ Begrenzte Stromkapazität – Das Überschreiten der zulässigen Lasten verringert die Batterielebensdauer.
・ Ein spezielles Stufenladegerät ist erforderlich, da beim Laden viel Wärme entsteht und NiMH-Akkus überladen werden.
・ Schlechte Portabilität hohe Temperaturen(über 25-30 Grad Celsius)
Aufbau von NiMH-Batterien und -Akkus
Moderne NiMH-Akkus haben Interne Struktur, ähnlich dem Design Nickel-Cadmium-Batterien... Die positive Nickeloxidelektrode, der alkalische Elektrolyt und der berechnete Wasserstoffdruck sind in beiden Batteriesystemen gleich. Nur die negativen Elektroden unterscheiden sich: bei Nickel-Cadmium-Batterien - eine Cadmium-Elektrode, bei Nickel-Metallhydrid - eine Elektrode auf Basis einer Legierung aus wasserstoffabsorbierenden Metallen.
In modernen Nickel-Metallhydrid-Batterien wird die Zusammensetzung einer wasserstoffadsorbierenden Legierung der Typen AB2 und AB5 verwendet. Andere AB- oder A2B-Legierungen werden nicht häufig verwendet. Was bedeuten die mysteriösen Buchstaben A und B in der Legierung? - Unter dem Symbol A verbirgt sich ein Metall (oder ein Metallgemisch), dessen Hydridbildung Wärme abgibt. Dementsprechend bezeichnet das Symbol B ein Metall, das mit Wasserstoff endotherm reagiert.
Für negative AB5-Elektroden wird eine Mischung aus Seltenerdelementen der Lanthangruppe (Komponente A) und Nickel mit Verunreinigungen anderer Metalle (Kobalt, Aluminium, Mangan) verwendet - Komponente B. Für AB2-Elektroden werden Titan und Nickel mit Verunreinigungen verwendet von Zirkonium, Vanadium, Eisen, Mangan, Chrom.
Nickel-Metallhydrid-Batterien mit AB5-Elektroden sind aufgrund von beste Leistung Radfahren, obwohl Batterien mit Elektroden vom Typ AB2 billiger sind, eine höhere Kapazität und eine bessere Leistung haben.
Beim Zyklen schwankt das Volumen der negativen Elektrode aufgrund der Aufnahme / Entwicklung von Wasserstoff bis zu 15-25% des Originals. Durch Volumenschwankungen kommt es im Elektrodenmaterial zu einer Vielzahl von Mikrorissen. Dieses Phänomen erklärt, warum ein neuer NiMH-Akku mehrere „Trainings“-Lade-/Entladezyklen benötigt, um die Akkuleistung und -kapazität auf Nennwerte zu bringen. Auch die Bildung von Mikrorissen hat eine negative Seite - die Oberfläche der Elektrode nimmt zu, was mit dem Elektrolytverbrauch korrodiert, was zu einer allmählichen Zunahme führt Innenwiderstand Element und reduzierte Kapazität. Um die Rate korrosiver Prozesse zu reduzieren, wird empfohlen, NiMH-Akkus in geladenem Zustand zu lagern.
Die negative Elektrode weist sowohl bei Überladung als auch bei Tiefentladung eine Überkapazität gegenüber der positiven auf, um ein akzeptables Niveau der Wasserstoffentwicklung sicherzustellen. Aufgrund der Korrosion der Legierung nimmt die Überladungskapazität der negativen Elektrode allmählich ab. Sobald die überschüssige Überladekapazität erschöpft ist, wird am Ende des Ladevorgangs an der negativen Elektrode eine große Menge Wasserstoff freigesetzt, was zur Freisetzung von überschüssigem Wasserstoff durch die Zellenventile, zum „Abkochen“ des Elektrolyten führt und Batterieausfall. Um Nickel-Metallhydrid-Batterien aufzuladen, ist daher ein spezielles Ladegerät erforderlich, das das spezifische Verhalten der Batterie berücksichtigt, um die Gefahr der Selbstzerstörung der Batteriezelle zu vermeiden. Achten Sie beim Einsammeln des Akkus darauf, dass die Zellen gut belüftet sind und rauchen Sie nicht in der Nähe des wiederaufladbaren NiMH-Akkus mit hoher Kapazität.
