Agenția Federală pentru Educație
Stat instituție educațională studii profesionale superioare
„UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ TOMSK”
Institutul Electrotehnic
Directia 551300 - Inginerie Electrica, Electromecanica si Electrotehnologie
Departament - Acționări electrice și echipamente electrice
Rezumat al disciplinei
„Surse de alimentare garantată și neîntreruptă a întreprinderilor industriale”
pe tema BATERIILOR NICHEL-HIDRURĂ DE METAL
Elevii grupei 7M142
Krupina N.V. _______________
Kondrashov S.A._____________
«_____»________________
Profesor șef, doctor în științe tehnice
A.G. Garganeyev _______________
„_____” ___________ 2009
Tomsk - 2009
Introducere
1. Terminologie
3. Baterii nichel-hidrură metalică
4. Procese de bază baterie Ni-MH ov
5. Proiectarea electrozilor bateriilor Ni-MH
6. Proiectarea bateriilor Ni-MH
7. Caracteristicile Ni-MH acumulatoare
8. Încărcare Ni-MH baterie
9. Avantajele și dezavantajele bateriilor Ni-MH
10. Standarde și denumiri ale acumulatorilor HM
11. Depozitarea și funcționarea bateriilor Ni-MH
12. Producători și perspective de acumulatoare HM
13. Eliminare
Concluzie
Lista surselor utilizate
Introducere
Aproape imposibil de imaginat lumea modernă fără nici un fel de echipament electronic. Tehnologiile digitale s-au amestecat cu atâta succes în viața noastră, făcând-o mai convenabilă și mai interesantă, încât pur și simplu nu le putem refuza.
Rețineți, totuși, că dispozitivele mobile necesită surse de alimentare portabile pentru a satisface cerințele din ce în ce mai mari. electronice moderne... Am obținut WiFi și Bluetooth eliberându-ne de firele de date, dar suntem încă legați de rețelele electrice.
Știința aplicată, însă, nu stă pe loc, oferind tot mai multe tipuri noi de surse de energie electrică. Pe de altă parte, este încă ciudat că, cu atâtea tehnologii noi, bateriile telefoanelor, smartphone-urilor, PDA-urilor și altor gadget-uri încă „moară” la noi. Acest lucru se întâmplă pentru că oamenii se gândesc la manipulare corectă cu baterie doar atunci când este complet defect și poate fi casat cu liniște. Trebuie înțeles că înlocuirea bateriei poate costa un bănuț destul de. Nu susținem că puținilor le place să respecte cu strictețe regulile de funcționare, dar, din păcate, doar astfel se poate maximiza durabilitatea bateriei.
Până în prezent, bateriile cu cinci scheme electrochimice diferite sunt comune: nichel-cadmiu (Ni-Cd), hidrură de nichel-metal (Ni-MH), plumb-acid (Sealed Lead Acid, SLA), litiu-ion (Li-Ion) şi polimer de litiu (Li-Polymer). Factorul determinant pentru toate bateriile enumerate nu este doar portabilitatea (adică volumul și greutatea mică), ci și fiabilitate ridicată precum și timp de lucru grozav. Parametrii principali ai unei baterii sunt densitatea energiei (sau energia specifică în masă), numărul de cicluri de încărcare/descărcare, ratele de încărcare și autodescărcare. O baterie plumb-acid constă de obicei din două plăci (electrozi) plasate într-un electrolit (soluție apoasă de acid sulfuric). Celula de nichel-cadmiu are plăci negative și pozitive laminate împreună și plasate într-un cilindru metalic. Placa pozitivă este hidroxid de nichel, iar placa negativă este hidroxid de cadmiu. Cele două plăci sunt izolate cu un separator, care este umezit cu electrolit.
Bateria nichel-hidrură metalică este similară structural cu baterie nichel cadmiu dar are altceva compoziție chimică electrolit și electrozi. Într-o baterie litiu-ion, electrozii și separatorul (separatorul) sunt plasați într-un electrolit de sare de litiu.
Există un număr imens de mituri și legende despre modul de funcționare presupus ideal, despre metodele de „antrenament”, stocare, metode și moduri de încărcare și refacere a bateriilor, dar să încercăm să ne dăm seama.
1. Terminologie
Un acumulator (din latinescul acumulator - un colector, accumulato - adun, acumulez) este un dispozitiv pentru stocarea energiei în scopul utilizării sale ulterioare. O baterie electrică transformă energia electrică în energie chimică și, după cum este necesar, asigură conversia inversă. Bateria se incarca prin trecerea prin ea curent electric... Ca urmare a reacțiilor chimice induse, unul dintre electrozi capătă o sarcină pozitivă, iar celălalt negativ.
Baterie ca aparat electric, se caracterizează prin următorii parametri principali: sistem electrochimic, tensiune, capacitate electrică, rezistență internă, curent de autodescărcare și durata de viață.
Capacitatea bateriei este cantitatea de energie pe care ar trebui să o aibă o baterie complet încărcată. În calculele practice, capacitatea este de obicei exprimată în amperi-ore (
). Amperi-ore indică perioada de timp în care va funcționa baterie dată la un curent de 1 amper. Merită să adăugați, totuși, că în dispozitivele mobile moderne se folosesc curenți cu putere mult mai mică, astfel încât capacitatea bateriilor este adesea măsurată în miliamperi-ore (sau, sau mAh). Capacitatea nominală (cum ar trebui să fie) este întotdeauna indicată pe baterie în sine sau pe ambalajul acesteia. Cu toate acestea, capacitatea reală nu coincide întotdeauna cu cea nominală. În practică, capacitatea reală a bateriei variază de la 80% la 110% din valoarea nominală.Capacitatea specifică este raportul dintre capacitatea bateriei și dimensiunea sau greutatea acesteia.
Un ciclu este o secvență de încărcare și descărcare a bateriei.
Efectul de memorie este pierderea capacității bateriei în timpul funcționării acesteia. Se manifestă prin tendința bateriei de a se adapta la ciclul de lucru la care bateria a funcționat o anumită perioadă de timp. Cu alte cuvinte, dacă încărcați bateria de mai multe ori fără să o descărcați complet înainte de aceasta, pare că își „amintește” starea și data viitoare pur și simplu nu poate fi descărcată complet, prin urmare, capacitatea sa scade. Pe măsură ce numărul de cicluri de încărcare-descărcare crește, efectul de memorie devine mai pronunțat.
În astfel de condiții de funcționare, cristalele de pe placă cresc în interiorul bateriei (structura bateriilor va fi discutată mai jos), ceea ce reduce și suprafața electrodului. Cu formațiuni cristaline mici ale substanței interne de lucru, suprafața cristalelor este maximă, prin urmare, cantitatea de energie stocată de baterie este, de asemenea, maximă. Odată cu mărirea formațiunilor cristaline în timpul funcționării, aria suprafeței electrodului scade și, ca urmare, capacitatea reală scade.
Figura 1 prezintă efectul efectului de memorie.
Figura 1 - Efect de memorie.
