Никел-кадмиева батерия sph fr 130. Ni-Cd, Ni-MH и Li-Ion батерии

В продължение на цели петдесет години преносимите устройства можеха да разчитат единствено на никел-кадмиеви захранвания за живота на батерията. Но кадмият е много токсичен материал и през 90-те години никел-кадмиевата технология беше заменена от по-екологична никел-метал хидридна технология. Всъщност тези технологии са много сходни и повечето от характеристиките на никел-кадмиевите батерии са наследени от никел-метал хидрид. Но въпреки това за някои приложения никел-кадмиевите батерии остават незаменими и се използват и до днес.

1. Никел-кадмиеви батерии (NiCd)

Изобретена от Валдмар Юнгнер през 1899 г., никел-кадмиевата батерия има няколко предимства пред единствената налична по онова време оловно-киселинна батерия, но е по-скъпа поради цената на материалите. Развитието на тази технология е доста бавно, но през 1932 г. е направен значителен пробив - като електрод е използван порест материал с активно вещество вътре. По-нататъшно подобрение е направено през 1947 г. и решава проблема с абсорбцията на газ, което прави възможно създаването на модерна запечатана никел-кадмиева батерия без поддръжка.

В продължение на много години NiCd батериите са служили като източници на захранване за двупосочни радиостанции, спешно медицинско оборудване, професионални видеокамери и електрически инструменти. В края на 80-те години на миналия век бяха разработени NiCd батерии с ултра голям капацитет, които шокираха света с капацитета си, 60% по-висок от този на стандартна батерия. Това беше постигнато чрез поставяне на по-голямо количество активно вещество в батерията, но имаше и недостатъци - повишено вътрешно съпротивление и намален брой цикли на зареждане / разреждане.

Стандартът NiCd остава един от най-надеждните и непретенциозни батерии и авиационната индустрия остава вярна на тази система. Дългият живот на тези батерии обаче зависи от правилната поддръжка. NiCd и до известна степен NiMH батериите са подложени на ефекта на „паметта“, което води до загуба на капацитет, ако батерията не се сменя периодично. Ако препоръчителният режим на зареждане е нарушен, батерията сякаш помни, че в предишните цикли на работа капацитетът й не е бил използван напълно и когато се разреди, тя отделя електричество само до определено ниво. ( Вижте: Как да ремонтирате никелова батерия). Таблица 1 изброява предимствата и недостатъците на стандартна никел-кадмиева батерия.

Предимства

Надежден; голям брой цикли при правилна поддръжка Единствената батерия, способна на ултра-бързо зареждане с минимално напрежение Добри товарни характеристики, простете им преувеличението Дълъг срок на годност; възможност за съхранение в разредено състояние Няма специални изисквания за съхранение и транспортиране Добра производителност при ниски температури Най-ниска цена на цикъл на всяка батерия Предлага се в широка гама от размери и дизайни

недостатъци

Относително ниска енергийна плътност в сравнение с по-новите системи Ефект "памет"; необходимостта от периодична поддръжка, за да се избегне Кадмият е токсичен материал, изисква се специално изхвърляне Висок саморазряд; се нуждае от презареждане след съхранение Ниското напрежение на клетката от 1,2 волта изисква изграждане на многоклетъчни системи за осигуряване на високо напрежение

Таблица 1: Предимства и недостатъци на никел-кадмиевите батерии.

2. Никел-метал хидридни батерии (NiMH)

Изследванията на никел-метал хидридна технология започват още през 1967 г. Въпреки това, нестабилността на металния хидрид възпрепятства развитието, което на свой ред доведе до развитието на системата никел-водород (NiH). Нови хидридни сплави, открити през 80-те години на миналия век, решиха проблемите с безопасността и направиха възможно създаването на батерия със специфично енергийно съдържание с 40% по-високо от това на стандартния никел-кадмиев.

Никел-метал хидридните батерии не са лишени от недостатъци. Например, техният процес на зареждане е по-сложен от този на NiCd. Със саморазряд от 20% за първия ден и след това месечен процент от 10%, NiMH е един от лидерите в своя клас. Чрез модифициране на хидридната сплав е възможно да се постигне намаляване на саморазряда и корозията, но това ще добави недостатъка за намаляване на специфичната консумация на енергия. Но в случай на използване в електрически превозни средства, тези модификации са много полезни, тъй като повишават надеждността и удължават живота на батерията.

3. Използване в потребителския сегмент

NiMH батериите в момента са сред най-достъпните. Индустриални гиганти като Panasonic, Energizer, Duracell и Rayovac разпознаха необходимостта от евтина и издръжлива батерия на пазара и предлагат никел-метал хидридни захранвания в различни размери, по-специално AA и AAA. Производителите работят усилено, за да си върнат част от пазара от алкалните батерии.

В този пазарен сегмент никел-металните хидридни батерии са алтернатива на презареждащите се алкални батерии, който се появи още през 1990 г., но поради ограничения жизнен цикъл и слабите характеристики на натоварване не спечели успех.

Таблица 2 сравнява специфичната енергийна интензивност, напрежение, саморазряд и време на работа на батерии и акумулатори в потребителския сегмент. Предлагани в размери AA, AAA и други, тези захранвания могат да се използват в преносими устройства. Дори ако те могат да имат леко различни номинални напрежения, състоянието на разреждане обикновено възниква при една и съща действителна стойност на напрежението от 1 V за всички.Този диапазон на напрежение е приемлив, тъй като преносимите устройства имат известна гъвкавост по отношение на диапазона на напрежение. Основното е, че е необходимо да се използват само един и същи тип електрически елементи заедно. Съображенията за безопасност и несъвместимостта на напрежението възпрепятстваха развитието на литиево-йонни батерии AA и AAA.

Таблица 2: Сравнение на различни AA батерии.

* Eneloop е търговска марка на Sanyo Corporation, базирана на NiMH системата.

Високата степен на саморазреждане на NiMH е продължаващо безпокойство на потребителите. Фенерче или ръчно устройство с NiMH батерия ще се изтощи, ако не се използва няколко седмици. Предложението за зареждане на устройството преди всяка употреба е малко вероятно да намери разбиране, особено в случай на фенерчета, които се позиционират като резервни източници на осветление. Предимството на алкална батерия със срок на годност от 10 години тук изглежда неоспоримо.

Никел-метал хидридната батерия от Panasonic и Sanyo под марката Eneloop е успяла значително да намали саморазряда. Eneloop може да се съхранява без презареждане шест пъти по-дълго от конвенционалния NiMH. Но недостатъкът на такава подобрена батерия е малко по-ниската енергийна плътност.

Таблица 3 изброява предимствата и недостатъците на електрохимичната система никел-метал хидрид. Таблицата не взема предвид характеристиките на Eneloop и други потребителски марки.

Предимства	30-40 процента по-висок капацитет от NiCd По-малко склонни към ефект на "паметта", могат да бъдат възстановени Опростени изисквания за съхранение и транспортиране; липса на регулиране на тези процеси Природосъобразен; съдържат само умерено токсични материали Съдържанието на никел прави рециклирането самоподдържащо се Широк температурен диапазон на работа
недостатъци	Ограничен експлоатационен живот; дълбоките разряди допринасят за неговото намаляване Усъвършенстван алгоритъм за зареждане; чувствителен към презареждане Специални изисквания за режим на презареждане Генерирайте топлина по време на бързо зареждане и разреждане с мощни товари Висок саморазряд Ефективност на Кулон на ниво 65% (за сравнение, за литиево-йонни - 99%)

Таблица 3: Предимства и недостатъци на NiMH батерии.

4. Желязно-никелови батерии (NiFe)

След изобретяването на никел-кадмиевата батерия през 1899 г., шведският инженер Валдмар Юнгнер продължава своите изследвания и се опитва да замени скъпия кадмий с по-евтино желязо. Но ниската ефективност на заряда и прекомерното отделяне на водород го принудиха да изостави по-нататъшното развитие на NiFe батерията. Той дори не е патентовал технологията.

