Domov › Telefon › Výdrž baterie ni mh. Nikl-metal hydridová (Ni-MH) baterie

Výdrž baterie ni mh. Nikl-metal hydridová (Ni-MH) baterie

Tento článek o nikl-metal hydridových (Ni-MH) bateriích je již dlouho klasikou na ruském internetu. Doporučuji se podívat...

Nikl-metal hydridové (Ni-MH) baterie mají podobný design jako nikl-kadmiové (Ni-Cd) baterie a v elektrochemických procesech - nikl-vodíkové baterie. Specifická energie Ni-MH baterie je výrazně vyšší než specifická energie Ni-Cd a vodíkových baterií (Ni-H2)

VIDEO: Nikl-metal hydridové (NiMH) baterie

Srovnávací charakteristiky baterie

Možnosti	Ni-Cd	Ni-H2	Ni-MH
Jmenovité napětí, V	1.2	1.2	1.2
Měrná energie: Wh/kg \| Wh/l	20-40 60-120	40-55 60-80	50-80 100-270
Životnost: let \| cykly	1-5 500-1000	2-7 2000-3000	1-5 500-2000
Samovybíjení, %	20-30 (na 28 dní)	20-30 (na 1 den)	20-40 (na 28 dní)
Provozní teplota, °C	-50 — +60	-20 — +30	-40 — +60

***Široký rozptyl některých parametrů v tabulce je způsoben rozdílným určením (provedením) baterií. Tabulka navíc nezohledňuje údaje o moderních bateriích s nízkým samovybíjením

Historie Ni-MH baterie

Vývoj nikl-metal hydridových (Ni-MH) baterií začal v 50-70 letech minulého století. Výsledkem byl nový způsob skladování vodíku v nikl-vodíkových bateriích používaných v kosmických lodích. V novém prvku se vodík nahromadil ve slitinách určitých kovů. V 60. letech 20. století byly objeveny slitiny, které pohlcují vodík až do 1000násobku svého vlastního objemu. Tyto slitiny se skládají ze dvou nebo více kovů, z nichž jeden absorbuje vodík a druhý je katalyzátorem, který podporuje difúzi atomů vodíku do kovové mřížky. Počet možných kombinací použitých kovů je prakticky neomezený, což umožňuje optimalizovat vlastnosti slitiny. Pro vytvoření Ni-MH baterií bylo nutné vytvořit slitiny, které fungují při nízkém tlaku vodíku a pokojové teplotě. V současné době po celém světě pokračují práce na vytváření nových slitin a technologií jejich zpracování. Slitiny niklu s kovy vzácných zemin mohou zajistit až 2 000 cyklů nabití a vybití baterie a zároveň snížit kapacitu záporné elektrody o ne více než 30 %. První Ni-MH baterie, která používala slitinu LaNi5 jako hlavní aktivní materiál metalhydridové elektrody, byla patentována Billem v roce 1975. V prvních experimentech s metalhydridovými slitinami byly Ni-MH baterie nestabilní a požadovaná kapacita baterie nemohla být dosaženo. Průmyslové využití Ni-MH baterií proto začalo až v polovině 80. let po vytvoření slitiny La-Ni-Co, která umožňuje elektrochemicky vratnou absorpci vodíku na více než 100 cyklů. Od té doby se konstrukce dobíjecích baterií Ni-MH neustále zdokonaluje směrem ke zvýšení jejich energetické hustoty. Výměna záporné elektrody umožnila zvýšit obsah aktivní hmoty kladné elektrody, která určuje kapacitu baterie, 1,3-2krát. Proto mají Ni-MH baterie výrazně vyšší měrné energetické charakteristiky ve srovnání s Ni-Cd bateriemi. Úspěch rozšíření nikl-metal hydridových baterií zajistila vysoká energetická hustota a netoxicita materiálů použitých při jejich výrobě.