Autodescărcarea este o pierdere spontană a energiei stocate de către o baterie în timp. Acest fenomen este cauzat de procese redox spontane și este inerent tuturor tipurilor de baterii, indiferent de sistemul lor electrochimic. Pentru cuantificarea autodescărcării se folosește cantitatea de energie pierdută de baterie într-un anumit timp, exprimată ca procent din valoarea obținută imediat după încărcare. Autodescărcarea este maximă în primele 24 de ore după încărcare, de aceea este estimată atât pentru prima zi, cât și pentru prima lună după încărcare. Rata de auto-descărcare a bateriei depinde foarte mult de temperatura mediului ambiant. Deci, atunci când temperatura crește peste 100 ° C, autodescărcarea se poate dubla.
2. Baterii: tipuri și origine
Poziția de lider pe piața producției de baterii este ocupată de Japonia, Taiwan, China, Coreea de Sudși își extind constant prezența modestă pe piața globală.
Sunt zeci de diverse modele baterii, iar fiecare producător încearcă să atingă combinația optimă de caracteristici - capacitate mare, dimensiuni și greutate reduse, performanță într-un interval larg de temperatură și în condiții extreme.
În același timp, studiile arată că peste 65% dintre utilizatorii tehnologiei mobile și portabile își doresc să aibă baterii și mai încăpătoare și sunt dispuși să plătească mulți bani pentru a putea folosi o „mașină de scris” (sau telefon) timp de câteva zile fără reîncărcare. De aceea, în cele mai multe cazuri, trebuie să cumpărați o baterie mai încăpătoare decât cea inclusă în kit.
În funcție de sistemul electrochimic, bateriile sunt împărțite în mai multe tipuri:
Acid de plumb (Sealed Lead Acid, SLA);
Nichel-cadmiu (Ni-Cd);
Hidrură metalică de nichel (Ni-MH);
Litiu-ion (Li-Ion);
Polimer de litiu (Li-Pol);
Combustibil.
Bateriile plumb-acid nu mai sunt folosite în electronicele portabile moderne, așa că ne vom începe excursia cu baterii cu nichel, care sunt încă folosite în bateriile pentru camere, laptopuri, camere video și alte dispozitive.
Strămoșul bateriilor cu nichel au fost bateriile cu nichel-cadmiu (Ni-Cd), inventate în 1899 de omul de știință suedez Waldmar Jungner. Principiul muncii lor a fost că nichelul acționează ca un electrod pozitiv (catod), iar cadmiul ca un electrod negativ (anod). La început a fost baterie deschisă, în care oxigenul eliberat în timpul încărcării a intrat direct în atmosferă, ceea ce a împiedicat crearea unei carcase sigilate și, împreună cu costul ridicat al materialelor necesare, a încetinit vizibil începerea producției de masă.
Îngrijirea și utilizarea corectă a încărcătoarelor rapide
baterii NiMH pentru modelare
Calitatea bateriilor nichel-hidrură metalică de dimensiunea Sub C (L 43 mm 0 23 mm) (denumite în continuare baterii Ni-MH), utilizate în modelare, este în continuă creștere. Rezistența internă scăzută face posibilă creșterea curentului de descărcare al bateriilor. Experiența îndelungată în operarea bateriilor Ni-MH de către piloții noștri în diverse competiții ne-a determinat să optimizăm experiența dobândită în cercetările de laborator și în competiții. Astăzi principalii producători de baterii de care suntem interesați sunt SANYO și GP.
Capacitatea tipică a celor mai bune baterii Ni-MH vândute de aceste companii este de 3700 mAh, acest lucru este indicat pe etichete, cu toate acestea, firmele de selecție de baterii găsesc baterii cu o capacitate de până la 3800 mAh!
Depozitare
Depozitați bateriile Ni-MH numai într-o stare complet încărcată. Nu depozitați niciodată bateriile NiMH pentru perioade lungi de timp (5 zile sau mai mult). O astfel de depozitare pe termen lung într-o formă descărcată crește rezistența internă și. în consecință, reduce capacitatea bateriilor.
Descărcare de egalizare
Bateriile, și în special bateriile noi Ni-MH, ar trebui să fie supuse unei descărcări de egalizare cât mai des posibil. Egalizarea sau echilibrarea descărcării face posibilă reducerea așa-numitei răspândiri de producție a bateriilor Ni-MH. Răspândirea producției de baterii Ni-MH înseamnă fabricarea acelorași baterii de către un producător, cu o mică (± 2-5%) repartizare în parametrii electrici ai bateriilor (capacitate, rezistență internă, tensiune de descărcare). Această răspândire este acceptabilă pentru producție, dar nedorită și chiar mortală pentru bateriile Ni-MH în timpul funcționării pe termen lung, deoarece atunci când cumpărăm în vrac, de exemplu, un bloc de șase baterii Ni-MH pentru un model de avion, cumpărăm nu tocmai „bănci” de aceeași capacitate, dar ne confruntăm cu această răspândire tehnologică, în care „bateriile Ni-MH cu o capacitate de 3000 mAh. conform datelor de pe etichete, au de fapt o capacitate reală de la 3300 la 3000 mAh într-o unitate. .Ce noroc!De obicei, răspândirea este de 100-150 mAh.Și când un astfel de bloc este încărcat cu un curent mare (4-6 amperi, ceea ce este obișnuit și așa cum este recomandat de producătorii de baterii), folosind un încărcător automat, „bancă” cu o capacitate mai mică sunt ușor reîncărcate, iar cele care au o capacitate mare - puțin subîncărcate.
La descărcare are loc procesul invers - „băncile” cu o capacitate mai mică sunt ușor supradescărcate, iar cele cu o capacitate mare sunt ușor subdescărcate.
De la descărcare la descărcare, această diferență devine din ce în ce mai vizibilă și, de obicei, după 35-40 de cicluri de încărcare-descărcare, există o scădere vizibilă a capacității și tensiunii acumulatorului din cauza supraîncărcării și supradescărcării "capacitatei reduse" baterie în bloc.
Descărcarea de egalizare nu exclude efectul descris mai sus, dar permite prelungirea perioadei operatie normala baterii până la aproximativ 50-70 de cicluri înainte de apariția acestui efect.
Care este esența descărcării de egalizare: este necesar să se descarce bateriile încărcate, fiecare „cutie” separat, cu propria rezistență de descărcare cu o valoare nominală de 2 până la 5 ohmi și o putere de 0,25-0,5 W, în 15- 24 de ore. Valoarea tuturor rezistențelor utilizate pentru toate rezistențele trebuie să fie aceeași. Descărcarea are loc la o tensiune aproape zero pe baterii, dar nu vă faceți griji, deoarece acest mod este destul de acceptabil pentru bateriile Ni-MH, contrar credinței populare. Bateriile descărcate în acest fel au aceeași capacitate reziduală.
Dacă nu aveți capacitatea de a efectua o descărcare de egalizare, există o altă metodă de a prelungi durata de viață a surselor de alimentare. Aceasta este așa-numita taxă de egalizare.