Желязно-никелова батерия (NiFe) използва хидрат на никелов оксид като катод, желязо като анод и воден разтвор на калиев хидроксид като електролит. Клетката на такава батерия генерира напрежение от 1,2 V. NiFe е устойчив на презареждане и дълбоко разреждане; може да се използва като резервен източник на енергия повече от 20 години. Устойчивостта на вибрации и висока температура направи тази батерия най-използваната в минната индустрия в Европа; той също така е намерил своето приложение при осигуряване на захранване за железопътна сигнализация и също така се използва като тягова батерия за товарачи. Може да се отбележи, че по време на Втората световна война в германската ракета V-2 са използвани желязо-никелови батерии.

NiFe има ниска специфична мощност от около 50 W/kg. Също така, недостатъците включват лоша производителност при ниски температури и висока скорост на саморазреждане (20-40 процента на месец). Именно това, съчетано с високата производствена цена, насърчава производителите да останат верни на оловно-киселинните батерии.

Но електрохимичната система желязо-никел се развива активно и в близко бъдеще може да се превърне в алтернатива на оловната киселина в някои отрасли. Експерименталният модел на ламелен дизайн изглежда обещаващо, той успя да намали саморазреждането на батерията, стана практически имунизиран срещу вредните ефекти от презареждане и недозареждане, а експлоатационният му живот се очаква да бъде 50 години, което е сравнимо до 12 години експлоатационен живот на оловно-киселинна батерия в режим на работа с дълбоки циклични разряди. Очакваната цена на такава NiFe батерия би била сравнима с тази на литиево-йонна батерия и само четири пъти по-висока от цената на оловно-киселинна батерия.

NiFe батерии, както и NiCdИ NiMH, изискват специални правила за зареждане - кривата на напрежението има синусоидална форма. Съответно използвайте зарядното за оловна киселинаили литиев йонбатерията няма да излезе, дори може да навреди. Както всички никелови батерии, NiFe се страхува от презареждане - причинява разлагане на водата в електролита и води до неговата загуба.

Капацитетът на такава батерия, намален в резултат на неправилна употреба, може да бъде възстановен чрез прилагане на високи разрядни токове (съизмерими със стойността на капацитета на батерията). Тази процедура трябва да се извърши до три пъти с период на освобождаване от 30 минути. Трябва също да следите температурата на електролита - тя не трябва да надвишава 46 ° C.

5. Никел-цинкови батерии (NiZn)

Никел-цинковата батерия е подобна на никел-кадмиевата батерия по това, че използва алкален електролит и никелов електрод, но се различава по напрежение - NiZn осигурява 1,65 волта на клетка, докато NiCd и NiMH имат 1,20 волта на клетка. Необходимо е да зареждате NiZn батерия с постоянен ток със стойност на напрежението от 1,9 V на клетка, също така си струва да запомните, че този тип батерия не е проектирана да работи в режим на презареждане. Специфичният разход на енергия е 100W/kg, а броят на възможните цикли е 200-300 пъти. NiZn не съдържа токсични материали и може лесно да се рециклира. Предлага се в различни размери, включително AA.

През 1901 г. Томас Едисон получава американски патент за презареждаема никел-цинкова батерия. По-късно неговите проекти са усъвършенствани от ирландския химик Джеймс Драм, който инсталира тези батерии на мотриси, движещи се по маршрута Дъблин Брей от 1932 до 1948 г. NiZn не беше добре развит поради силното си саморазреждане и краткия жизнен цикъл, причинен от дендритно образуване, което също често водеше до късо съединение. Но подобряването на състава на електролита намали този проблем, което доведе до разглеждането на NiZn отново за търговска употреба. Ниската цена, високата мощност и широкият работен температурен диапазон правят тази електрохимична система изключително привлекателна.

6. Никел-водородни батерии (NiH)

Когато разработването на никел-метал хидридни батерии започва през 1967 г., изследователите се сблъскват с нестабилността на металните хидрити, което води до преминаване към разработването на никел-водородна (NiH) батерия. Клетката на такава батерия включва електролит, капсулован в съд, никелови и водородни (водородът е затворен в стоманен цилиндър под налягане от 8207 бара) електроди.

От експлоатационен опит

NiMH клетките са широко рекламирани като високоенергийни, студени и без памет. Когато купих цифров фотоапарат Canon PowerShot A 610, естествено го оборудвах с обемна памет за 500 висококачествени снимки и за да увелича продължителността на снимане, купих 4 NiMH клетки с капацитет 2500 mA * час от Duracell.

Нека сравним характеристиките на елементите, произведени от индустрията:

Настроики		Литиево-йонни Литиево-йонна	Никел Кадмий NiCd	никел- метален хидрид NiMH	Оловна киселина Pb
продължителност на услугата, цикли на зареждане/разреждане		1-1,5 години	500-1000		3 00-5000
Енергиен капацитет, W*h/kg
Ток на разреждане, mA * капацитет на батерията
Напрежение на един елемент, V
Скорост на саморазреждане		2-5% на месец	10% за първия ден, 10% за всеки следващ месец	2 пъти по-висока NiCd	40% през годината
Допустим температурен диапазон, градуси по Целзий	зареждане
	разведряване		-20... +65
Допустим диапазон на напрежението, V		2,5-4,3 (Кока Кола), 3,0-4,3 (графит)			5,25-6,85 (за батерии 6 V), 10,5-13,7 (за батерии 12V)

Маса 1.

От таблицата виждаме, че NiMH елементите имат висок енергиен капацитет, което ги прави предпочитани при избор.

За зареждането им е закупено интелигентно зарядно DESAY Full-Power Harger, което осигурява зареждане на NiMH клетки с тяхното обучение. Елементите му бяха заредени качествено, но ... Въпреки това, на шестото зареждане, той нареди дълъг живот. Изгоряла електроника.

След смяна на зарядното устройство и няколко цикъла зареждане-разреждане, батериите започнаха да се изтощават на втория или третия десет изстрела.

Оказа се, че въпреки уверенията, NiMH елементите също имат памет.

И повечето модерни преносими устройства, които ги използват, имат вградена защита, която изключва захранването при достигане на определено минимално напрежение. Това предотвратява пълното разреждане на батерията. Тук паметта на елементите започва да играе своята роля. Клетките, които не са напълно разредени, не са напълно заредени и капацитетът им пада с всяко презареждане.

Висококачествените зарядни устройства ви позволяват да зареждате без загуба на капацитет. Но не можах да намеря нещо подобно за продажба за елементи с капацитет 2500 mah. Остава периодично да се провежда тяхното обучение.

Тренировъчни NiMH елементи

Всичко написано по-долу не се отнася за акумулаторни клетки със силен саморазряд . Могат само да се изхвърлят, опитът показва, че не могат да се обучават.

Обучението на NiMH елементи се състои от няколко (1-3) цикъла разряд-заряд.

Разреждането се извършва докато напрежението на акумулаторната клетка падне до 1V. Препоръчително е елементите да се разреждат поотделно. Причината е, че възможността за получаване на такса може да бъде различна. И се засилва при зареждане без тренировка. Следователно има преждевременно сработване на защитата по напрежение на вашето устройство (плейър, камера, ...) и последващо зареждане на неразреден елемент. Резултатът от това е прогресивна загуба на капацитет.

Разреждането трябва да се извършва в специално устройство (фиг. 3), което позволява да се извършва индивидуално за всеки елемент. Ако няма контрол на напрежението, тогава разреждането се извършва до забележимо намаляване на яркостта на електрическата крушка.

И ако откриете времето на горене на електрическата крушка, можете да определите капацитета на батерията, той се изчислява по формулата:

Капацитет = Ток на разреждане x Време на разреждане = I x t (A * час)

Батерия с капацитет 2500 mAh е в състояние да достави ток от 0,75 A към товара за 3,3 часа, ако времето, получено в резултат на разреждане, е по-малко и съответно остатъчният капацитет е по-малък. И с намаляване на капацитета, трябва да продължите да тренирате батерията.

Сега, за да разредя клетките на батерията, използвам устройство, направено по схемата, показана на фиг. 3.