Im Laufe der Zeit nimmt durch die Zyklen auch die Selbstentladung der Batterie aufgrund des Auftretens großer Poren im Separatormaterial und der Bildung zu elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenplatten. Dieses Problem kann vorübergehend behoben werden, indem Sie den Akku mehrmals tief entladen und dann volle Ladung.
Beim Aufladen von NiMH-Akkus entsteht vor allem am Ende des Ladevorgangs eine ziemlich große Wärmemenge, was eines der Anzeichen dafür ist, dass der Ladevorgang abgeschlossen werden muss. Beim Sammeln mehrerer Batteriezellen in einer Batterie ist ein Batterieparameterüberwachungssystem (BMS) sowie das Vorhandensein von thermisch getrennten leitfähigen Verbindungsbrücken zwischen einem Teil der Batteriezellen erforderlich. Es ist auch ratsam, die Batterien in der Batterie durch Punktschweißen der Jumper zu verbinden, anstatt zu löten.
Entladung von NiMH-Akkus bei niedrige Temperaturen begrenzt durch die Tatsache, dass diese Reaktion endotherm ist und sich an der negativen Elektrode Wasser bildet, das den Elektrolyten verdünnt, was zu einer hohen Wahrscheinlichkeit des Einfrierens des Elektrolyten führt. Je niedriger die Umgebungstemperatur ist, desto geringer sind daher die Leistungsabgabe und die Batteriekapazität. Im Gegenteil, für erhöhte Temperatur Während des Entladevorgangs ist die Entladekapazität des NiMH-Akkus maximal.
Die Kenntnis des Aufbaus und der Funktionsprinzipien ermöglicht es Ihnen, den Vorgang des Betriebs von Nickel-Metallhydrid-Batterien besser zu verstehen. Ich hoffe, die in diesem Artikel gesammelten Informationen helfen Ihnen, die Lebensdauer Ihres Akkus zu verlängern und mögliche gefährliche Folgen aufgrund eines Missverständnisses der Grundsätze der sicheren Verwendung von Nickel-Metallhydrid-Batterien.
Entladeeigenschaften von NiMH-Akkus bei verschiedenen
Ableitströme bei einer Umgebungstemperatur von 20 °C
Bild von www.compress.ru/Article.aspx?id=16846&iid=781
Duracell Nickel-Metallhydrid-Akku
Bild von www.3dnews.ru/digital/1battery/index8.htm
P.P.S.
Planen vielversprechende Richtung Herstellung von bipolaren wiederaufladbaren Batterien
Diagramm von bipolaren Blei-Säure-Batterien
Vergleichstabelle Parameter verschiedene Typen Akkumulatoren
| NiCd | NiMH | Bleisäure | Li-Ion | Lithium-Ionen-Polymer | Wiederverwendbar Alkalisch |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
| Energiedichte (W * Stunde / kg) | 45-80 | 60-120 | 30-50 | 110-160 | 100-130 | 80 (anfänglich) |
| Innenwiderstand (einschließlich interne Schaltungen), mΩ |
100-200 bei 6V |
200-300 bei 6V |
<100 bei 12V |
150-250 bei 7,2V |
200-300 bei 7,2V |
200-2000 bei 6V |
| Die Anzahl der Lade-/Entladezyklen (bei Reduzierung auf 80% der Anfangskapazität) | 1500 | 300-500 | 200-300 | 500-1000 | 300-500 | 50 (bis zu 50%) |
| Schnelle Ladezeit | 1 Stunde typisch | 2-4 Stunden | 8-16 Stunden | 2-4 Stunden | 2-4 Stunden | 2-3 Stunden |
| Überladewiderstand | Durchschnitt | niedrig | hoch | sehr niedrig | niedrig | Durchschnitt |
| Selbstentladung / Monat (bei Raumtemperatur) | 20% | 30% | 5% | 10% | ~10% | 0.3% |
| Zellspannung (nominal) | 1,25V | 1,25V | 2B | 3,6V | 3,6V | 1,5V |
| Laststrom - Gipfel - optimal |
20 °C 1C |
5C 0.5C und darunter |
5C 0,2C |
> 2C 1C und darunter |
> 2C 1C und darunter |
0.5C 0,2C und darunter |
| Betriebstemperatur (nur Entladung) | -40 to 60 °C |
-20 to 60 °C |
-20 to 60 °C |
-20 to 60 °C |
0 bis 60 °C |
0 bis 65 °C |