Esența metodei: descărcat în modurile obişnuite bateriile se incarca folosind un incarcator conventional "noapte" sau cu altul, fara intrerupere automata a incarcarii, cu un curent egal cu 1/10 din capacitatea bateriei. Exemplu: cu o capacitate a bateriei de 3000 mAh, curentul de încărcare este de 300 tA. Timpul de încărcare este de 16-22 ore. În același timp, toate "" băncile "" ale unității își câștigă capacitatea maximă, iar cel mai important lucru este că, cu un curent de încărcare atât de mic, bateriile nu se reîncarcă, deoarece acesta este un mod acceptabil pentru ei. După 12 -14 ore de incarcare bateriile se incalzesc putin, dar asta este normal.in acest fel bateriile isi vor atinge capacitatea maxima existenta si pot fi depozitate in aceasta stare.
Există și o a treia cale - utilizarea bateriilor selectate (selectate) de firme.
Care este esența selecției? Compania achiziționează de la producător un număr mare de baterii în vrac, după care fiecare baterie este încărcată și descărcată în încărcătoare speciale multicanal conectate la un computer pentru a citi parametrii electrici ai încărcării-descărcării.
Calculatorul înregistrează:
- Curent de încărcare (de obicei 4-6 amperi).
- Timp de încărcare, curent de descărcare (de obicei 20 sau 30 de amperi).
- Timpul de descărcare la o tensiune de 1, 0,9, 0,85 sau 0,75 V. Tensiunea depinde de curentul de descărcare utilizat de companie în procesul de selecție și de tipul bateriei.
Capacitatea bateriei este calculată când sunt atinse tensiunile de descărcare corespunzătoare. Se determină tensiunea medie de descărcare. Compania elvețiană ORION ne spune și cantitatea de energie livrată în jouli. Datele primite sunt tipărite pe etichete mici care sunt lipite de baterie. Calculatorul selectează bateriile în funcție de parametrii lor în blocuri în funcție de un anumit număr de „cutii” dintr-un bloc. Principalul criteriu de selecție este capacitatea și tensiunea medie de descărcare.
În ultimii ani, toate companiile care se respectă au folosit, pe lângă selecție, un pachet de baterii Ni-MH din 6 piese dezvoltat de GM RACING în 1995 - 7,2 V numit proces VIS (Sistem de creștere a tensiunii) - un sistem de creștere a tensiunii. Care este esența acestui proces? Noua baterie este prinsă între două contacte puternice și cusuta cu un impuls de descărcare având o tensiune de 60-80 volți și un curent de sute de amperi. După un astfel de șoc electric, rezistența internă a bateriei scade ușor (cu 3-5%) și, în consecință, tensiunea de descărcare și capacitatea cresc cu aceeași cantitate. Aceasta este urmată de procedura obișnuită de selecție. Acest proces nu are practic niciun efect asupra duratei de viață a bateriei, dar aceste trei până la cinci procente sunt suficiente pentru a obține un avantaj în cursă.
Din păcate, procesarea VIS funcționează până la primele 5 cicluri, după care dispare și trebuie repetată. Pentru modelatorii obișnuiți, acest lucru este de obicei imposibil, dar pentru cei mai încăpățânați, dispozitivele VIS individuale sunt disponibile spre vânzare la prețul de S 350-400. De obicei, firmele împart pachetele de baterii selectate în procesul de selecție în trei categorii, care diferă ca capacitate și tensiune. Denumirile lor comerciale obișnuite sunt: cele mai de bază - SPORT, RACING, CLUB, apoi - TEAM și cele mai bune - FACTORY TEAM, WORLD TEAM sau CAMPION. Numele sunt inventate de firme. Trebuie să aducem un omagiu firmelor - „crescători”: de exemplu, pentru a selecta un bloc de șase bucăți de baterii din cea mai simplă selecție, este necesar să „lopați” aproximativ 1000 (!!!) de baterii!
„Băncile” care nu au trecut de selecție sunt adunate în blocuri pentru utilizare iresponsabilă (amatori, începători, echipament de start, blocuri de test și cusături). Prețul bateriilor selectate poate diferi de două sau trei ori, dar există ceva pentru care să plătiți mai mult.
De obicei, bateriile bine selectate se uzează aproape uniform pe tot blocul. Acest lucru, însă, nu exclude necesitatea descărcărilor de egalizare, dar acest lucru se poate face după 10-12 cicluri. Și la sfârșitul subiectului de selecție, aș dori să remarc că pentru cursele lor de marcă, a căror sarcină este să câștige competiția tocmai pe aceste baterii ale acestei companii (publicitatea este motorul comerțului), sunt selectați cele mai bune blocuri din cea mai bună selecție, și acolo, credeți-mă, mai este o diferență la blocuri. Același lucru este valabil și pentru motoarele electrice și cauciuc, dar acesta este un subiect diferit.
Condiții de încărcare
Cu una sau două zile înainte de concurs, bateriile trebuie, dacă este posibil, să fie descărcate cu un curent de 5-10 amperi. V ultima solutie, faceți o descărcare de egalizare. În această stare, îi poți lua cu tine la competiție. Dacă este posibil, încărcați bateria imediat înainte de utilizare. Temperatura optima baterie înainte de utilizare - 40 ° -50 ° C. Bateriile Ni-MH au o auto-descărcare mare și își pierd 2-5% din capacitatea încărcată după câteva ore de depozitare. Rețineți că rezistența internă a bateriilor crește pe măsură ce se răcesc. Este indicat să folosiți bateriile o dată pe zi, asta este conditii ideale exploatarea lor. Cu toate acestea, nu mulți au o astfel de oportunitate, așa că este indicat să folosiți bateriile cu o pauză de cel puțin 3-4 ore.
În orice caz, trebuie să știți că primul ciclu al zilei este cel mai bun atât din punct de vedere al curentului de ieșire, cât și al tensiunii. După cum se spune: dacă ești interesat de rezultat.
Vă recomandăm să încărcați bateriile neselectate (cumpărate în vrac) cu un curent egal cu capacitatea. Exemplu: cu o capacitate a bateriei de 3000 mAp, curentul de încărcare este de 3 amperi. Bateriile selectate pot fi încărcate cu un curent de 1,5-2 ori mai mare decât capacitatea bateriei. Exemplu: cu o capacitate a bateriei de 3000 mAp, curentul de încărcare este de 4,5-6 A. Temperatura bateriilor de încărcat nu trebuie să depășească niciodată 60 °. la temperaturi de 45 ° și peste, durata de viață a bateriei va fi redusă drastic.
Nu începeți niciodată încărcarea în timp ce bateria este încă fierbinte sau caldă!
Este foarte important să folosiți încărcătoare automate atunci când vă încărcați bateriile cu curenți mari (3-6 A), care opresc procesul de încărcare a bateriilor folosind așa-numitul efect Delta Peack. Care este esența acestei metode? Bateriile Ni-MH și Ni-Cd trebuie încărcate numai cu un curent stabil de aceeași valoare pe toată durata încărcării. În același timp, pe măsură ce încărcarea continuă, tensiunea bateriilor va crește. Când procesul de încărcare se încheie, reactie chimica recuperarea, având loc în interiorul bateriilor, va avea loc cu o creștere constantă a producției de gaze formate în procesul de chimie. reacții de încărcare. În același timp, crește și rezistența internă în baterii. Și deoarece curentul de încărcare este neschimbat, iar rezistența crește, tensiunea bateriei, urmând legea lui Ohm, începe să scadă. Chiar acest moment de scădere a tensiunii se numește delta-vârf, iar încărcătorul oprește încărcarea, urmărind scăderea de tensiune pe baterii cu detectorul lor de vârf.