Направен е от старо зарядно и изглежда така:

Само сега има 4 крушки, както на фиг. 3. Електрическите крушки трябва да се споменат отделно. Ако крушката има разряден ток равен на номиналния за дадена батерия или малко по-малък, тя може да се използва като товар и индикатор, в противен случай крушката е само индикатор. Тогава резисторът трябва да има такава стойност, че общото съпротивление на El 1-4 и успоредния му резистор R 1-4 да е от порядъка на 1,6 ома.Замяната на електрическа крушка със светодиод е неприемлива.

Пример за електрическа крушка, която може да се използва като товар, е 2,4 V криптонова крушка за фенерче.

Специален случай.

внимание! Производителите не гарантират нормалната работа на батериите при токове на зареждане, надвишаващи тока на ускорено зареждане.Зареждането трябва да бъде по-малко от капацитета на батерията. Така че за батерии с капацитет 2500 ma * h, той трябва да бъде под 2,5A.

Случва се NiMH клетките след разреждане да имат напрежение под 1,1 V. В този случай е необходимо да се приложи техниката, описана в горната статия в списание PC MIR. Елемент или поредица от елементи е свързан към източник на енергия чрез 21 W крушка за кола.

Още веднъж ви обръщам внимание! Такива елементи трябва да се проверяват за саморазреждане! В повечето случаи това са елементи с ниско напрежение, които имат повишен саморазряд. Тези елементи са по-лесни за изхвърляне.

Зареждането е за предпочитане индивидуално за всеки елемент.

За две клетки с напрежение 1.2V напрежението на зареждане не трябва да надвишава 5-6V. При принудително зареждане лампичката е и индикатор. Като намалите яркостта на електрическата крушка, можете да проверите напрежението на NiMH елемента. То ще бъде по-голямо от 1,1 V. Обикновено това първоначално усилващо зареждане отнема от 1 до 10 минути.

Ако NiMH елементът по време на принудително зареждане не повишава напрежението в продължение на няколко минути, нагрява се, това е причина да го премахнете от зареждане и да го отхвърлите.

Препоръчвам да използвате зарядни устройства само с възможност за обучение (регенериране) на елементи при презареждане. Ако няма такива, след 5-6 работни цикъла в оборудването, без да чакате пълна загуба на капацитет, обучете ги и отхвърлете елементи със силен саморазряд.

И те няма да ви подведат.

В един от форумите коментира тази статия "зле написано, но нищо друго". Така че това не е "глупаво", а просто и достъпно за всеки, който има нужда от помощ в кухнята. Тоест, възможно най-просто. Напредналите могат да сложат контролер, да свържат компютър, ......, но това вече е друга история.

За да не изглежда глупаво

Има "умни" зарядни устройства за NiMH клетки.

Това зарядно работи с всяка батерия поотделно.

Той може:

1. работа индивидуално с всяка батерия в различни режими,
2. зареждане на батерии в бърз и бавен режим,
3. индивидуален LCD дисплей за всяко отделение за батерии,
4. зарежда всяка батерия независимо,
5. зарежда от една до четири батерии с различен капацитет и размер (AA или AAA),
6. защита на батерията от прегряване,
7. защита на всяка батерия от презареждане,
8. определяне на края на зареждането чрез спад на напрежението,
9. идентифицирайте дефектни батерии
10. предварително разредете батерията до остатъчното напрежение,
11. възстановяване на стари батерии (обучение зареждане-разреждане),
12. проверете капацитета на батерията
13. дисплей на LCD: - заряден ток, напрежение, отразяват текущия капацитет.

Най-важното, подчертавам, че този тип устройство ви позволява да работите индивидуално с всяка батерия.

Според прегледите на потребителите, такова зарядно устройство ви позволява да възстановите повечето работещи батерии, а обслужваните могат да се използват за целия гарантиран експлоатационен живот.

За съжаление не използвах такова зарядно устройство, тъй като е просто невъзможно да го купите в провинциите, но можете да намерите много отзиви във форумите.

Основното нещо е да не зареждате при високи токове, въпреки декларирания режим с токове от 0,7 - 1A, това все още е устройство с малък размер и може да разсее 2-5 вата мощност.

Заключение

Всяко възстановяване на NiMh батерии е строго индивидуална (с всеки отделен елемент) работа. С постоянен мониторинг и отхвърляне на елементи, които не приемат зареждане.

И най-добрият начин да се справите с възстановяването им е с интелигентни зарядни устройства, които ви позволяват индивидуално да отхвърляте и цикъл на зареждане-разреждане с всяка клетка. И тъй като няма такива устройства, работещи автоматично с батерии с всякакъв капацитет, те са предназначени за елементи със строго определен капацитет или трябва да имат контролирани токове на зареждане и разреждане!

История на изобретението

Изследванията в областта на технологията за производство на NiMH батерии започват през 70-те години на ХХ век и са предприети като опит за преодоляване на недостатъците. Използваните по това време метални хидридни съединения обаче са нестабилни и изискваната производителност не е постигната. В резултат на това процесът на разработване на NiMH батерии спря. Нови метални хидридни съединения, достатъчно стабилни за приложения в батерии, са разработени през 1980 г. От края на 1980 г. NiMH батериите постоянно се подобряват, главно по отношение на плътността на съхранение на енергия. Техните разработчици отбелязаха, че NiMH технологията има потенциала да постигне още по-висока енергийна плътност.

Настроики

• Теоретичен енергиен интензитет (Wh / kg): 300 Wh / kg.
• Специфична консумация на енергия: около - 60-72 Wh / kg.
• Специфична енергийна плътност (Wh/dm³): приблизително - 150 Wh/dm³.
• ЕМП: 1,25.
• Работна температура: -60…+55 °C .(-40… +55)
• Срок на експлоатация: около 300-500 цикъла на зареждане/разреждане.

Описание

Никел-метал хидридни батерии с форм фактор Krona, като правило, с първоначално напрежение от 8,4 волта, постепенно намаляват напрежението до 7,2 волта и след това, когато енергията на батерията е изчерпана, напрежението бързо намалява. Този тип батерии са предназначени да заменят никел-кадмиевите батерии. Никел-метал хидридните батерии имат около 20% повече капацитет при същите размери, но по-кратък експлоатационен живот - от 200 до 300 цикъла на зареждане / разреждане. Саморазрядът е около 1,5-2 пъти по-висок от този на никел-кадмиевите батерии.

NiMH батериите са практически лишени от "ефекта на паметта". Това означава, че можете да зареждате батерия, която не е напълно разредена, ако не е била съхранявана повече от няколко дни в това състояние. Ако батерията е била частично разредена и след това не е използвана дълго време (повече от 30 дни), тогава тя трябва да се разреди преди зареждане.

Природосъобразен.

Най-благоприятният режим на работа: зареждане с малък ток, 0,1 от номиналния капацитет, време за зареждане - 15-16 часа (типична препоръка на производителя).

Съхранение

Батериите трябва да се съхраняват напълно заредени в хладилник, но не под 0 градуса. По време на съхранение е препоръчително редовно да проверявате напрежението (на всеки 1-2 месеца). Не трябва да пада под 1,37. Ако напрежението падне, трябва да заредите батериите отново. Единственият вид батерии, които могат да се съхраняват разредени, са Ni-Cd батериите.

NiMH батерии с нисък саморазряд (LSD NiMH)

Никел-метал хидридна батерия с нисък саморазряд, LSD NiMH, беше представена за първи път през ноември 2005 г. от Sanyo под марката Eneloop. По-късно много световни производители представиха своите LSD NiMH батерии.

Този тип батерия има намален саморазряд, което означава, че има по-дълъг срок на годност от конвенционалните NiMH. Батериите се продават като "готови за употреба" или "предварително заредени" и се продават като заместител на алкални батерии.

В сравнение с конвенционалните NiMH батерии, LSD NiMH са най-полезни, когато могат да изминат повече от три седмици между зареждането и използването на батерията. Конвенционалните NiMH батерии губят до 10% от капацитета през първите 24 часа след зареждане, след което токът на саморазреждане се стабилизира до 0,5% от капацитета на ден. За LSD NiMH тази настройка обикновено варира от 0,04% до 0,1% капацитет на ден. Производителите твърдят, че чрез подобряване на електролита и електрода е възможно да се постигнат следните предимства на LSD NiMH в сравнение с класическата технология:

От недостатъците трябва да се отбележи сравнително малко по-малък капацитет. В момента (2012 г.) максималният постигнат капацитет на LSD е 2700 mAh.