| Serviceanforderungen | Nach 30 - 60 Tagen | Nach 60 - 90 Tagen | Nach 3 - 6 Monaten | Nicht erforderlich | Nicht erforderlich | Nicht erforderlich |
| Standartpreis (US $, nur zum Vergleich) |
$50 (7,2 V) |
$60 (7,2 V) |
$25 (6B) |
$100 (7,2 V) |
$100 (7,2 V) |
$5 (9V) |
| Zykluspreis (US $) | $0.04 | $0.12 | $0.10 | $0.14 | $0.29 | $0.10-0.50 |
| Beginn der gewerblichen Nutzung | 1950 | 1990 | 1970 | 1991 | 1999 | 1992 |
Tabelle entnommen aus
Alles über Ni─MH-Akkus: Gerät, Eigenschaften, Vor- und Nachteile
Nickel-Metallhydrid-Batterien (Ni─MH) sind alkalisch. Das chemische Quellen Strom, bei dem die Anode eine Wasserstoff-Metallhydrid-Elektrode ist, die Kathode Nickeloxid ist und der Elektrolyt Alkalikaliumhydroxid (KOH) ist. Ni─MH-Akkus haben ein ähnliches Design wie Ni─Cd-Akkus. Von den darin ablaufenden Prozessen ähneln sie Nickel-Wasserstoff-Batterien. Nickel-Metallhydrid übertrifft beide Typen hinsichtlich ihres spezifischen Energiegehalts. In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf das Gerät und die Eigenschaften von Ni─MH-Akkus, sowie deren Vor- und Nachteile.
Nickel-Metallhydrid wurde Mitte des letzten Jahrhunderts hergestellt. Sie wurden entwickelt, um die Mängel zu überwinden, die sie hatten. Während der laufenden Forschung haben Wissenschaftler neue Nickel-Wasserstoff-Batterien entwickelt, die in der Raumfahrttechnik verwendet werden. Sie haben es geschafft, sich zu entwickeln neuer Weg Ansammlung von Wasserstoff. In einem neuartigen Batterietyp wurde Wasserstoff in bestimmten Materialien bzw. Legierungen bestimmter Metalle gesammelt. Diese Legierungen könnten ein tausendfaches Volumen an Wasserstoff speichern. Die Zusammensetzung der Legierungen bestand aus 2 oder mehr Metallen. Einer von ihnen akkumulierte Wasserstoff, der andere fungierte als Katalysator, der den Übergang von Wasserstoffatomen in das Metallgitter sicherstellte.
Ni─MH-Akkus können eine Vielzahl von Metallkombinationen verwenden. Dadurch ist es möglich, die Eigenschaften der Legierung zu verändern. Um Nickel-Metallhydrid-Batterien herzustellen, wurde die Produktion von Legierungen gestartet, die bei Raumtemperatur und bei niedrigem Wasserstoffdruck arbeiten. Die Entwicklung verschiedener Legierungen und die Verbesserung der Technologie zur Herstellung von Ni─MH-Batterien sind im Gange. Moderne Muster von Batterien dieses Typs bieten bis zu 2.000 Lade-Entlade-Zyklen. In diesem Fall wird die Kapazität der negativen Elektrode um nicht mehr als 30 Prozent reduziert. Dieses Ergebnis wird erreicht, wenn Nickellegierungen mit verschiedenen Seltenerdmetallen verwendet werden.
Bill erhielt 1975 ein Patent für die LaNi5-Legierung. Dies war das erste Beispiel für eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, bei der diese Legierung als Wirkstoff verwendet wurde. Wie bei den früheren Proben aus anderen Metallhydrid-Legierungen war dort die erforderliche Kapazität nicht vorgesehen.
Die industrielle Produktion von Ni─MH-Batterien wurde erst Mitte der 80er Jahre organisiert, als eine Legierung der Zusammensetzung La─Ni─Co erhalten wurde. Es ermöglichte die reversible Absorption von Wasserstoff über mehr als hundert Zyklen. Zukünftig wurden alle Verbesserungen im Design von Ni─MH-Akkus auf die Erhöhung der Energiedichte reduziert.
Anschließend wurde die negative Elektrode ersetzt, was zu einer 1,3- bis 2-fachen Zunahme der aktiven Masse der positiven Elektrode führte. Von der positiven Elektrode hängt die Kapazität dieses Batterietyps ab. Ni-MH-Akkus haben höhere spezifische Energieparameter als Nickel-Cadmium-Akkus.