Această valoare este foarte mică - 8-12 milivolți pentru o baterie NiMH și 15-25 milivolți pentru baterie Ni-Cd... Există cazuri (în special când se încarcă cu încărcătoare ieftine) când detectorul de vârf este declanșat și se oprește încărcarea în 1-2 minute de la începerea încărcării. Acest lucru se datorează efectului specific care apare la încărcarea cu un curent ridicat, bateriile complet descărcate. În același timp, la începutul încărcării, tensiunea bateriilor scade, dar nu crește! Acest lucru se întâmplă în primele 1-4 minute și se observă cu bateriile care au fost deja folosite pentru un număr mare de cicluri. Trebuie doar să reporniți Încărcător.
Bateriile Ni-MH de putere pot fi descărcate cu o capacitate de 6 până la 13 ori mai mare. Exemplu: cu o capacitate a bateriei de 3000 mAp, curentul de descărcare poate fi de 18-40 A. Amintiți-vă: cu cât descărcați bateria, cu atât mai mult îi scurtați durata de viață. În orice caz, trebuie să știți că primele semne nesemnificative de deteriorare a caracteristicilor de descărcare ale bateriilor (scăderea tensiunii în timpul descărcării, overclockarea „lentă” a modelului) apar deja în al 20-lea ciclu de încărcare-descărcare. Pentru acele moduri de operare care sunt necesare în modelare, acest lucru este inevitabil. Cu toate acestea, această informație îi privește pe mai mulți profesioniști sau pe cei care sunt obsedați de ideea victoriei. În rest, aceste schimbări vor fi invizibile, credeți-mă!
Acumulatorii de putere pot fi lipiți în siguranță. Puterea fierului de lipit trebuie să fie de cel puțin 50 de wați. Desigur, nu încălziți fiarele de lipit pe ele, dar jumperii de cupru pot fi lipiți în siguranță.
Apropo: atunci când utilizați fire de alimentare cu o secțiune transversală de 2,5-4 mm "pe model, ar fi nerezonabil să folosiți benzi de cupru cu o secțiune transversală mare ca jumperi. Cu toate acestea, jumperii utilizați în modelare de la conducere companiile au o secțiune transversală de 6-10 mm.Aparent, acest lucru se face pentru a crește rezistența structurală a acumulatorului de lipit.Pentru lipire utilizați acid de lipit, deoarece colofonia nu dă calitatea cerutăși viteza (timp de încălzire în exces) de lipire. Desigur, după lipirea cu acid, punctele de lipit trebuie clătite cu un fel de solvent sau cel puțin șterse bine.
Materiale folosite: instructiuni in catalogul GM RACING, materiale din revista KC CAR ACTION, instructiuni pentru bateriile KEIL, ORION, TRINITY.
Cu toții suntem obișnuiți cu faptul că mașinile sunt folosite în principal baterii plumb-acid... Dar există și alte tipuri de baterii care permit unui vehicul să pornească și să se miște, iar unul dintre ele este o baterie nichel-hidrură metalică, ale cărei avantaje și dezavantaje vă vom vorbi astăzi.
Baterii nichel-hidrură metalică sunt utilizate în principal în vehicule hibride sau mașini electrice. Deci, ce trebuie să știți despre proprietățile acestui tip de acumulator?
Beneficiile bateriilor NiMH
- De mare putere baterii (comparativ cu bateriile cu nichel-cadmiu). Diferența este de până la 40%. În același timp, o astfel de baterie este ușoară.
- Pentru baterii nichel-hidrură metalică efect de memorie foarte scăzut, ceea ce înseamnă că utilizatorul poate reîncărca cu ușurință bateriile fără a le aștepta descărcare completă
- Bateria NiMH are fiabilitate mecanică ridicată
- Cicluri completeîncărcare-descărcare o astfel de baterie este ținută mult mai puțin frecvent decât bateriile NiCd
- Baterii nichel-hidrură metalică nu necesită conditii speciale transport
- Aceste baterii prietenos cu mediul, după expirarea duratei de viață, acestea pot fi eliminate fără probleme
Dezavantajele bateriilor NiMH
Din păcate, acest tip de baterie are și dezavantaje. Iar cel mai important dintre ele este foarte nivel inalt autodescărcare... Cu alte cuvinte, chiar dacă mașina este staționată și nu este în uz, bateria este descărcată.
Pentru a prelungi durata de viață a bateriei, dacă bateria nu a fost folosită prea mult timp, aceasta trebuie să fie complet descărcată înainte de reîncărcare. Astfel, îi veți prelungi durata de viață.
Un alt dezavantaj al unei baterii nichel-hidrură metalică este ciclurile sale de încărcare relativ scurte (aproximativ 600).
Bateria de mai sus este, de asemenea nu tolerează temperaturile ridicate (de la 25 de grade Celsius), așa că păstrați-l în condiții răcoroase. De asemenea, trebuie avut în vedere faptul că menținerea bateriei într-o stare descărcată accelerează îmbătrânirea acesteia. Perioada de valabilitate medie este de 3 ani.
În plus, este, de asemenea, important să luați în considerare raza de acțiune a încărcătorului pe care urmează să-l utilizați pentru încărcare. baterie nichel-hidrură metalică... Ar trebui să fie cu un algoritm de încărcare în etape, astfel încât să evitați supraîncălzirea și supraîncărcarea bateriei, ceea ce îi afectează negativ caracteristicile de calitate.
Un alt factor de luat în considerare când exploatare Baterii cu hidrură metalică de nichel - foarte importante aici nu depășiți sarcinile maxime admise recomandat de producator.
Și, în sfârșit: sub rezerva tuturor regulilor și reglementărilor de utilizare, precum și depozitarea bateriilor nichel-hidrură metalică, acestea vă vor servi foarte mult timp.
Cercetările privind bateriile nichel-hidrură metalică au început în anii 1970 ca o îmbunătățire a bateriilor nichel-hidrogen, deoarece greutatea și volumul bateriilor nichel-hidrogen nu au satisfăcut producătorii (hidrogenul din aceste baterii era sub presiune ridicata, care necesita un corp de oțel puternic și greu). Utilizarea hidrogenului sub formă de hidruri metalice a făcut posibilă reducerea greutății și volumului bateriilor, iar pericolul exploziei bateriilor la supraîncălzire a fost, de asemenea, redus.
Din anii 1980, tehnologia bateriilor NiMH a fost mult îmbunătățită și a început utilizarea comercială în diferite domenii. Succesul bateriilor NiNH a fost facilitat de capacitatea crescută (până la 40% față de NiCd), utilizarea de materiale reciclabile (prietenoase cu mediul) și o durată de viață foarte lungă, depășind adesea pe cea a bateriilor NiCd.