Základní procesy Ni-MH baterií

Ni-MH baterie používají jako kladnou elektrodu elektrodu z oxidu niklu, stejně jako nikl-kadmiová baterie, a místo záporné elektrody kadmia používají elektrodu absorbující vodík ze vzácných zemin. Na kladné elektrodě oxidu niklu Ni-MH baterie dochází k následující reakci:

Ni(OH) 2 + OH- → NiOOH + H 2 O + e - (náboj) NiOOH + H 2 O + e - → Ni(OH) 2 + OH - (výboj)

Na záporné elektrodě se kov s absorbovaným vodíkem přemění na hydrid kovu:

M + H 2 O + e - → MH + OH- (nabití) MH + OH - → M + H 2 O + e - (vybití)

Celková reakce v Ni-MH baterii je napsána takto:

Ni(OH) 2 + M → NiOOH + MH (nabíjení) NiOOH + MH → Ni(OH) 2 + M (vybíjení)

Elektrolyt se neúčastní hlavní proudotvorné reakce. Po dosažení 70-80% kapacity a po dobití se na elektrodě oxidu niklu začne uvolňovat kyslík,

2OH- → 1/2O 2 + H2O + 2e - (nabití)

který se obnoví na záporné elektrodě:

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

Poslední dvě reakce poskytují uzavřený kyslíkový cyklus. Když je kyslík redukován, je zajištěno další zvýšení kapacity metalhydridové elektrody v důsledku tvorby OH - skupiny.

Návrh elektrod Ni-MH akumulátorů

Kovová vodíková elektroda

Hlavním materiálem, který definuje vlastnosti Ni-MH baterie, je slitina absorbující vodík, která dokáže absorbovat 1000násobek vlastního objemu vodíku. Nejrozšířenější jsou slitiny typu LaNi5, ve kterých je část niklu nahrazena manganem, kobaltem a hliníkem pro zvýšení stability a aktivity slitiny. Pro snížení nákladů používají některé výrobní podniky místo lanthanu misch metal (Mm, což je směs prvků vzácných zemin, jejich poměr ve směsi se blíží poměru v přírodních rudách), kam kromě lanthanu patří i cer, praseodym a neodym. Během cyklování náboj-vybíjení dochází k expanzi a kontrakci krystalové mřížky slitin absorbujících vodík o 15-25% v důsledku absorpce a desorpce vodíku. Takové změny vedou ke vzniku trhlin ve slitině v důsledku zvýšení vnitřního napětí. Vznik trhlin způsobuje zvětšení povrchu, který podléhá korozi při interakci s alkalickým elektrolytem. Z těchto důvodů se vybíjecí kapacita záporné elektrody postupně snižuje. V baterii s omezeným množstvím elektrolytu to vytváří problémy spojené s redistribucí elektrolytu. Koroze slitiny vede k chemické pasivitě povrchu v důsledku tvorby korozivzdorných oxidů a hydroxidů, které zvyšují přepětí hlavní proudotvorné reakce metalhydridové elektrody. Ke vzniku korozních produktů dochází při spotřebě kyslíku a vodíku z roztoku elektrolytu, což následně způsobuje snížení množství elektrolytu v baterii a zvýšení jejího vnitřního odporu. Ke zpomalení nežádoucích procesů disperze a koroze slitin, které určují životnost Ni-MH baterií, se používají dvě hlavní metody (vedle optimalizace složení a výrobního režimu slitiny). První metodou je mikroenkapsulace částic slitiny, tzn. při pokrytí jejich povrchu tenkou porézní vrstvou (5-10%) - hmotnostně niklu nebo mědi. Druhý způsob, který je v současnosti nejrozšířenější, zahrnuje úpravu povrchu slitinových částic v alkalických roztocích za účelem vytvoření ochranných filmů propustných pro vodík.

Elektroda z oxidu niklu

Nikloxidové elektrody v sériové výrobě jsou vyráběny v těchto konstrukčních úpravách: lamelové, bezlamelové slinuté (cermetové) a lisované, včetně tabletových elektrod. V posledních letech se začaly používat plstěné a pěnově-polymerové elektrody bez lamel.