Neben der hohen Energiedichte von Nickel-Metallhydrid-Akkus bestehen diese auch aus ungiftigen Materialien, wodurch sie leicht zu handhaben und zu entsorgen sind. Dank dieser Faktoren haben sich Ni─MH-Akkus erfolgreich verbreitet. Darüber hinaus können Sie sich über das Auto informieren.
Anwendungen für Nickel-Metallhydrid-Batterien
NiMH-Batterien werden häufig verwendet, um verschiedene Elektroniken mit Strom zu versorgen, die in einem autonomen Modus arbeiten. Die meisten von ihnen werden in Form von AA- oder AAA-Batterien hergestellt. Es gibt zwar auch andere Ausführungen, darunter auch Industriebatterien. Ihr Anwendungsbereich deckt sich fast vollständig mit Nickel-Cadmium und ist noch breiter, da sie keine giftigen Stoffe enthalten.
Nickel-Metallhydrid-Batterien, die auf dem Markt verkauft werden, können in zwei unterteilt werden große Gruppen nach Kapazität:
- 1500-3000mAh;
- 300-1000mAh.
Die erste Gruppe (1500-3000 mAh) wird in verschiedenen Geräten verwendet, die in kurzer Zeit einen hohen Stromverbrauch haben. In diesem Fall erfolgt in der Regel keine Vorlagerung von Batterien. Beispiele sind Geräte wie Player, Kameras, funkgesteuerte Modelle und andere Geräte, bei denen der Ni─MH-Akku in kurzer Zeit verbraucht wird.
Die zweite Gruppe (300-1000 mAh) ist geeignet, wenn der Stromverbrauch nach einem bestimmten Zeitintervall beginnt. Beispiele sind Taschenlampen, Walkie-Talkies, Spielzeug, GPS-Navigationsgeräte und andere Geräte mit moderatem Stromverbrauch, lange Zeit offline.
Ni─MH-Akkugerät
Design der Nickel-Metallhydrid-Batterie
Ni─MH zylindrisch
Bei dieser Ausführung sind die gegenüberliegenden Elektroden durch einen Separator getrennt. Alle zusammen sind sie aufgerollt. Es wird in ein Gehäuse eingesetzt und mit einem Deckel mit einer speziellen Dichtung abgedichtet. Im Deckel befindet sich ein Notventil, das sich öffnet, wenn der Druck im Speicher auf 2-4 MPa ansteigt. Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau einer zylindrischen Nickel-Metallhydrid-Batterie.
Ni─MH prismatisch
Bei prismatischen Ni─MH-Batterien abwechselnde Anordnung der gegenüberliegenden Elektroden. Sie werden auch durch ein Trennzeichen getrennt. Die Elektrodenbaugruppe ist aus Metall oder Plastikbehälter, die mit einem versiegelten Deckel verschlossen wird. In den meisten Fällen ist im Deckel ein Drucksensor oder ein Ventil eingebaut. Der Aufbau einer prismatischen Nickel-Metallhydrid-Batterie ist unten dargestellt.
In Nickel-Metallhydrid-Batterien fungiert Alkali als Elektrolyt. Von der Zusammensetzung her ist dies KOH mit Zusatz von LiOH. Das Käfigmaterial ist in den meisten Fällen ein mit einem Netzmittel behandeltes Vlies aus Polyamid und Polypropylen. Separatordicke von 0,12 bis 0,25 Millimeter.
Die positive Elektrode von Ni-MH-Akkus besteht aus den gleichen Materialien wie Ni-Cd-Akkus. Dies sind Oxid-Nickel-Cermets, Polymerschaum und Filzmaterialien.
Negative Elektroden für Ni─MH-Batterien können die folgenden Optionen haben:
- Lamelle. Wasserstoff - eine absorbierende Legierung in Pulverform wird in ein Nickelnetz gepresst;
- Nickelschaum. In die Nickelschaumbasis wird eine Paste aus einer Legierung und einem Bindemittel eingebracht, anschließend getrocknet und gepresst;
- vereiteln. Auf Lochfolie (Nickel oder Stahl) wird eine Paste aus einer Legierung und einem Bindemittel aufgetragen, getrocknet und gepresst;
- gerollt. Pulver aus einer Legierung und einem Bindemittel wird durch Walzen (Walzen) auf ein Gitter oder Gitter (Kupfer oder Nickel) aufgetragen;
- gebacken. Die pulverförmige Legierung wird auf ein Ni-Geflecht gepresst und anschließend in Wasserstoff gebrannt.