Avantajele și dezavantajele bateriilor NiMH
Avantaje
・ Capacitate mai mare - 40% sau mai mult decât bateriile convenționale NiCd
・ Efect de „memorie” mult mai puțin pronunțat în comparație cu bateriile cu nichel-cadmiu - ciclurile de service ale bateriilor pot fi efectuate de 2-3 ori mai rar
・ Transport ușor - companiile aeriene transportă fără preconditii
・ Ecologic - reciclabil
dezavantaje
・ Durată de viață limitată a bateriei - de obicei aproximativ 500-700 de cicluri complete de încărcare/descărcare (deși în funcție de modurile de funcționare și dispozitiv intern pot exista diferențe uneori).
・ Efect de memorie - bateriile NiMH necesită antrenament periodic (ciclu de descărcare/încărcare completă)
・ Durata de valabilitate relativ scurtă a bateriilor - de obicei nu mai mult de 3 ani atunci când sunt depozitate într-o stare descărcată, după care se pierd caracteristicile principale. Depozitarea la rece cu încărcare parțială de 40-60% va încetini îmbătrânirea bateriei.
・ Autodescărcare mare a bateriilor
・ Capacitate limitată de putere - Depășirea sarcinilor permise va reduce durata de viață a bateriei.
・ Este necesar un încărcător în etape dedicat, deoarece încărcarea generează multă căldură și bateriile NiMH vor fi supuse supraîncărcării.
・ Portabilitate slabă temperaturi mari(peste 25-30 Celsius)
Proiectarea bateriilor și acumulatorilor NiMH
Bateriile moderne NiMH au structura interna similar cu designul baterii nichel cadmiu... Electrodul pozitiv de oxid de nichel, electrolitul alcalin și presiunea calculată a hidrogenului sunt aceleași în ambele sisteme de baterii. Doar electrozii negativi sunt diferiți: pentru bateriile cu nichel-cadmiu - un electrod cu cadmiu, pentru nichel-hidrură metalică - un electrod bazat pe un aliaj de metale care absorb hidrogenul.
În bateriile moderne nichel-hidrură metalică se utilizează compoziția unui aliaj care absorb hidrogen de tipurile AB2 și AB5. Alte aliaje AB sau A2B nu sunt utilizate pe scară largă. Ce înseamnă literele misterioase A și B în aliaj? - Un metal (sau un amestec de metale) este ascuns sub simbolul A, iar atunci când se formează hidruri, se generează căldură. În consecință, simbolul B indică un metal care reacționează endotermic cu hidrogenul.
Pentru electrozii negativi AB5 se folosește un amestec de elemente de pământuri rare din grupa lantanului (componenta A) și nichel cu impurități ale altor metale (cobalt, aluminiu, mangan) - componenta B. Pentru electrozii AB2 se utilizează titan și nichel cu impurități. din zirconiu, vanadiu, fier, mangan, crom.
Bateriile nichel-hidrură metalică cu electrozi AB5 sunt mai frecvente datorită cea mai buna performanta ciclism, în ciuda faptului că bateriile cu electrozi AB2 sunt mai ieftine, au o capacitate mai mare și o performanță de putere mai bună.
În timpul ciclării, volumul electrodului negativ fluctuează până la 15-25% din cel original datorită absorbției / degajării hidrogenului. Ca urmare a fluctuațiilor de volum, în materialul electrodului apar un număr mare de microfisuri. Acest fenomen explică de ce o nouă baterie NiMH necesită mai multe cicluri de încărcare/descărcare „de antrenament” pentru a aduce puterea și capacitatea bateriei la valorile nominale. De asemenea, formarea microfisurilor are o latură negativă - suprafața electrodului crește, ceea ce se corodează odată cu consumul de electrolit, ceea ce duce la o creștere treptată. rezistență internă element și capacitate redusă. Pentru a reduce rata proceselor corozive, se recomandă depozitarea bateriilor NiMH în stare încărcată.
Electrodul negativ are o capacitate în exces față de cel pozitiv atât în supraîncărcare, cât și în supradescărcare pentru a asigura un nivel acceptabil de degajare de hidrogen. Datorită coroziunii aliajului, capacitatea de supraîncărcare a electrodului negativ scade treptat. De îndată ce capacitatea de supraîncărcare în exces este epuizată, o cantitate mare de hidrogen va fi eliberată pe electrodul negativ la sfârșitul încărcării, ceea ce va duce la eliberarea de hidrogen în exces prin supapele celulei, „fierbe” electrolitului. si defectarea bateriei. Prin urmare, pentru a încărca bateriile nichel-hidrură metalică este necesar un dispozitiv special de încărcare care să țină cont de comportamentul specific al bateriei pentru a evita pericolul de autodistrugere a celulei bateriei. Când colectați bateria, asigurați-vă că celulele sunt bine ventilate și nu fumați în apropierea bateriei reîncărcabile NiMH de mare capacitate.
În timp, ca urmare a ciclării, autodescărcarea bateriei crește și datorită apariției porilor mari în materialul separator și formării conexiune electricaîntre plăcile electrozilor. Această problemă poate fi rezolvată temporar prin descărcarea profundă a bateriei de mai multe ori și apoi încărcare completă.
La reîncărcarea bateriilor NiMH, se generează o cantitate destul de mare de căldură, mai ales la sfârșitul încărcării, care este unul dintre semnele că încărcarea trebuie finalizată. La colectarea mai multor celule de baterie într-o baterie, este necesar un sistem de monitorizare a parametrilor bateriei (BMS), precum și prezența unor jumperi de conectare conductoare deconectate termic între o parte a celulelor bateriei. De asemenea, este recomandabil să conectați bateriile în baterie prin sudarea prin puncte a jumperilor, mai degrabă decât prin lipire.
Descărcarea bateriilor nichel-hidrură metalică la temperaturi scăzute limitat de faptul că această reacție este endotermă și se formează apă la electrodul negativ, diluând electrolitul, ceea ce duce la o probabilitate mare de înghețare a electrolitului. Prin urmare, cu cât temperatura mediului ambiant este mai scăzută, cu atât puterea de ieșire și capacitatea bateriei sunt mai mici. Dimpotrivă, la temperatură ridicatăîn timpul procesului de descărcare, capacitatea de descărcare a bateriei NiMH va fi la maxim.
Cunoașterea designului și a principiilor de funcționare vă va permite să tratați cu o mai mare înțelegere procesul de funcționare a bateriilor nichel-hidrură metalică. Sper că informațiile adunate în articol vă vor permite să prelungiți durata de viață a bateriei și să evitați posibil consecințe periculoase din cauza unei neînțelegeri a principiilor de utilizare în siguranță a bateriilor nichel-hidrură metalică.
Caracteristicile de descărcare ale bateriilor NiMH la diferite
curenți de descărcare la o temperatură ambientală de 20 ° C
imagine preluată de pe www.compress.ru/Article.aspx?id=16846&iid=781
Baterie Duracell nichel metal hidrură
imagine preluată de pe www.3dnews.ru/digital/1battery/index8.htm
P.P.S.