Lamelární elektrody

Lamelové elektrody jsou soustavou propojených děrovaných krabic (lamel) vyrobených z tenkého (0,1 mm tlustého) poniklovaného ocelového pásu.

Slinuté (cermetové) elektrody

elektrody tohoto typu se skládají z porézního (s porozitou alespoň 70 %) kovokeramického základu, v jehož pórech se nachází aktivní hmota. Základem je karbonylniklový jemný prášek, který se ve směsi s uhličitanem amonným nebo močovinou (60-65 % niklu, zbytek tvoří plnivo) lisuje, válcuje nebo stříká na ocelovou nebo niklovou síť. Poté se síto s práškem podrobí tepelnému zpracování v redukční atmosféře (obvykle ve vodíkové atmosféře) při teplotě 800-960 °C, přičemž se uhličitan amonný nebo močovina rozkládá a těká a nikl se slinuje. Takto získané základy mají tloušťku 1-2,3 mm, poréznost 80-85 % a poloměr pórů 5-20 mikronů. Báze je střídavě impregnována koncentrovaným roztokem dusičnanu niklu nebo síranu nikelnatého a alkalickým roztokem zahřátým na 60-90 °C, což podporuje srážení oxidů a hydroxidů niklu. V současné době se používá i metoda elektrochemické impregnace, kdy se elektroda podrobí katodickému ošetření v roztoku dusičnanu nikelnatého. Vlivem tvorby vodíku se roztok v pórech desky alkalizuje, což vede k vysrážení oxidů a hydroxidů niklu v pórech desky. Fóliové elektrody patří mezi typy slinutých elektrod. Elektrody se vyrábějí nanášením alkoholové emulze niklkarbonylového prášku obsahujícího pojiva na tenkou (0,05 mm) perforovanou niklovou pásku na obou stranách, nástřikem, slinováním a další chemickou nebo elektrochemickou impregnací činidly. Tloušťka elektrody je 0,4-0,6 mm.

Lisované elektrody

Lisované elektrody se vyrábí nalisováním aktivní hmoty pod tlakem 35-60 MPa na síťovinu nebo perforovanou ocelovou pásku. Aktivní hmota se skládá z hydroxidu niklu, hydroxidu kobaltu, grafitu a pojiva.

Kovové plstěné elektrody

Elektrody z kovové plsti mají vysoce porézní základ z niklových nebo uhlíkových vláken. Pórovitost těchto bází je 95 % nebo více. Plstěná elektroda je vyrobena na bázi poniklovaného polymeru nebo uhlíkovo-grafitové plsti. Tloušťka elektrody se v závislosti na jejím účelu pohybuje v rozmezí 0,8-10 mm. Aktivní hmota se do plsti zavádí různými způsoby v závislosti na její hustotě. Lze použít místo plsti niklová pěna, získaný niklováním polyuretanové pěny s následným žíháním v redukčním prostředí. Pasta obsahující hydroxid nikelnatý a pojivo se obvykle přidává do vysoce porézního média roztíráním. Poté se základna s pastou vysuší a sroluje. Plstěné a pěnové polymerové elektrody se vyznačují vysokou měrnou kapacitou a dlouhou životností.

Konstrukce Ni-MH baterie

Válcové baterie Ni-MH

Kladné a záporné elektrody, oddělené separátorem, jsou srolovány do role, která je vložena do pouzdra a uzavřena těsnícím víčkem s těsněním (obrázek 1). Kryt má pojistný ventil, který se spouští při tlaku 2-4 MPa v případě poruchy při provozu na baterie.

Obr.1. Konstrukce nikl-metal hydridové (Ni-MH) baterie: 1-tělo, 2-víčko, 3-ventilové víčko, 4-ventil, 5-pozitivní kolektor elektrod, 6-izolační kroužek, 7-záporná elektroda, 8-separátor, 9 - kladná elektroda, 10-izol.