Die spezifischen Kapazitäten all dieser Elektrodenoptionen liegen nahe am Wert. Sie hängen hauptsächlich von der Kapazität der verwendeten Legierung ab. Nun lohnt es sich, das Design verschiedener Elektroden von Nickel-Metallhydrid-Batterien genauer unter die Lupe zu nehmen.
Gerät der Elektroden von Ni─MH-Batterien
Metallwasserstoffelektrodengerät
Das Hauptmaterial, das die Eigenschaften von Ni─MH-Batterien bestimmt, ist eine wasserstoffabsorbierende Legierung. Es kann das Tausendfache seines eigenen Volumens an Wasserstoff aufnehmen.... LaNi5 hat sich zur gebräuchlichsten Legierung für die Herstellung von metallischen Wasserstoffelektroden entwickelt. So wird die Gruppe durch eine Legierung bezeichnet, bei der Nickel teilweise durch Kobalt, Mangan und Aluminium ersetzt wird. Dies geschieht, um seine Aktivität und Stabilität zu erhöhen. Um Geld zu sparen, verwenden einige Hersteller kein Lanthan, sondern Mm (Mish-Metal). Es ist eine Mischung aus Seltenerdelementen in einem Verhältnis, das dem von natürlichem Erz nahe kommt. Dort gibt es neben La Neodym, Cer, Praseodym.
Während des Lade-Entlade-Zyklus zieht sich das Kristallgitter der Legierung zusammen und dehnt sich um 15-25 Prozent aus. Dies ist auf die Prozesse der Desorption und Absorption von Wasserstoff zurückzuführen. Dadurch steigt die Eigenspannung und es bilden sich Risse in der Legierung. Rissbildung vergrößert die Oberfläche, die durch Reaktion mit Alkali (Elektrolyt) korrodiert. Als Ergebnis kommt es zu einer allmählichen Abnahme der Entladungskapazität der negativen Elektrode.
Seit in Batterie Da nur eine begrenzte Menge an Elektrolyt vorhanden ist, führen alle beschriebenen Prozesse zu Problemen, die mit seiner Umverteilung verbunden sind. Durch die Korrosion der Legierung wird deren Oberfläche chemisch passiv. Auf ihm bilden sich Oxide und Hydroxide, die korrosionsbeständig sind. Sie erhöhen die Überspannung bei der Reaktion an der Metallhydridelektrode. Unter Verbrauch von Wasserstoff und Sauerstoff aus Alkali entstehen Korrosionsprodukte. Dies führt zu einer Verringerung der Elektrolytmenge in der Batterie und einer Erhöhung ihres Innenwiderstands. Alle diese Prozesse wirken sich negativ auf die Lebensdauer von Ni-MH-Akkus aus.
Um unerwünschte Korrosions- und Dispersionsprozesse zu reduzieren, verwenden Hersteller 2 Techniken. Die erste beinhaltet die Mikroverkapselung von Legierungspartikeln. Dies bedeutet, dass die Oberfläche mit einer porösen Schicht aus Kupfer oder Nickel geringer Dicke (5-10 Prozent) bedeckt ist. Die zweite Technik ist häufiger. Bei dieser Technologie werden Legierungspartikel in einer alkalischen Lösung verarbeitet. Das Ergebnis ist ein wasserstoffdurchlässiger Schutzfilm.
Oxid-Nickel-Elektrodengerät
Nickeloxid-Elektroden finden Sie in folgenden Ausführungen:
- lamellar;
- lamellare gesinterte Metallkeramik;
- gedrückt.
Schaumstoff- und Lamellenfilzelektroden erfreuen sich immer größerer Beliebtheit.
Strukturell lamellare Oxid-Nickel-Elektroden bestehen aus verbundenen Lamellen. Lamellen sind perforierte Kästen aus dünnem, vernickeltem Stahlband. Seine Dicke beträgt 0,1 Millimeter.
Gesinterte gesinterte Elektroden haben eine poröse Struktur einer gesinterten Metallbasis. In den Poren, die zu mindestens 70 Prozent ausmachen, befindet sich eine aktive Masse. Das Grundmaterial ist fein dispergiertes Nickel-Carbonyl-Pulver (60-65 %) und Ammoniumcarbonat (oder Harnstoff). Dieses Pulver wird aufgepresst, auf ein Nickel- oder Stahlgewebe gewalzt. Es kann auch gesprüht werden.