Sistem direcție promițătoare crearea de baterii bipolare reîncărcabile
diagramă luată din bateriile bipolare cu plumb acid
tabel comparativ parametrii tipuri diferite acumulatoare
| NiCd | NiMH | Acid de plumb | Li-ion | polimer Li-ion | Reutilizabil Alcalin |
|
|---|---|---|---|---|---|---|
| Densitatea energetică (W * oră / kg) | 45-80 | 60-120 | 30-50 | 110-160 | 100-130 | 80 (inițial) |
| Rezistență internă (inclusiv circuite interne), mΩ |
100-200 la 6V |
200-300 la 6V |
<100 la 12V |
150-250 la 7,2V |
200-300 la 7,2V |
200-2000 la 6V |
| Numărul de cicluri de încărcare/descărcare (atunci când este redus la 80% din capacitatea inițială) | 1500 | 300-500 | 200-300 | 500-1000 | 300-500 | 50 (pana la 50%) |
| Timp de încărcare rapid | 1 oră tipic | 2-4 ore | 8-16 ore | 2-4 ore | 2-4 ore | 2-3 ore |
| Rezistență la supraîncărcare | in medie | scăzut | înalt | foarte jos | scăzut | in medie |
| Autodescărcare/lună (la temperatura camerei) | 20% | 30% | 5% | 10% | ~10% | 0.3% |
| Tensiunea celulei (nominală) | 1,25 V | 1,25 V | 2B | 3,6 V | 3,6 V | 1,5 V |
| Curent de sarcină - vârf - optim |
20C 1C |
5C 0,5C și mai jos |
5C 0,2C |
> 2C 1C și mai jos |
> 2C 1C și mai jos |
0,5C 0,2C și mai jos |
| Temperatura de funcționare (doar descărcare) | -40 la 60°C |
-20 la 60°C |
-20 la 60°C |
-20 la 60°C |
0 la 60°C |
0 la 65°C |
| Cerințe de service | După 30 - 60 de zile | După 60 - 90 de zile | După 3-6 luni | Nu este necesar | Nu este necesar | Nu este necesar |
| Pret standard (US $, doar pentru comparație) |
$50 (7,2 V) |
$60 (7,2 V) |
$25 (6B) |
$100 (7,2 V) |
$100 (7,2 V) |
$5 (9V) |
| Prețul ciclului (USD) | $0.04 | $0.12 | $0.10 | $0.14 | $0.29 | $0.10-0.50 |
| Începutul utilizării comerciale | 1950 | 1990 | 1970 | 1991 | 1999 | 1992 |
masa luata din
Totul despre bateriile Ni─MH: dispozitiv, caracteristici, argumente pro și contra
Bateriile cu hidrură metalică de nichel (Ni─MH) sunt alcaline. aceasta surse chimice curent, în care anodul este un electrod de hidrură metalică de hidrogen, catodul este oxid de nichel, iar electrolitul este hidroxid de potasiu alcalin (KOH). Bateriile Ni─MH sunt similare ca design cu bateriile Ni─Cd. În ceea ce privește procesele care au loc în ele, acestea sunt similare bateriilor cu nichel-hidrogen. Cele de nichel-hidrură metalică depășesc ambele aceste tipuri în ceea ce privește conținutul lor specific de energie. În acest articol, vom arunca o privire mai atentă asupra dispozitivului și caracteristicilor bateriilor Ni─MH, precum și asupra avantajelor și dezavantajelor acestora.
Hidrura de nichel-metal a început să fie creată la mijlocul secolului trecut. Au fost concepute pentru a depăși neajunsurile pe care le aveau. În timpul cercetărilor în curs, oamenii de știință au dezvoltat noi baterii cu nichel-hidrogen utilizate în tehnologia spațială. Au reușit să se dezvolte Metoda noua acumulare de hidrogen. Într-un nou tip de baterie, hidrogenul a fost colectat în anumite materiale, sau mai degrabă aliaje ale anumitor metale. Aceste aliaje ar putea stoca un volum de hidrogen de o mie de ori propriul lor volum. Compoziția aliajelor a constat din 2 sau mai multe metale. Unul dintre ei a acumulat hidrogen, iar celălalt a acționat ca un catalizator, ceea ce a asigurat tranziția atomilor de hidrogen în rețeaua metalică.
Bateriile Ni─MH pot folosi o varietate de combinații de metale. Ca rezultat, este posibilă modificarea proprietăților aliajului. Pentru a crea baterii nichel-hidrură metalică s-a stabilit producția de aliaje care funcționează la temperatura camerei și la presiune scăzută a hidrogenului. Dezvoltarea diferitelor aliaje și îmbunătățirea tehnologiei pentru producerea bateriilor Ni─MH sunt în curs de desfășurare. Probele moderne de baterii de acest tip oferă până la 2 mii de cicluri de încărcare-descărcare. În acest caz, capacitatea electrodului negativ este redusă cu cel mult 30 la sută. Acest rezultat este obținut prin utilizarea aliajelor de nichel cu diferite metale pământuri rare.
Bill a primit un brevet pentru aliajul LaNi5 în 1975. Acesta a fost primul exemplu de baterie nichel-hidrură metalică, în care acest aliaj a fost folosit ca substanță activă. În ceea ce privește specimenele anterioare din alte aliaje de hidrură metalică, capacitatea necesară nu a fost furnizată acolo.
Producția industrială de baterii Ni─MH a fost organizată abia la mijlocul anilor optzeci, când s-a obținut un aliaj din compoziția La─Ni─Co. A permis absorbția reversibilă a hidrogenului pentru mai mult de o sută de cicluri. În viitor, toate îmbunătățirile în designul bateriilor Ni─MH au fost reduse la creșterea densității de energie.
Ulterior, electrodul negativ a fost înlocuit, ceea ce a dat o creștere a masei active a electrodului pozitiv de 1,3-2 ori. De electrodul pozitiv depinde capacitatea acestui tip de baterie. Bateriile Ni-MH au parametri de energie specifici mai mari decât bateriile cu nichel-cadmiu.
Pe lângă densitatea mare de energie a bateriilor nichel-hidrură metalică, acestea constau și din materiale netoxice, ceea ce simplifică funcționarea și eliminarea acestora. Datorită acestor factori, bateriile Ni─MH s-au răspândit cu succes. În plus, puteți citi despre mașină.
Aplicații ale bateriilor cu hidrură metalică de nichel
Bateriile Ni─MH sunt utilizate pe scară largă pentru a alimenta diverse electronice care funcționează într-un mod autonom. Cele mai multe dintre ele sunt fabricate sub formă de baterii AA sau AAA. Deși există și alte modele, inclusiv baterii de stocare industriale. Domeniul lor de aplicare coincide aproape complet cu nichel-cadmiul și chiar mai larg, deoarece nu conțin materiale toxice.
Bateriile nichel-hidrură metalică vândute pe piață pot fi împărțite în două grupuri mari dupa capacitate:
- 1500-3000 mAh;
- 300-1000 mAh.
Primul grup (1500-3000 mAh) este utilizat în diverse dispozitive care au un consum mare de energie într-o perioadă scurtă de timp. În acest caz, de regulă, nu există depozitare preliminară a bateriilor. Exemplele includ dispozitive precum playere, camere, modele controlate radioși alte gadgeturi în care bateria Ni─MH este consumată într-un timp scurt.