Prizmatické Ni-MH baterie

V prizmatických Ni-MH bateriích jsou kladné a záporné elektrody umístěny střídavě a mezi nimi je umístěn separátor. Blok elektrod se vloží do kovového nebo plastového pouzdra a uzavře se těsnícím uzávěrem. Na víku je obvykle instalován ventil nebo snímač tlaku (obrázek 2).

Obr.2. Konstrukce Ni-MH baterie: 1-tělo, 2-kryt, 3-ventilový uzávěr, 4-ventil, 5-izolační těsnění, 6-izolátor, 7-záporná elektroda, 8-separátor, 9-kladná elektroda.

Ni-MH baterie používají alkalický elektrolyt skládající se z KOH s přídavkem LiOH. Jako separátor v Ni-MH bateriích se používá netkaný polypropylen a polyamid o tloušťce 0,12-0,25 mm, ošetřený smáčedlem.

Kladná elektroda

Baterie Ni-MH používají kladné elektrody z oxidu niklu podobné těm, které se používají v bateriích Ni-Cd. Ni-MH baterie využívají především kovokeramické, v posledních letech plstěné a polymerové pěnové elektrody (viz výše).

Negativní elektroda

Pět provedení záporné metalhydridové elektrody (viz výše) našlo praktické uplatnění v Ni-MH bateriích: - lamelární, kdy je prášek slitiny absorbující vodík s nebo bez pojiva zalisován do niklové síťky; — niklová pěna, kdy se pasta se slitinou a pojivem zavede do pórů na bázi niklové pěny a poté se suší a lisuje (válcuje); — fólie, kdy se pasta se slitinou a pojivem nanese na perforovanou niklovou nebo poniklovanou ocelovou fólii a poté se suší a lisuje; - válcované, kdy je prášek aktivní hmoty, sestávající ze slitiny a pojiva, nanášen válcováním (válcováním) na tahovou niklovou mřížku nebo měděnou síť; - slinutý, kdy je slitinový prášek nalisován na niklovou síťku a poté spékán ve vodíkové atmosféře. Specifické kapacity metalhydridových elektrod různých provedení jsou si blízké hodnoty a jsou určeny především kapacitou použité slitiny.

Charakteristika Ni-MH baterií. Elektrické charakteristiky

Napětí naprázdno

Hodnota napětí naprázdno Uр.к. Ni-MH systémy je obtížné přesně určit vzhledem k závislosti rovnovážného potenciálu elektrody oxidu niklu na stupni oxidace niklu, jakož i závislosti rovnovážného potenciálu elektrody hydridu kovu na stupni jeho nasycení. s vodíkem. 24 hodin po nabití baterie je napětí naprázdno nabité Ni-MH baterie v rozsahu 1,30-1,35V.

Jmenovité vybíjecí napětí

Uр při normalizovaném vybíjecím proudu Iр = 0,1-0,2C (C je jmenovitá kapacita baterie) při 25°C je 1,2-1,25V, obvyklé konečné napětí je 1V. Napětí klesá s rostoucí zátěží (viz obrázek 3)

Obr.3. Vybíjecí charakteristiky Ni-MH baterie při teplotě 20°C a různých normalizovaných zatěžovacích proudech: 1-0,2C; 2-1C; 3-2C; 4-3C

Kapacita baterie

S rostoucí zátěží (klesající dobou vybíjení) a klesající teplotou klesá kapacita Ni-MH baterie (obrázek 4). Vliv snížení teploty na kapacitu je zvláště patrný při vysokých rychlostech vybíjení a při teplotách pod 0°C.

Obr.4. Závislost vybíjecí kapacity Ni-MH baterie na teplotě při různých vybíjecích proudech: 1-0,2C; 2-1C; 3-3C

Bezpečnost a životnost Ni-MH baterií

Během skladování se baterie Ni-MH samovolně vybíjí. Po měsíci při pokojové teplotě je ztráta kapacity 20-30% a dalším skladováním se ztráty snižují na 3-7% za měsíc. Rychlost samovybíjení se zvyšuje s rostoucí teplotou (viz obrázek 5).