При тестване на батерии Sanyo Eneloop XX с капацитет от 2500 mAh (мин. 2400 mAh) се оказа, че всички батерии в партида от 16 броя (произведени в Япония, продавани в Южна Корея) имат дори по-голям капацитет - от 2550 mAh до 2680 mAh. Тестван чрез зареждане на LaCrosse BC-9009.

Непълен списък на батерии за дългосрочно съхранение (с нисък саморазряд):

• Prolife от Fujicell
• Ready2Use Accu от Varta
• AccuEvolution от AccuPower
• Hybrid, Platinum и OPP Pre-Charged от Rayovac
• Eneloop от Sanyo
• eniTime от Yuasa
• Infinium от Panasonic
• ReCyko от Gold Peak
• Незабавно от Vapex
• Hybrio от Uniross
• Cycle Energy от Sony
• MaxE и MaxE Plus от Ansmann
• EnergyOn от NexCell
• ActiveCharge/StayCharged/Pre-Charged/Accu от Duracell
• Предварително заредено от Kodak
• nx-ready от ENIX energies
• Имедион от
• Pleomax E-Lock от Samsung
• Centura от Tenergy
• Ecomax от CDR King
• R2G от Lenmar
• LSD готов за употреба от Turnigy

Други предимства на NiMH (LSD NiMH) батерии с нисък саморазряд

NiMH батериите с нисък саморазряд обикновено имат значително по-ниско вътрешно съпротивление от конвенционалните NiMH батерии. Това има много положителен ефект при приложения с висока консумация на ток:

• По-стабилно напрежение
• Намалено разсейване на топлина, особено в режими на бързо зареждане/разреждане
• По-висока ефективност
• Възможност за висок импулсен ток (Пример: зареждането на светкавицата на камерата е по-бързо)
• Възможност за продължителна работа в устройства с ниска консумация на енергия (Пример: дистанционни управления, часовници.)

Методи за таксуване

Зареждането се извършва с електрически ток при напрежение на клетката до 1,4 - 1,6 V. Напрежението на напълно заредена клетка без товар е 1,4 V. Напрежението при натоварване варира от 1,4 до 0,9 V. Напрежението без товар при пълно разредената батерия е 1,0 - 1,1 V (по-нататъшното разреждане може да повреди клетката). За зареждане на батерията се използва постоянен или импулсен ток с краткотрайни отрицателни импулси (за възстановяване на ефекта на "паметта", методът "FLEX Negative Pulse Charging" или "Reflex Charging").

Контрол на края на заряда чрез промяна на напрежението

Един от методите за определяне на края на заряда е методът -ΔV. Изображението показва графика на напрежението на клетката при зареждане. Зарядното устройство зарежда акумулатора с постоянен ток. След като батерията е напълно заредена, напрежението върху нея започва да пада. Ефектът се наблюдава само при достатъчно високи зарядни токове (0.5C..1C). Зарядното устройство трябва да открие това падане и да изключи зареждането.

Съществува и т. нар. "инфлексия" - метод за определяне края на бързото зареждане. Същността на метода е, че се анализира не максималното напрежение на батерията, а максималната производна на напрежението по време. Тоест, бързото зареждане ще спре в момента, когато скоростта на нарастване на напрежението е максимална. Това ви позволява да завършите фазата на бързо зареждане по-рано, когато температурата на батерията все още не се е повишила значително. Методът обаче изисква измерване на напрежението с по-голяма точност и някои математически изчисления (изчисляване на производната и цифрово филтриране на получената стойност).

Контрол на края на зареждането чрез промяна на температурата

При зареждане на клетка с постоянен ток по-голямата част от електрическата енергия се преобразува в химическа енергия. Когато батерията е напълно заредена, входящата електрическа енергия ще се преобразува в топлина. При достатъчно голям ток на зареждане можете да определите края на зареждането чрез рязко повишаване на температурата на клетката, като инсталирате сензор за температура на батерията. Максимално допустимата температура на батерията е 60°C.

Области на използване

Подмяна на стандартен галваничен елемент, електромобили, дефибрилатори, ракетно-космическа техника, автономни системи за захранване, радиоапаратура, осветителна техника.

Избор на капацитет на батерията

Когато използвате NiMH батерии, далеч не винаги е необходимо да преследвате голям капацитет. Колкото по-капацитет е батерията, толкова по-висок (при равни други условия) е нейният ток на саморазреждане. Например, помислете за батерии с капацитет 2500 mAh и 1900 mAh. Батериите, които са напълно заредени и не са използвани например един месец, ще загубят част от своя електрически капацитет поради саморазреждане. По-голямата батерия ще загуби заряд много по-бързо от по-малката. Така след месец например батериите ще имат приблизително еднакъв заряд, а след още повече време първоначално по-капаметната батерия ще съдържа по-малък заряд.

От практическа гледна точка батериите с голям капацитет (1500-3000 mAh за AA батерии) има смисъл да се използват в устройства с висока консумация на енергия за кратко време и без предварително съхранение. Например:

• В радиоуправляеми модели;
• В камерата - за увеличаване на броя на снимките, направени за относително кратък период от време;
• В други устройства, в които зарядът ще се генерира за относително кратък период от време.

Батерии с малък капацитет (300-1000 mAh за батерии AA) са по-подходящи за следните случаи:

• Когато използването на заряда не започне веднага след зареждането, а след като е изминало значително време;
• За случайна употреба в устройства (лампи, GPS навигатори, играчки, уоки-токита);
• За продължителна употреба в устройство с умерена консумация на енергия.

Производители

Никел-метал хидридни батерии се произвеждат от различни компании, включително:

• камила
• Ленмар
• Нашата сила
• NIAI ИЗТОЧНИК
• пространство

Вижте също

Литература

• Хрусталев Д. А. Акумулатори. М: Емералд, 2003.

Бележки

Връзки

• ГОСТ 15596-82 Химични източници на ток. Термини и дефиниции
• GOST R IEC 61436-2004 Запечатани никел-метал хидридни батерии
• GOST R IEC 62133-2004 Акумулатори и акумулаторни батерии, съдържащи алкални и други некиселинни електролити. Изисквания за безопасност за преносими запечатани батерии и батерии, направени от тях за преносима употреба

Галваничен елемент	Галванична клетка Daniel | Алкален елемент | | Сух елемент | Концентрационен елемент | Въздушно-цинков елемент | Нормален елемент на Уестън
Електрически батерии	Оловна киселина | Сребро-цинк | Никел Кадмий | Никел метал хидрид | Никел-цинкова батерия | Литиево-йонна | Литиев полимер | Литиево-железен сулфид | Литиево-железен фосфат | Литиев титанат |Ванадий | Желязо-никел
горивни клетки	Директен метанол | Твърд оксид | Алкална
Модели

Никел метал хидридните батерии са източник на ток въз основа на химическа реакция. Маркиран Ni-MH. Структурно те са аналог на разработените по-рано никел-кадмиеви батерии (Ni-Cd), а по отношение на протичащите химични реакции са подобни на никел-водородните батерии. Принадлежат към категорията на алкалните хранителни източници.

Историческо отклонение

Нуждата от презареждащи се захранващи устройства съществува от дълго време. За различни видове оборудване бяха много необходими компактни модели с увеличен капацитет за съхранение на заряд. Благодарение на космическата програма е разработен метод за съхраняване на водород в батерии. Това бяха първите никел-водородни образци.

По отношение на дизайна се открояват основните елементи:

1. електрод(метален хидрид водород);
2. катод(никелов оксид);
3. електролит(калиев хидроксид).

Използваните преди това материали за производството на електроди бяха нестабилни. Но постоянните експерименти и проучвания доведоха до факта, че се получи оптималният състав. В момента за производството на електроди се използва лантан и никелов хидрат (La-Ni-CO). Но различни производители използват и други сплави, където никелът или част от него е заменен с алуминий, кобалт, манган, които стабилизират и активират сплавта.