Ferner wird gemäß der Technologie das Netz mit dem Pulver in einer Wasserstoffatmosphäre wärmebehandelt. Die Temperatur beträgt 800-960 Grad Celsius. Harnstoff oder Ammoniumcarbonat zersetzt sich und Nickel wird gesintert. Das Ergebnis ist ein Sockel mit einer Dicke von 1-2,3 Millimetern. Die Porosität der resultierenden Base beträgt 80-85 Prozent und der Porenradius beträgt 5-20 Mikrometer. Außerdem wird die resultierende Basis mit einer auf 60-90 Grad erhitzten Lösung von Nickelsulfat oder -nitrat imprägniert. Anschließend erfolgt auch die Imprägnierung mit einer Alkalilösung, die Nickeloxide und -hydroxide ausfällt.
Auf moderne Produktion elektrochemische Imprägniertechnologie verwendet wird. Die Elektrode in einer Nickelnitratlösung wird einer kathodischen Behandlung unterzogen. Dadurch wird Wasserstoff in den Poren freigesetzt und die Platten werden alkalisiert. In den Poren der Platte werden Nickelhydroxide und -oxide abgeschieden.
Folienelektroden sind eine Art gesinterte Elektroden. Sie werden wie folgt hergestellt. Auf ein etwa 0,05 Millimeter dickes Nickel-Lochband wird beidseitig eine Alkoholemulsion aus Nickel-Carbonyl-Pulver mit Bindemitteln aufgetragen. Als nächstes wird gesintert und mit Reagenzien (chemisch oder elektrochemisch) imprägniert. Die Dicke der Elektrode beträgt 0,4-0,6 Millimeter.
Gepresste Elektroden werden durch Aufpressen auf ein Band oder Geflecht aus Aktivstahl hergestellt. In diesem Fall beträgt der Druck 35-60 MPa. Die Aktivmasse ist eine Mischung aus Nickel- und Kobalthydroxiden, Graphit, Bindemitteln.
Metallfilzelektroden sind ein hochporöser Träger aus Kohlenstoff- oder Nickelfasern. Die Porosität der Basis beträgt 95 Prozent. Die Filzelektrode besteht aus Kohlenstoff-Graphit- oder Polymerfilz beschichtet mit Nickel. Die Dicke der Elektrode kann 0,8 bis 10 Millimeter betragen. Die Aktivmasse wird auf verschiedene Weise in den Filz eingebracht.
Es gibt eine Technologie, bei der Nickelschaum anstelle von Filz verwendet wird. Es wird durch Vernickeln von Polyurethanschaum und weiteres Glühen in einer reduzierenden Atmosphäre hergestellt. Dem hochporösen Medium werden Zusätze mittels Aufstrich zugesetzt. Es ist eine Paste, die Nickelhydroxid mit einem Bindemittel enthält. Dann wird der Boden getrocknet und gerollt. Elektroden aus Metall-Filz- und Schaum-Nickel-Typen haben eine hohe spezifische Kapazität und eine beachtliche Lebensdauer.
Reaktionen in Nickel-Metallhydrid-Batterien
Wie bereits oben besprochen, besteht bei einer Ni-MH-Batterie die positive Elektrode sowohl aus Oxid-Nickel- als auch bei Ni-Cd-Batterien. Aber die negative Elektrode wird anstelle des Cadmiums aus einer Nickellegierung mit Zusatz von Seltenerdelementen verwendet.
Welche Reaktionen laufen in Ni─MH-Akkus ab?
An der Oxid-Nickel-Elektrode (positiv) läuft die Reaktion ab:
Beim Aufladen
Ni (OH) 2 + OH −- ⇒ NiOOH + H 2 O + e -
Bei der Entlassung
NiOOH + H 2 O + e - ⇒ Ni (OH) 2 + OH -
An der Nickellegierungselektrode (negativ) läuft die Reaktion ab:
Beim Aufladen
M + H 2 O + e - ⇒ MH + OH −-
Bei der Entlassung
MH + OH - M + H 2 O + e -
Die Gesamtreaktion in einem Ni─MH-Akku ist wie folgt:
Beim Aufladen
Ni (OH) 2 + M ⇒ NiOOH + MH
Bei der Entlassung
NiOOH + MH ⇒ Ni (OH) 2 + M
In diesem Fall nimmt der alkalische Elektrolyt nicht an der Stromerzeugungsreaktion teil.