Al doilea grup (300-1000 mAh) este potrivit atunci când consumul de energie începe după un anumit interval de timp. Exemplele includ lanterne de mână, walkie-talkie, jucării, navigatoare GPS și alte dispozitive cu un consum moderat de energie, perioadă lungă de timp deconectat.
Dispozitiv cu baterie Ni─MH
Design baterie cu hidrură metalică de nichel
Ni─MH cilindric
În acest design, electrozii opuși sunt separați printr-un separator. Toate împreună sunt înfășurate. Este plasat într-o carcasă și etanșat cu un capac cu o garnitură specială. În capac este realizată o supapă de urgență, proiectată să se deschidă atunci când presiunea din interiorul acumulatorului crește la 2-4 MPa. Figura de mai jos arată designul unei baterii cilindrice cu hidrură metalică de nichel.
Ni─MH prismatic
În bateriile prismatice Ni─MH, aranjarea alternativă a electrozilor opuși. De asemenea, sunt separate printr-un separator. Ansamblul electrodului este dintr-un metal sau Cutie de plastic, care este închis cu un capac sigilat. În capac, în cele mai multe cazuri, este plasat un senzor de presiune sau o supapă. Designul unei baterii prismatice nichel-hidrură metalică este prezentat mai jos.
În bateriile nichel-hidrură metalică, alcalii acționează ca un electrolit. În ceea ce privește compoziția, acesta este KOH cu adăugarea de LiOH. Materialul cuștii în cele mai multe cazuri este poliamidă nețesută și polipropilenă tratată cu un agent de umectare. Grosimea separatorului de la 0,12 la 0,25 milimetri.
Electrodul pozitiv al bateriilor Ni-MH este fabricat din aceleași materiale folosite în bateriile Ni-Cd. Acestea sunt cermeturi oxid-nichel, spumă polimerică și materiale de pâslă.
Electrozii negativi pentru bateriile Ni─MH pot fi dintre următoarele opțiuni:
- lamelă. Hidrogen - un aliaj absorbant sub formă de pulbere este presat într-o plasă de nichel;
- spumă de nichel. În baza de spumă de nichel se introduce o pastă dintr-un aliaj și un liant, urmată de uscare și presare;
- folie. Pe folie perforată (nichel sau oțel) se aplică o pastă dintr-un aliaj și un liant, urmată de uscare și presare;
- rulat. Pulberea dintr-un aliaj și un liant se aplică prin rulare (laminare) pe un grătar sau plasă (cupru sau nichel);
- copt. Aliajul sub formă de pulbere este presat pe o plasă de Ni și apoi ars în hidrogen.
Capacitățile specifice ale tuturor acestor opțiuni de electrozi sunt apropiate ca valoare. Acestea depind în principal de capacitatea aliajului utilizat. Acum merită să aruncați o privire mai atentă asupra designului diferiților electrozi ai bateriilor cu hidrură metalică de nichel.
Dispozitiv de electrozi ai acumulatorilor Ni─MH
Dispozitiv cu electrod metalic cu hidrogen
Principalul material care determină caracteristicile bateriilor Ni─MH este un aliaj care absoarbe hidrogen. Poate absorbi un volum de hidrogen de o mie de ori propriul său volum.... LaNi5 a devenit cel mai comun aliaj pentru producția de electrozi metal-hidrogen. Acesta este modul în care grupul este desemnat de un aliaj, în care nichelul este înlocuit parțial cu cobalt, mangan și aluminiu. Acest lucru se face pentru a-și crește activitatea și stabilitatea. Pentru a economisi bani, un număr de producători nu folosesc lantan, ci Mm (mish-metal). Este un amestec de elemente de pământ rare într-un raport apropiat de cel al minereului natural. Acolo, pe lângă La, există neodim, ceriu, praseodim.
În timpul ciclului de încărcare-descărcare, rețeaua cristalină a aliajului se contractă și se extinde cu 15-25 la sută. Acest lucru se datorează proceselor de desorbție și absorbție a hidrogenului. Ca urmare, tensiunea internă crește și se formează fisuri în aliaj. Fisurarea crește suprafața care se corodează datorită reacției cu alcalii (electrolitul). Ca urmare, are loc o scădere treptată a capacității de descărcare a electrodului negativ.
Din moment ce în baterie există o cantitate limitată de electrolit, toate procesele descrise dau naștere la probleme asociate cu redistribuirea acestuia. Ca urmare a coroziunii aliajului, suprafața acestuia devine pasivă din punct de vedere chimic. Pe ea se formează oxizi și hidroxizi, care sunt rezistenți la coroziune. Ele măresc supratensiunea atunci când reacţionează la electrodul de hidrură metalică. Produsele de coroziune se formează cu consumul de hidrogen și oxigen din alcalii. Acest lucru duce la o scădere a cantității de electrolit din baterie și la o creștere a rezistenței sale interne. Toate aceste procese afectează negativ durata de viață a bateriilor Ni-MH.
Pentru a reduce procesele de coroziune și dispersie nedorite, producătorii folosesc 2 tehnici. Primul implică microîncapsularea particulelor de aliaj. Aceasta înseamnă că suprafața este acoperită cu un strat poros de cupru sau nichel de grosime mică (5-10 la sută). A doua tehnică este mai comună. Această tehnologie implică prelucrarea particulelor de aliaj într-o soluție alcalină. Rezultatul este o peliculă protectoare care este permeabilă la hidrogen.
Dispozitiv cu electrod oxid-nichel
Electrozii de oxid de nichel pot fi găsiți în următoarele versiuni:
- lamelar;
- metal-ceramic sinterizat lamelar;
- presat.
Electrozii de spumă și pâslă lamelară câștigă din ce în ce mai multă popularitate.
Electrozii lamelari de oxid-nichel constau din lamele conectate. Lamelele sunt cutii perforate realizate din bandă subțire de oțel nichelat. Grosimea sa este de 0,1 milimetri.
Electrozii sinterizați sinterizați au o structură poroasă a unei baze de metal sinterizat. În pori, care se bazează pe cel puțin 70 la sută, există o masă activă. Materialul de bază este pulbere de nichel carbonil fin dispersată (60-65 la sută) și carbonat de amoniu (sau uree). Această pulbere este presată și rulată pe o plasă de nichel sau oțel. De asemenea, poate fi pulverizat.
În plus, conform tehnologiei, plasa cu pulbere este tratată termic într-o atmosferă de hidrogen. Temperatura este de 800-960 de grade Celsius. Ureea sau carbonatul de amoniu se descompune și nichelul este sinterizat. Rezultatul este o bază cu o grosime de 1-2,3 milimetri. Porozitatea bazei rezultate este de 80-85 la sută, iar raza porilor este de 5-20 micrometri. În plus, baza rezultată este impregnată cu o soluție de sulfat sau nitrat de nichel încălzită la 60-90 de grade. Și apoi impregnarea se face și cu o soluție alcalină, care precipită oxizi și hidroxizi de nichel.