Преминаващи химични реакции

При зареждане и разреждане вътре в батериите протичат химични реакции, свързани с абсорбцията на водород. Реакциите могат да бъдат записани в следната форма.

• По време на зареждане: Ni(OH)2+M→NiOOH+MH.
• По време на разреждане: NiOOH+MH→Ni(OH)2+M.

На катода протичат следните реакции с освобождаване на свободни електрони:

• По време на зареждане: Ni(OH)2+OH→NiOOH+H2O+e.
• По време на разреждане: NiOOH+ H2O+e →Ni(OH)2+OH.

На анода:

• По време на зареждане: M+ H2O+e → MH+OH.
• По време на разреждане: MH+OH →M+. H2O+e.

Дизайн на батерията

Основното производство на никел-метал хидридни батерии се произвежда в две форми: призматична и цилиндрична.

Цилиндрични Ni-MH клетки

Дизайнът включва:

• цилиндрично тяло;
• капак на кутията;
• клапан;
• капачка на клапана;
• анод;
• аноден колектор;
• катод;
• диелектричен пръстен;
• сепаратор;
• изолационен материал.

Анодът и катодът са разделени със сепаратор. Този дизайн се навива и поставя в кутията на батерията. Уплътнението става с капак и уплътнение. Капакът е с предпазен клапан. Той е проектиран така, че когато налягането вътре в батерията се повиши до 4 MPa, когато се задейства, освобождава излишък от летливи съединения, образувани по време на химични реакции.

Много от тях са били срещани с мокри или затворени източници на храна. Това е резултатът от клапана по време на презареждане. Характеристиките се променят и по-нататъшната им експлоатация е невъзможна. При липсата му батериите просто се подуват и напълно губят своята производителност.

Призматични Ni-MH клетки

Дизайнът включва следните елементи:

Призматичният дизайн предполага алтернативно разположение на анодите и катодите с разделянето им чрез сепаратор. Така сглобени в блок се поставят в кутията. Тялото е изработено от пластмаса или метал. Капакът уплътнява конструкцията. За безопасност и контрол върху състоянието на батерията на капака са поставени датчик за налягане и вентил.

Като електролит се използва алкал - смес от калиев хидроксид (KOH) и литиев хидроксид (LiOH).

За Ni-MH елементи, полипропилен или нетъкан полиамид действа като изолатор. Дебелината на материала е 120–250 µm.

За производството на аноди производителите използват металокерамика. Но напоследък се използват филц и полимери от пяна за намаляване на разходите.

При производството на катоди се използват различни технологии:

Характеристики

Волтаж. Когато не работи, вътрешната верига на батерията е отворена. И е доста трудно да се измери. Трудностите са причинени от равновесието на потенциалите на електродите. Но след пълно зареждане след един ден напрежението на елемента е 1,3–1,35V.

Разрядното напрежение при ток не по-голям от 0,2 A и околна температура 25 ° C е 1,2–1,25 V. Минималната стойност е 1V.

Енергиен капацитет, W∙h/kg:

• теоретичен – 300;
• специфичен – 60–72.

Саморазреждането зависи от температурата на съхранение. Съхранението при стайна температура води до загуба на капацитет до 30% през първия месец. След това скоростта се забавя до 7% за 30 дни.

Други възможности:

• Електрическа движеща сила (ЕМП) - 1.25V.
• Енергийна плътност - 150 Wh/dm3.
• Работна температура - от -60 до +55°C.
• Продължителност на работа - до 500 цикъла.

Правилно зареждане и управление

Зарядните устройства се използват за съхраняване на енергия. Основната задача на евтините модели е да доставят стабилизирано напрежение. За презареждане на никел-метал хидридни батерии е необходимо напрежение от порядъка на 1,4-1,6V. В този случай силата на тока трябва да бъде 0,1 от капацитета на батерията.

Например, ако декларираният капацитет е 1200 mAh, токът на зареждане трябва съответно да бъде избран близък или равен на 120 mA (0,12A).

Приложени са бързо и ускорено зареждане. Процесът на бързо зареждане е 1 час. Ускореният процес отнема до 5 часа. Такъв интензивен процес се контролира чрез промяна на напрежението и температурата.

Нормалният процес на зареждане продължава до 16 часа. За да се намали продължителността на времето за зареждане, съвременните зарядни устройства обикновено се произвеждат на три етапа. Първият етап е бързо зареждане с ток, равен на номиналния капацитет на батерията или по-висок. Вторият етап - ток от 0,1 капацитет. Третата степен е с ток 0,05–0,02 от капацитета.

Процесът на зареждане трябва да се наблюдава. Презареждането е вредно за здравето на батерията. Високото образуване на газ ще доведе до задействане на предпазния клапан и електролитът ще изтече.

Контролът се извършва по следните методи:

Предимства и недостатъци, присъщи на Ni-MH клетките

Батериите от последно поколение не страдат от такова заболяване като "ефекта на паметта". Но след дългосрочно съхранение (повече от 10 дни), той все още трябва да бъде напълно разреден, преди да започне зареждането. Вероятността от ефект на паметта идва от бездействието.

Повишен капацитет за съхранение на енергия

Екологичността се осигурява от съвременни материали. Преходът към тях значително улесни изхвърлянето на използвани елементи.

Що се отнася до недостатъците, има и много от тях:

• високо разсейване на топлината;
• температурният диапазон на работа е малък (от -10 до + 40 ° C), въпреки че производителите твърдят други показатели;
• малък интервал на работен ток;
• висок саморазряд;
• неспазването на полярността изключва батерията;
• съхранявайте за кратко време.

Избор по капацитет и експлоатация

Преди да купите Ni-MH батерии, трябва да вземете решение за техния капацитет. Високата производителност не е решение на проблема с липсата на енергия. Колкото по-голям е капацитетът на елемента, толкова по-изразено е саморазреждането.

Цилиндричните никел-метални хидридни клетки се предлагат в голям брой размери, които са обозначени с AA или AAA. Популярно наричан пръст - ааа и кутре - аа. Можете да ги закупите във всички електромагазини и магазини за електроника.

Както показва практиката, батерии с капацитет 1200-3000 mAh с размер aaa се използват в плейъри, камери и други електронни устройства с висока консумация на електроенергия.

Батерии с капацитет 300–1000 mAh, обичайният размер aa се използват на устройства с ниска консумация на енергия или не веднага (уоки-токи, фенерче, навигатор).

Използваните преди това широко използвани метални хидридни батерии се използват във всички преносими устройства. Единичните елементи са монтирани в кутия, проектирана от производителя за улесняване на монтажа. Обикновено имаха маркировка EN. Можете да ги закупите само от официални представители на производителя.

Тази статия за никел-метал хидридни (Ni-MH) батерии отдавна е класика в руския интернет. Препоръчвам да проверите...

Никел-метал-хидридните (Ni-MH) батерии са аналогични по дизайн на никел-кадмиевите (Ni-Cd) батерии, а по електрохимични процеси - никел-водородните батерии. Специфичната енергия на Ni-MH батерия е значително по-висока от специфичната енергия на Ni-Cd и водородните батерии (Ni-H2)

ВИДЕО: Никел метал хидридни батерии (NiMH)

Сравнителни характеристики на батериите

Настроики	Ni-Cd	Ni-H2	Ni-MH
Номинално напрежение, V	1.2	1.2	1.2
Специфична енергия: Wh/kg | Wh/l	20-40 60-120	40-55 60-80	50-80 100-270
Срок на експлоатация: години | цикли	1-5 500-1000	2-7 2000-3000	1-5 500-2000
Саморазреждане, %	20-30 (за 28 дни)	20-30 (за 1 ден)	20-40 (за 28 дни)
Работна температура, °С	-50 — +60	-20 — +30	-40 — +60

*** Голямото разминаване на някои параметри в таблицата се дължи на различното предназначение (дизайн) на батериите. Освен това таблицата не взема предвид данните за съвременните батерии с нисък саморазряд.