Obr.5. Závislost vybíjecí kapacity Ni-MH baterie na době skladování při různých teplotách: 1-0°C; 2-20 °C; 3-40°С

Nabíjení Ni-MH baterie

Provozní doba (počet cyklů vybití-nabití) a životnost Ni-MH baterie jsou do značné míry určeny provozními podmínkami. Provozní doba se snižuje s rostoucí hloubkou výboje a rychlostí. Doba provozu závisí na rychlosti nabíjení a způsobu sledování jeho dokončení. V závislosti na typu Ni-MH baterií, provozním režimu a provozních podmínkách poskytují baterie 500 až 1800 cyklů vybití-nabití při hloubce vybití 80 % a mají životnost (průměrně) 3 až 5 let.

Abyste zajistili spolehlivý provoz Ni-MH baterie během garantované doby, musíte dodržovat doporučení a pokyny výrobce. Největší pozornost by měla být věnována teplotnímu režimu. Je vhodné se vyvarovat přebití (pod 1V) a zkratů. Doporučuje se používat Ni-MH baterie pro jejich zamýšlený účel, nekombinovat použité a nepoužité baterie a nepájet dráty ani jiné části přímo na baterii. Ni-MH baterie jsou citlivější na přebíjení než Ni-Cd baterie. Přebíjení může vést k tepelnému úniku. Nabíjení se obvykle provádí proudem Iз=0,1С po dobu 15 hodin. Kompenzační dobíjení se provádí proudem Iз=0,01-0,03С po dobu 30 hodin nebo déle. U Ni-MH baterií s vysoce aktivními elektrodami je možné zrychlené (4 - 5 hodin) a rychlé (1 hodina) nabíjení. U takových nábojů je proces řízen změnami teploty ΔT a napětí ΔU a dalšími parametry. Rychlé nabíjení se používá například pro baterie Ni-MH, které napájejí notebooky, mobilní telefony a elektrické nářadí, i když notebooky a mobilní telefony nyní většinou používají lithium-iontové a lithium-polymerové baterie. Doporučuje se také třístupňový způsob nabíjení: první stupeň rychlého nabíjení (1C a vyšší), nabíjení rychlostí 0,1C po dobu 0,5-1 hodiny pro konečné dobití a nabíjení rychlostí 0,05-0,02 C jako kompenzační dobití. Informace o nabíjení Ni-MH baterií jsou obvykle obsaženy v návodu výrobce a doporučený nabíjecí proud je uveden na pouzdru baterie. Nabíjecí napětí Uz při Iz = 0,3-1C leží v rozmezí 1,4-1,5V. V důsledku uvolňování kyslíku na kladné elektrodě je množství elektřiny přenesené během nabíjení (Q3) větší než vybíjecí kapacita (Cp). Zároveň je návratnost kapacity (100 Sr/Qz) 75-80 %, respektive 85-90 %, pro diskové a válcové Ni-MH baterie.

Ovládání nabíjení a vybíjení

Aby se zabránilo přebíjení baterií Ni-MH, lze s vhodnými senzory nainstalovanými v bateriích nebo nabíječkách použít následující metody řízení nabíjení:

způsob ukončení nabíjení založený na absolutní teplotě Tmax. Teplota baterie je během procesu nabíjení neustále monitorována a při dosažení maximální hodnoty se rychlé nabíjení přeruší;
způsob ukončení nabíjení založený na rychlosti změny teploty ΔT/Δt. U této metody je během nabíjecího procesu neustále sledován sklon teplotní křivky baterie, a když tento parametr stoupne nad určitou nastavenou hodnotu, nabíjení se přeruší;
způsob zastavení nabíjení pomocí záporného napětí delta -ΔU. Na konci nabíjení baterie, během kyslíkového cyklu, se její teplota začne zvyšovat, což vede k poklesu napětí;
způsob ukončení nabíjení založený na maximální době nabíjení t;
způsob ukončení nabíjení založený na maximálním tlaku Pmax. Obvykle se používá v prizmatických bateriích velké velikosti a kapacity. Úroveň přípustného tlaku v prizmatickém akumulátoru závisí na jeho konstrukci a pohybuje se v rozmezí 0,05-0,8 MPa;
způsob ukončení nabíjení založený na maximálním napětí Umax. Slouží k přerušení nabíjení akumulátorů s vysokým vnitřním odporem, který se objevuje na konci jejich životnosti v důsledku nedostatku elektrolytu nebo při nízkých teplotách.