Nachdem die Batterie zu 70-80 Prozent auf Oxid-Nickel geladen ist, beginnt die Sauerstoffentwicklung gemäß der folgenden Reaktion:
2OH - ⇒ 1 / 2O 2 + H 2 O + 2e -
Die Reaktion dieser Sauerstoffreduktion erfolgt an der negativen Elektrode:
1 / 2O 2 + H 2 O + 2e - ⇒ 2OH -
Dies beschreibt den Vorgang des Wiederaufladens einer Nickel-Metallhydrid-Batterie. Diese Reaktionen bilden einen geschlossenen Sauerstoffkreislauf. Bei der Sauerstoffreduktion erhöht sich die Kapazität der Metallhydridelektrode durch die Freisetzung der OH – -Gruppe.
Eigenschaften von Ni-MH-Akkus
Die wichtigsten Parameter von Nickel-Metallhydrid- und Nickel-Cadmium-Batterien sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
| Charakteristisch | Ni-Cd | Ni-MH | Ni-H2 |
|---|---|---|---|
| Charakteristisch | Ni-Cd | Ni-MH | Ni-H2 |
| Energiedichte, Wh / kg | 45-80 | 60-120 | - |
| Innenwiderstand (bei 6 V), mOhm | 100-200 | 200-300 | - |
| Die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen, bis die Kapazität auf 80 Prozent der Nennleistung sinkt | 1500 | 300-500 | 2000-3000 |
| Zeit schnelles Laden, Uhr | 1 | 2-4 | - |
| Überladewiderstand | Durchschnitt | niedrig | - |
| Selbstentladung bei Raumtemperatur | 20% pro Monat | 30% pro Monat | 20-30% pro Tag |
| Nennspannung, V | 1,25 | 1,25 | 1,25 |
| Optimaler Laststrom | 1C | bis 0,5C | - |
| Spitzenlaststrom | 20 °C | 5C | - |
| Arbeitstemperatur (Entladung), С | von -40 bis +60 | von -20 bis +60 | von -20 bis +30 |
| Servicefrequenz (Schulung), Tage | 30-90 | 30-90 | - |
| Aussehen im Verkauf | 1950 | 1990 | - |
| Lebensdauer, Jahre | 1-5 | 1-5 | 2-7 |
| Spezifische Energie, Wh / Liter | 60-120 | 100-270 | 60-80 |
Elektrische Eigenschaften
Batteriekapazität
Mit steigender Last und sinkender Betriebstemperatur nimmt die Kapazität der Nickel-Metallhydrid-Batterie gemäß der folgenden Grafik ab.
Der Effekt einer Kapazitätsabnahme macht sich besonders bei einer signifikanten Entladerate im Bereich negativer Temperaturen bemerkbar.
Bemessungsentladespannung
Die Nennentladespannung (U p) liegt normalerweise im Bereich von 1,2-1,25 Volt beim Entladestrom (I p), bestimmt nach der Formel:
I p = 0,1─0,2С, wobei
C ist die Nennkapazität des Akkus bei einer Temperatur von 25 Grad Celsius.
Die Entladeschlussspannung beträgt 1 Volt. Wie Sie in der folgenden Grafik sehen können, nimmt die Spannung mit zunehmender Last ab.
Leerlaufspannung
Es ist ziemlich schwierig, den Wert dieses Parameters für Ni─MH-Akkus zu bestimmen. Dies liegt daran, dass das Gleichgewichtspotential der Oxid-Nickel-Elektrode stark von der Oxidationsstufe von Ni abhängt.
Eine wichtige Rolle spielt auch das Gleichgewichtspotential der negativen Elektrode, das durch den Sättigungsgrad mit Wasserstoff bestimmt wird. Einen Tag nach dem Aufladen der Batterie liegt die Leerlaufspannung der Nickel-Metallhydrid-Batterie im Bereich von 1,30-1,35 Volt.
Lagerung und Lebensdauer
Während der Lagerung eines Ni─MH-Akkus tritt wie bei anderen Akkutypen ein Selbstentladungsphänomen auf. Bei Raumtemperatur verliert eine solche Batterie im ersten Monat der Lagerung 20-30 Prozent ihrer Kapazität. Anschließend sinkt die Kapazität der Nickel-Metallhydrid-Batterie jeden Monat um 3-7 Prozent pro Monat. Die Selbstentladungsrate nimmt mit steigender Temperatur zu, wie in der folgenden Grafik zu sehen ist.