История на Ni-MH батерията

Развитието на никел-метал хидридни (Ni-MH) батерии започва през 50-70-те години на миналия век. Резултатът беше нов начин за съхраняване на водород в никел-водородни батерии, използвани в космически кораби. В новия елемент водородът се натрупва в сплави на определени метали. Сплави, абсорбиращи 1000 пъти собствения си обем водород, са открити през 60-те години на миналия век. Тези сплави са съставени от два или повече метала, единият от които абсорбира водород, а другият е катализатор, който подпомага дифузията на водородни атоми в металната решетка. Броят на възможните комбинации от използвани метали е практически неограничен, което дава възможност за оптимизиране на свойствата на сплавта. За да се създадат Ni-MH батерии, беше необходимо да се създадат сплави, които могат да работят при ниско налягане на водорода и стайна температура. В момента работата по създаването на нови сплави и технологии за тяхната обработка продължава в целия свят. Сплавите на никел с метали от редкоземната група могат да осигурят до 2000 цикъла на зареждане-разреждане на батерията с намаляване на капацитета на отрицателния електрод с не повече от 30%. Първата Ni-MH батерия, използваща сплав LaNi5 като основен активен материал на металохидриден електрод, е патентована от Бил през 1975 г. В ранните експерименти с металохидридни сплави никел-металхидридни батерии са нестабилни и необходимият капацитет на батерията може не може да се постигне. Следователно индустриалната употреба на Ni-MH батерии започва едва в средата на 80-те години след създаването на сплавта La-Ni-Co, която позволява електрохимично обратимо усвояване на водород за повече от 100 цикъла. Оттогава дизайнът на Ni-MH батериите непрекъснато се подобрява в посока на увеличаване на тяхната енергийна плътност. Замяната на отрицателния електрод позволи да се увеличи натоварването на активните маси на положителния електрод с 1,3-2 пъти, което определя капацитета на батерията. Поради това Ni-MH батериите имат значително по-високи специфични енергийни характеристики в сравнение с Ni-Cd батериите. Успехът на разпространението на никел-метал хидридни батерии беше осигурен от високата енергийна плътност и нетоксичността на материалите, използвани при производството им.

Основни процеси на Ni-MH батерии

Ni-MH батериите използват никелов оксиден електрод като положителен електрод, като никел-кадмиева батерия, и електрод от никелова и редкоземна сплав, абсорбиращ водород, вместо отрицателния кадмиев електрод. Върху положителния електрод от никелов оксид на Ni-MH батерията реакцията протича:

Ni(OH) 2 + OH- → NiOOH + H 2 O + e - (заряд) NiOOH + H 2 O + e - → Ni(OH) 2 + OH - (разряд)

При отрицателния електрод металът с абсорбиран водород се превръща в метален хидрид:

M + H 2 O + e - → MH + OH- (заряд) MH + OH - → M + H 2 O + e - (разряд)

Общата реакция в Ni-MH батерия се записва, както следва:

Ni(OH) 2 + M → NiOOH + MH (заряд) NiOOH + MH → Ni(OH) 2 + M (разряд)

Електролитът не участва в основната токообразуваща реакция. След отчитане на 70-80% от капацитета и по време на презареждане, кислородът започва да се отделя на оксидно-никеловия електрод,

2OH- → 1/2O 2 + H2O + 2e - (презареждане)

който се възстановява на отрицателния електрод:

1/2O 2 + H 2 O + 2e - → 2OH - (презареждане)

Последните две реакции осигуряват затворен цикъл на кислорода. При намаляване на кислорода се осигурява допълнително увеличаване на капацитета на металния хидридния електрод поради образуването на ОН - групата.

Конструкция на Ni-MH батерийни електроди

Метален водороден електрод

Основният материал, който определя производителността на Ni-MH батерия, е абсорбираща водород сплав, която може да абсорбира до 1000 пъти собствения си обем водород. Най-широко използваните сплави са LaNi5, в които част от никела е заменен с манган, кобалт и алуминий за повишаване на стабилността и активността на сплавта. За да намалят разходите, някои производители използват миш метал вместо лантан (Mm, който е смес от редкоземни елементи, съотношението им в сместа е близко до съотношението в естествените руди), който освен лантан включва и церий , празеодим и неодим. По време на цикъла заряд-разряд има разширение и свиване на 15-25% от кристалната решетка на водород-абсорбиращите сплави поради абсорбцията и десорбцията на водорода. Такива промени водят до образуване на пукнатини в сплавта поради увеличаване на вътрешното напрежение. Образуването на пукнатини води до увеличаване на повърхността, която е корозирала при взаимодействие с алкален електролит. Поради тези причини разрядният капацитет на отрицателния електрод постепенно намалява. В батерия с ограничено количество електролит това причинява проблеми с преразпределението на електролита. Корозията на сплавта води до химическа пасивност на повърхността поради образуването на устойчиви на корозия оксиди и хидроксиди, които повишават пренапрежението на основната токогенерираща реакция на металохидриден електрод. Образуването на корозионни продукти става с консумацията на кислород и водород от електролитния разтвор, което от своя страна води до намаляване на количеството електролит в батерията и увеличаване на нейното вътрешно съпротивление. За забавяне на нежеланите процеси на дисперсия и корозия на сплавите, които определят експлоатационния живот на Ni-MH батериите, се използват два основни метода (в допълнение към оптимизирането на състава и начина на производство на сплавта). Първият метод е микрокапсулиране на частици от сплав, т.е. при покриване на повърхността им с тънък порест слой (5-10%) - от теглото на никел или мед. Вторият метод, който е намерил най-широко приложение в момента, се състои в обработка на повърхността на частиците на сплавта в алкални разтвори с образуването на защитни филми, пропускливи за водород.

Електрод от никелов оксид

Оксидно-никеловите електроди в масовото производство се произвеждат в следните конструктивни модификации: ламелни, безламелни синтеровани (металокерамични) и пресовани, включително пелети. През последните години започнаха да се използват електроди от безламелен филц и полимерна пяна.

Ламеларни електроди

Ламелните електроди са набор от свързани помежду си перфорирани кутии (ламели), изработени от тънка (0,1 mm дебелина) никелирана стоманена лента.

Спечени (керметни) електроди

електродите от този тип се състоят от пореста (с порьозност най-малко 70%) металокерамична основа, в порите на която се намира активната маса. Основата е направена от фин прах от карбонилникел, който, смесен с амониев карбонат или карбамид (60-65% никел, останалото е пълнител), се пресова, валцува или напръсква върху стоманена или никелова мрежа. След това решетката с праха се подлага на топлинна обработка в редуцираща атмосфера (обикновено във водородна атмосфера) при температура 800-960 ° C, докато амониевият карбонат или карбамид се разлага и изпарява, а никелът се синтерова. Така получените субстрати са с дебелина 1-2,3 mm, порьозност 80-85% и радиус на порите 5-20 µm. Основата се импрегнира последователно с концентриран разтвор на никелов нитрат или никелов сулфат и алкален разтвор, загрят до 60-90 ° C, което предизвиква утаяване на никелови оксиди и хидроксиди. Понастоящем се използва и методът на електрохимично импрегниране, при който електродът се подлага на катодна обработка в разтвор на никелов нитрат. Поради образуването на водород, разтворът в порите на плочата се алкализира, което води до отлагане на оксиди и хидроксиди на никел в порите на плочата. Фолиевите електроди се класифицират като разновидности на синтеровани електроди. Електродите се произвеждат чрез нанасяне върху тънка (0,05 mm) перфорирана никелова лента от двете страни, чрез пръскане, алкохолна емулсия от никелов карбонил на прах, съдържаща свързващи вещества, синтероване и последващо химично или електрохимично импрегниране с реагенти. Дебелината на електрода е 0,4-0,6 mm.

Пресовани електроди

Пресованите електроди се изработват чрез пресоване под налягане 35-60 МРа на активната маса върху мрежа или стоманена перфорирана лента. Активната маса се състои от никелов хидроксид, кобалтов хидроксид, графит и свързващо вещество.