Při použití metody Tmax může dojít k přebití baterie, pokud okolní teplota klesne, nebo naopak k podbití baterie, pokud se teplota okolí výrazně zvýší. Metodu ΔT/Δt lze velmi efektivně použít k zastavení nabíjení při nízkých okolních teplotách. Pokud se však při vyšších teplotách použije pouze tato metoda, baterie uvnitř bateriových sad budou vystaveny nežádoucím vysokým teplotám, než bude možné dosáhnout hodnoty ΔT/Δt pro vypnutí. Pro danou hodnotu ΔT/Δt lze získat větší vstupní kapacitu při nižší okolní teplotě než při vyšší teplotě. Na začátku nabíjení baterie (stejně jako na konci nabíjení) teplota rychle stoupá, což může vést k předčasnému vypnutí nabíjení při použití metody ΔT/Δt. Aby to vývojáři nabíječek eliminovali, používají časovače pro počáteční zpoždění odezvy senzoru pomocí metody ΔT/Δt. Metoda -ΔU je účinná při zastavení nabíjení při nízkých okolních teplotách spíše než při zvýšených teplotách. V tomto smyslu je metoda podobná metodě ΔT/Δt. Pro zajištění ukončení nabíjení v případech, kdy nepředvídané okolnosti brání normálnímu přerušení nabíjení, se také doporučuje použít ovládání časovače, které reguluje dobu nabíjení (metoda t). Pro rychlé nabití baterií s normalizovanými proudy 0,5-1C při teplotách 0-50 °C je tedy vhodné současně používat metody Tmax (s vypínací teplotou 50-60 °C v závislosti na konstrukci baterií a baterie), -ΔU (5-15 mV na baterii), t (obvykle pro získání 120 % jmenovité kapacity) a Umax (1,6-1,8 V na baterii). Místo metody -ΔU lze použít metodu ΔT/Δt (1-2 °C/min) s počátečním časovačem zpoždění (5-10 min). Kontrola nabíjení viz také odpovídající článek Po rychlém nabití baterie umožňují nabíječky přepnout na dobíjení normalizovaným proudem 0,1 C - 0,2 C po určitou dobu. U Ni-MH baterií se nabíjení konstantním napětím nedoporučuje, protože může dojít k „tepelnému selhání“ baterií. To je způsobeno tím, že na konci nabíjení dochází ke zvýšení proudu, který je úměrný rozdílu mezi napájecím napětím a napětím baterie, a napětí baterie na konci nabíjení klesá v důsledku zvýšení teploty. Při nízkých teplotách je třeba snížit rychlost nabíjení. V opačném případě nebude mít kyslík čas na rekombinaci, což povede ke zvýšení tlaku v baterii. Pro provoz v takových podmínkách se doporučují Ni-MH baterie s vysoce porézními elektrodami.

Výhody a nevýhody Ni-MH baterií

Výrazné zvýšení měrných energetických parametrů není jedinou výhodou Ni-MH baterií oproti Ni-Cd bateriím. Upuštění od kadmia znamená také přechod k výrobě šetrnější k životnímu prostředí. Snáze se řeší i problém recyklace opotřebovaných baterií. Tyto výhody Ni-MH baterií předurčily rychlejší růst jejich objemu výroby u všech předních světových výrobců baterií ve srovnání s Ni-Cd bateriemi.