Pe producție modernă se foloseşte tehnologia de impregnare electrochimică. Electrodul într-o soluție de azotat de nichel este supus unui tratament catodic. Ca urmare, hidrogenul este eliberat în pori și plăcile sunt alcalinizate. Hidroxizii și oxizii de nichel se depun în porii plăcii.
Electrozii folii sunt un fel de electrozi sinterizați. Sunt produse după cum urmează. O emulsie alcoolică de pulbere de nichel carbonil cu lianți este aplicată pe ambele părți ale unei benzi de nichel perforate cu o grosime de aproximativ 0,05 milimetri. În continuare, se efectuează sinterizarea și impregnarea cu reactivi (chimici sau electrochimici). Grosimea electrodului este de 0,4-0,6 milimetri.
Electrozii presați sunt produși prin presare pe o bandă sau o plasă din oțel cu masă activă. În acest caz, presiunea este de 35-60 MPa. Ca masă activă se folosește un amestec de hidroxizi de nichel și cobalt, grafit, lianți.
Electrozii metalici din pâslă sunt o bază foarte poroasă din fibre de carbon sau nichel. Porozitatea bazei este de 95 la sută sau mai mult. Electrodul de pâslă este realizat pe bază de carbon-grafit sau pâslă polimerică acoperită cu nichel. Grosimea electrodului poate fi de la 0,8 la 10 milimetri. Masa activă este introdusă în pâslă prin diverse metode.
Există o tehnologie în care se folosește spumă de nichel în loc de pâslă. Este realizat prin placare cu nichel a spumei poliuretanice și recoacere ulterioară într-o atmosferă reducătoare. Aditivii sunt adăugați în mediul foarte poros prin răspândire. Aceasta este o pastă care include hidroxid de nichel cu un liant. Apoi baza este uscată și rulată. Electrozii de tip metal-pâslă și spumă-nichel au o capacitate specifică mare și o durată de viață semnificativă.
Reacții în bateriile cu hidrură metalică de nichel
După cum sa discutat deja mai sus, într-o baterie Ni-MH, electrodul pozitiv este oxid-nichel, precum și în bateriile Ni-Cd. Dar electrodul negativ în loc de cadmiu este folosit dintr-un aliaj de nichel cu adaos de elemente de pământuri rare.
Ce reacții au loc în bateriile Ni─MH?
Pe electrodul oxid-nichel (pozitiv), reacția are loc:
La încărcare
Ni (OH) 2 + OH −- ⇒ NiOOH + H 2 O + e -
La externare
NiOOH + H 2 O + e - ⇒ Ni (OH) 2 + OH -
Pe electrodul din aliaj de nichel (negativ), reacția are loc:
La încărcare
M + H 2 O + e - ⇒ MH + OH −-
La externare
MH + OH - ⇒ M + H 2 O + e -
Reacția generală într-o baterie Ni─MH este următoarea:
La încărcare
Ni (OH) 2 + M ⇒ NiOOH + MH
La externare
NiOOH + MH ⇒ Ni (OH) 2 + M
În acest caz, electrolitul alcalin nu ia parte la reacția de generare curentă.
După ce, când bateria este încărcată la un nivel de 70-80 la sută, evoluția de oxigen începe pe oxid-nichel în conformitate cu următoarea reacție:
2OH - ⇒ 1 / 2O 2 + H 2 O + 2e -
Reacția acestei reduceri de oxigen are loc pe electrodul negativ:
1 / 2O 2 + H 2 O + 2e - ⇒ 2OH -
Acesta descrie procesul de reîncărcare a unei baterii nichel-hidrură metalică. Aceste reacții formează o circulație închisă a oxigenului. În procesul de reducere a oxigenului, capacitatea electrodului de hidrură metalică crește datorită eliberării grupului OH.
Caracteristicile bateriilor Ni-MH
Principalii parametri ai bateriilor nichel-hidrură metalică și nichel-cadmiu sunt prezentați în tabelul următor.
| Caracteristică | Ni-Cd | Ni-MH | Ni-H2 |
|---|---|---|---|
| Caracteristică | Ni-Cd | Ni-MH | Ni-H2 |
| Densitatea energiei, Wh/kg | 45-80 | 60-120 | - |
| Rezistență internă (la 6 V), mOhm | 100-200 | 200-300 | - |
| Numărul de cicluri de încărcare-descărcare până când capacitatea scade la 80% din valoarea nominală | 1500 | 300-500 | 2000-3000 |
| Timp încărcare rapidă, ceas | 1 | 2-4 | - |
| Rezistență la supraîncărcare | in medie | scăzut | - |
| Autodescărcare la temperatura camerei | 20% pe lună | 30% pe lună | 20-30% pe zi |
| Tensiune nominală, V | 1,25 | 1,25 | 1,25 |
| Curent de sarcină optim | 1C | până la 0,5C | - |
| Curent de sarcină de vârf | 20C | 5C | - |
| Temperatura de lucru (descărcare), С | de la -40 la +60 | de la -20 la +60 | de la -20 la +30 |
| Frecvența serviciului (instruire), zile | 30-90 | 30-90 | - |
| Aspect la vânzare | 1950 | 1990 | - |
| Durată de viață, ani | 1-5 | 1-5 | 2-7 |
| Energie specifica, Wh/litru | 60-120 | 100-270 | 60-80 |
Caracteristici electrice
Capacitatea bateriei
Când sarcina crește și temperatura de funcționare scade, capacitatea bateriei cu hidrură metalică de nichel scade în conformitate cu graficul de mai jos.
Efectul reducerii capacității este vizibil în special la o rată semnificativă de descărcare în regiunea temperaturilor negative.
Tensiunea nominală de descărcare
Tensiunea nominală de descărcare (U p) este de obicei în intervalul 1,2-1,25 volți la curentul de descărcare (I p), determinată de formula:
I p = 0,1─0,2C, unde
C este capacitatea nominală a bateriei la o temperatură de 25 de grade Celsius.
Tensiunea finală de descărcare este de 1 volt. După cum puteți vedea în graficul de mai jos, tensiunea scade pe măsură ce sarcina crește.
Tensiune în circuit deschis
Este destul de dificil de determinat valoarea acestui parametru pentru bateriile Ni─MH. Acest lucru se datorează faptului că potențialul de echilibru al electrodului oxid - nichel depinde în mare măsură de starea de oxidare a Ni.
Un rol important îl joacă potențialul de echilibru al electrodului negativ, care este determinat de gradul de saturație cu hidrogen. La o zi după încărcarea bateriei, tensiunea în circuit deschis a bateriei nichel-hidrură metalică este în intervalul 1,30-1,35 volți.
Depozitare și durată de viață
În timpul depozitării unei baterii Ni─MH, ca și în cazul altor tipuri de baterii, are loc un fenomen de auto-descărcare. La temperatura camerei, pentru prima lună de depozitare, o astfel de baterie își pierde 20-30 la sută din capacitate. Ulterior, în fiecare lună capacitatea bateriei nichel-hidrură metalică scade cu 3-7 procente pe lună. Rata de autodescărcare crește odată cu creșterea temperaturii, așa cum se poate observa în graficul de mai jos.