Метални филцови електроди

Металните филцови електроди имат силно пореста основа, изработена от никелови или въглеродни влакна. Порьозността на тези основи е 95% или повече. Филцовият електрод е изработен на базата на никелиран полимер или графитен филц. Дебелината на електрода, в зависимост от предназначението му, е в диапазона 0,8-10 mm. Активната маса се въвежда в филца по различни методи, в зависимост от плътността му. Може да се използва вместо филц никелова пянаполучен чрез никелиране на полиуретанова пяна, последвано от отгряване в редуцираща среда. Паста, съдържаща никелов хидроксид и свързващо вещество, обикновено се въвежда в силно пореста среда чрез разпръскване. След това основата с пастата се изсушава и навива. Филцовите и пенополимерните електроди се характеризират с висок специфичен капацитет и дълъг експлоатационен живот.

Конструкция на Ni-MH батерии

Цилиндрични Ni-MH батерии

Положителните и отрицателните електроди, разделени със сепаратор, се навиват под формата на ролка, която се вкарва в корпуса и се затваря с уплътнителна капачка с уплътнение (Фигура 1). Капакът има предпазен клапан, който работи при налягане 2-4 MPa в случай на повреда в работата на батерията.

Фиг. 1. Конструкцията на никел-метал хидридна (Ni-MH) батерия: 1 тяло, 2 капачки, 3 клапанни капачки, 4 клапана, 5 положителни електродни колектори, 6 изолационен пръстен, 7 отрицателни електроди, 8- сепаратор, 9- положителен електрод, 10-изолатор.

Ni-MH призматични батерии

При призматичните Ni-MH батерии се редуват положителни и отрицателни електроди, а между тях се поставя разделител. Блокът от електроди се поставя в метална или пластмасова кутия и се затваря с уплътнителен капак. На капака обикновено се монтира клапан или сензор за налягане (Фигура 2).

Фиг.2. Структура на Ni-MH батерията: 1-тяло, 2-капачка, 3-клапанна капачка, 4-клапана, 5-изолиращо уплътнение, 6-изолатор, 7-отрицателен електрод, 8-сепаратор, 9-положителен електрод.

Ni-MH батериите използват алкален електролит, състоящ се от KOH с добавяне на LiOH. Като сепаратор в Ni-MH батерии се използват нетъкан полипропилен и полиамид с дебелина 0,12-0,25 мм, обработени с омокрящ агент.

положителен електрод

Ni-MH батериите използват положителни електроди от никелов оксид, подобни на тези, използвани в Ni-Cd батериите. В Ni-MH батериите се използват главно керамично-метални електроди, а през последните години електроди от филц и полимерна пяна (виж по-горе).

Отрицателен електрод

Пет дизайна на отрицателен метален хидрид електрод (виж по-горе) са намерили практическо приложение в Ni-MH батерии: - ламеларен, когато прахът от абсорбираща водород сплав със или без свързващо вещество се пресова в никелова мрежа; - никелова пяна, когато паста със сплав и свързващо вещество се въвежда в порите на основата от никелова пяна, след което се изсушава и пресова (валцува); - фолио, когато паста със сплав и свързващо вещество се нанася върху перфорирано никелово или никелирано стоманено фолио, след което се изсушава и пресова; - валцувани, когато прахът на активната маса, състоящ се от сплав и свързващо вещество, се нанася чрез валцуване (валцуване) върху опъната никелова решетка или медна решетка; - синтерован, когато прахът от сплавта се пресова върху никелова решетка и след това се синтерува във водородна атмосфера. Специфичните капацитети на металохидридни електроди с различни конструкции са близки по стойност и се определят главно от капацитета на използваната сплав.

Характеристики на Ni-MH батерии. Електрически характеристики

Напрежение на отворена верига

Стойност на напрежението на отворена верига Ur.c. Ni-MH системите са трудни за точно определяне поради зависимостта на равновесния потенциал на електрода от никелов оксид от степента на окисление на никела, както и зависимостта на равновесния потенциал на електрода от метален хидрид от степента на насищане с водород. 24 часа след зареждане на батерията напрежението на отворена верига на заредената Ni-MH батерия е в диапазона 1,30-1,35 V.

Номинално разрядно напрежение

Ur при нормализиран ток на разреждане Ir = 0,1-0,2C (C е номиналният капацитет на батерията) при 25 ° C е 1,2-1,25V, обичайното крайно напрежение е 1V. Напрежението намалява с увеличаване на натоварването (вижте фигура 3)

Фиг.3. Характеристики на разряд на Ni-MH батерия при температура 20°C и различни нормализирани токове на натоварване: 1-0.2C; 2-1С; 3-2С; 4-3С

Капацитет на батерията

С увеличаване на натоварването (намаляване на времето за разреждане) и с понижаване на температурата капацитетът на Ni-MH батерията намалява (Фигура 4). Ефектът от намаляването на температурата върху капацитета е особено забележим при високи скорости на разреждане и при температури под 0°C.

Фиг.4. Зависимостта на разрядния капацитет на Ni-MH батерия от температурата при различни разрядни токове: 1-0.2C; 2-1С; 3-3С

Безопасност и експлоатационен живот на Ni-MH батерии

По време на съхранение Ni-MH батерията се саморазрежда. След месец на стайна температура загубата на капацитет е 20-30%, а при по-нататъшно съхранение загубата намалява до 3-7% на месец. Скоростта на саморазреждане се увеличава с повишаване на температурата (вижте Фигура 5).

Фиг.5. Зависимостта на разрядния капацитет на Ni-MH батерия от времето на съхранение при различни температури: 1-0°С; 2-20°C; 3-40°C

Зареждане на Ni-MH батерия

Времето на работа (броят цикли на разреждане-зареждане) и експлоатационният живот на Ni-MH батерия до голяма степен се определят от условията на работа. Времето на работа намалява с увеличаване на дълбочината и скоростта на изпразване. Времето на работа зависи от скоростта на зареждането и начина на контрол на завършването му. В зависимост от вида на Ni-MH батериите, режима на работа и условията на работа, батериите осигуряват от 500 до 1800 цикъла разряд-заряд при дълбочина на разреждане 80% и имат експлоатационен живот (средно) от 3 до 5 години.

За да осигурите надеждна работа на Ni-MH батерията през гарантирания период, трябва да следвате препоръките и инструкциите на производителя. Най-голямо внимание трябва да се обърне на температурния режим. Желателно е да се избягват преразряди (под 1V) и къси съединения. Препоръчително е да използвате Ni-MH батерии по предназначение, избягвайте смесването на използвани и неизползвани батерии и не запоявайте проводници или други части директно към батерията. Ni-MH батериите са по-чувствителни към презареждане от Ni-Cd. Презареждането може да доведе до термично изтичане. Зареждането обикновено се извършва с ток Iz \u003d 0,1C за 15 часа. Компенсационното зареждане се извършва с ток Iz = 0,01-0,03C за 30 часа или повече. Възможни са ускорени (за 4 - 5 часа) и бързи (за 1 час) зареждания за Ni-MH батерии с високоактивни електроди. При такива заряди процесът се контролира от промените в температурата ΔТ и напрежението ΔU и други параметри. Бързото зареждане се използва например за Ni-MH батерии, които захранват лаптопи, мобилни телефони и електрически инструменти, въпреки че лаптопите и мобилните телефони сега използват предимно литиево-йонни и литиево-полимерни батерии. Препоръчва се и триетапен метод на зареждане: първият етап на бързо зареждане (1C и повече), зареждане със скорост 0,1C за 0,5-1 h за последно презареждане и зареждане със скорост 0,05- 0,02C като компенсационна такса. Информацията за това как да зареждате Ni-MH батерии обикновено се съдържа в инструкциите на производителя, а препоръчителният заряден ток е посочен върху кутията на батерията. Зарядното напрежение Uz при Iz=0,3-1C е в диапазона 1,4-1,5V. Поради освобождаването на кислород при положителния електрод, количеството електричество, доставено по време на зареждане (Qz), е по-голямо от капацитета на разреждане (Cp). В същото време възвръщаемостта на капацитета (100 Ср/Qз) е съответно 75-80% и 85-90% за дискови и цилиндрични Ni-MH батерии.

Контрол на зареждането и разреждането

За да се предотврати презареждането на Ni-MH батерии, могат да се използват следните методи за контрол на зареждането с подходящи сензори, инсталирани в батерии или зарядни устройства:

• метод за прекратяване на заряда чрез абсолютна температура Tmax. Температурата на батерията се следи постоянно по време на процеса на зареждане, като при достигане на максималната стойност бързото зареждане се прекъсва;
• метод за прекратяване на зареждането чрез скорост на промяна на температурата ΔT/Δt. При този метод наклонът на температурната крива на батерията се следи постоянно по време на процеса на зареждане и когато този параметър се повиши над определена зададена стойност, зареждането се прекъсва;
• метод за прекратяване на заряда чрез отрицателно напрежение делта -ΔU. В края на зареждането на батерията, по време на кислородния цикъл, нейната температура започва да се повишава, което води до намаляване на напрежението;
• метод за прекратяване на зареждането според максималното време на зареждане t;
• метод за прекратяване на заряда чрез максимално налягане Pmax. Обикновено се използва в призматични батерии с големи размери и капацитет. Нивото на допустимото налягане в призматичен акумулатор зависи от неговия дизайн и е в диапазона 0,05-0,8 MPa;
• метод за прекратяване на заряда чрез максимално напрежение Umax. Използва се за прекъсване на заряда на акумулатори с високо вътрешно съпротивление, което се появява в края на експлоатационния живот поради липса на електролит или при ниска температура.

Когато използвате метода Tmax, батерията може да бъде презаредена, ако температурата на околната среда спадне, или батерията може да не е достатъчно заредена, ако температурата на околната среда се повиши значително. Методът ΔT/Δt може да се използва много ефективно за прекратяване на зареждането при ниски температури на околната среда. Но ако само този метод се използва при по-високи температури, батериите вътре в батериите ще бъдат изложени на нежелано високи температури, преди да може да се достигне стойността ΔT/Δt за изключване. За определена стойност на ΔT/Δt може да се получи по-голям входен капацитет при по-ниска температура на околната среда, отколкото при по-висока температура. В началото на зареждането на батерията (както и в края на зареждането) има бързо повишаване на температурата, което може да доведе до преждевременно спиране на зареждането при използване на метода ΔT/Δt. За да елиминират това, разработчиците на зарядни устройства използват таймери за първоначалното забавяне на реакцията на сензора с метода ΔT / Δt. Методът -ΔU е ефективен за прекратяване на зареждането при ниски температури на околната среда, а не при повишени температури. В този смисъл методът е подобен на метода ΔT/Δt. За да се гарантира, че зареждането ще бъде прекратено в случаите, когато непредвидени обстоятелства възпрепятстват нормалното прекъсване на зареждането, се препоръчва също така да се използва контрол на таймера, който регулира продължителността на операцията за зареждане (метод t). По този начин, за бързо зареждане на батерии с номинални токове от 0,5-1 ° C при температури от 0-50 ° C, препоръчително е едновременно да се прилагат методите Tmax (с температура на изключване от 50-60 ° C, в зависимост от конструкцията на батериите и батерии), -ΔU (5-15 mV на батерия), t (обикновено за получаване на 120% от номиналния капацитет) и Umax (1,6-1,8 V на батерия). Вместо метода -ΔU може да се използва методът ΔT/Δt (1-2 °C/min) с таймер за първоначално забавяне (5-10 min). За контрол на заряда вижте и съответната статия.След бързо зареждане на батерията, зарядните устройства предвиждат превключването им към презареждане с номинален ток 0.1C - 0.2C за определено време. Зареждането с постоянно напрежение не се препоръчва за Ni-MH батерии, тъй като може да възникне "термична повреда" на батериите. Това е така, защото в края на зареждането има увеличение на тока, което е пропорционално на разликата между захранващото напрежение и напрежението на батерията, а напрежението на батерията в края на зареждането намалява поради повишаването на температурата. При ниски температури скоростта на зареждане трябва да се намали. В противен случай кислородът няма да има време да се рекомбинира, което ще доведе до повишаване на налягането в акумулатора. За работа в такива условия се препоръчват Ni-MH батерии със силно порьозни електроди.

Предимства и недостатъци на Ni-MH батерии

Значителното увеличение на специфичните енергийни параметри не е единственото предимство на Ni-MH батериите пред Ni-Cd батериите. Отдалечаването от кадмия също означава преминаване към по-чисто производство. Проблемът с рециклирането на повредени батерии също е по-лесен за решаване. Тези предимства на Ni-MH батериите определят по-бързото нарастване на производствените им обеми във всички водещи световни компании за батерии в сравнение с Ni-Cd батериите.

Ni-MH батериите нямат "ефекта на паметта", който имат Ni-Cd батериите поради образуването на никелат в отрицателния кадмиев електрод. Въпреки това ефектите, свързани с презареждането на електрода от никелов оксид, остават. Намаляването на разрядното напрежение, наблюдавано при чести и дълги презареждания по същия начин, както при Ni-Cd батериите, може да се елиминира чрез периодично извършване на няколко разряда до 1V - 0,9V. Достатъчно е да извършвате такива изхвърляния веднъж месечно. Въпреки това, никел-метал-хидридните батерии са по-ниски от никел-кадмиевите батерии, които са предназначени да заменят, по отношение на някои работни характеристики:

• Ni-MH батериите работят ефективно в по-тесен диапазон от работни токове, което е свързано с ограничена десорбция на водород от металния хидрид електрод при много високи скорости на разреждане;
• Ni-MH батериите имат по-тесен работен температурен диапазон: повечето от тях са неработещи при температури под -10 °C и над +40 °C, въпреки че в някои серии батерии коригирането на рецептите осигури разширяване на температурните граници;
• по време на зареждането на Ni-MH батерии се отделя повече топлина, отколкото при зареждане на Ni-Cd батерии, следователно, за да се предотврати прегряване на батерията от Ni-MH батерии по време на бързо зареждане и / или значително презареждане, термични предпазители или термични релета в тях са монтирани, които са разположени на стената на една от батериите в централната част на батерията (това се отнася за промишлени батерийни възли);
• Ni-MH батериите имат повишен саморазряд, което се определя от неизбежността на реакцията на водород, разтворен в електролита, с положителен оксидно-никелов електрод (но благодарение на използването на специални отрицателни електродни сплави беше възможно постигане на намаляване на скоростта на саморазреждане до стойности, близки до тези за Ni-Cd батерии);
• рискът от прегряване при зареждане на една от Ni-MH батериите на батерията, както и обръщане на батерията с по-нисък капацитет, когато батерията е разредена, се увеличава с несъответствието на параметрите на батерията в резултат на дълго циклиране, така че създаването на батерии от повече от 10 батерии не се препоръчва от всички производители;
• загубата на капацитет на отрицателния електрод, която възниква в Ni-MH батерия при разреждане под 0 V, е необратима, което поставя по-строги изисквания за избор на батерии в батерията и контрол на процеса на разреждане, отколкото в случай на използване на Ni-Cd батерии, като правило, разреждане до 1 V/ac в батерии с ниско напрежение и до 1,1 V/ac в батерия от 7-10 батерии.

Както беше отбелязано по-рано, разграждането на Ni-MH батериите се определя основно от намаляване на сорбционния капацитет на отрицателния електрод по време на цикъл. В цикъла заряд-разряд обемът на кристалната решетка на сплавта се променя, което води до образуване на пукнатини и последваща корозия при реакция с електролита. Образуването на корозионни продукти става с абсорбцията на кислород и водород, в резултат на което общото количество електролит намалява и вътрешното съпротивление на батерията се увеличава. Трябва да се отбележи, че характеристиките на Ni-MH батериите значително зависят от сплавта на отрицателния електрод и технологията на обработка на сплавта за подобряване на стабилността на нейния състав и структура. Това принуждава производителите на батерии да бъдат внимателни при избора на доставчици на сплави, а потребителите на батерии да бъдат внимателни при избора на производител.

Въз основа на материалите на сайтовете powerinfo.ru, "Chip and Dip"