Ni-MH baterie nemají „paměťový efekt“ charakteristický pro Ni-Cd baterie kvůli tvorbě niklu v záporné kadmiové elektrodě. Účinky spojené s dobíjením elektrody z oxidu niklu však zůstávají. Pokles vybíjecího napětí pozorovaný při častém a dlouhém nabíjení, stejně jako u Ni-Cd baterií, lze eliminovat periodickým prováděním několika vybíjení až do 1V - 0,9V. Takové vypouštění stačí provádět jednou měsíčně. Nikl-metal hydridové baterie jsou však v některých výkonnostních charakteristikách horší než nikl-kadmiové baterie, které mají nahradit:

Ni-MH baterie efektivně fungují v užším rozsahu provozních proudů, což je spojeno s omezenou desorpcí vodíku z elektrody metalhydridu při velmi vysokých rychlostech vybíjení;
Ni-MH baterie mají užší teplotní rozsah provozu: většina z nich je nefunkční při teplotách pod -10 °C a nad +40 °C, i když u některých sérií baterií úpravy receptur rozšířily teplotní limity;
Při nabíjení Ni-MH akumulátorů vzniká více tepla než při nabíjení Ni-Cd akumulátorů, proto, aby se zabránilo přehřátí akumulátorů z Ni-MH akumulátorů při rychlém nabíjení a/nebo výrazném přebíjení, jsou použity tepelné pojistky nebo tepelná relé. instalované v nich, které jsou umístěny na stěně jedné z baterií ve střední části baterie (to platí pro průmyslové sestavy baterií);
Ni-MH baterie mají zvýšené samovybíjení, které je dáno nevyhnutelnou reakcí vodíku rozpuštěného v elektrolytu s kladnou elektrodou oxidu niklu (ale díky použití speciálních slitin záporné elektrody bylo možné snížit rychlost samovybíjení na hodnoty blízké hodnotám pro Ni-Cd baterie);
nebezpečí přehřátí při nabíjení jedné z Ni-MH baterií a také reverzace baterie s nižší kapacitou při vybití baterie se zvyšuje s nesouladem parametrů baterie v důsledku delšího cyklování, proto vznik baterií z více než 10 baterií nedoporučují všichni výrobci;
ztráta kapacity záporné elektrody, ke které dochází u Ni-MH baterie při vybíjení pod 0 V, je nevratná, což klade přísnější požadavky na výběr baterií v baterii a řízení procesu vybíjení než v případě použití Ni-Cd baterie se zpravidla doporučuje vybíjet na 1 V/stř. u nízkonapěťových baterií a do 1,1 V/stř. u baterie 7-10 baterií.

Jak již bylo uvedeno dříve, degradace Ni-MH baterií je určena především snížením sorpční kapacity záporné elektrody během cyklování. Během cyklu nabíjení-vybíjení se mění objem krystalové mřížky slitiny, což vede ke vzniku trhlin a následné korozi při reakci s elektrolytem. Ke vzniku korozních produktů dochází absorpcí kyslíku a vodíku, v důsledku čehož klesá celkové množství elektrolytu a zvyšuje se vnitřní odpor baterie. Je třeba poznamenat, že vlastnosti Ni-MH baterií výrazně závisí na slitině záporné elektrody a technologii zpracování slitiny pro zvýšení stability jejího složení a struktury. To nutí výrobce baterií pečlivě vybírat dodavatele slitin a spotřebitele baterií pečlivě vybírat výrobní společnost.

Na základě materiálů ze stránek powerinfo.ru, „Chip and Dip“

Nikl.

Encyklopedický YouTube

1 / 5

Chemie z falešné Ni-MH baterie

Chemie nikl-kadmiových baterií

Nikl-zinkové baterie

Kde získat zdarma LI-Ion a Ni-Mh baterie.

Bateriové zařízení. Chemie je jednoduchá. Li-ion baterie

titulky

Historie vynálezu

Výzkum technologie baterií NiMH začal v 70. letech minulého století jako pokus o překonání nedostatků. Avšak sloučeniny hydridů kovů používané v té době byly nestabilní a nebylo dosaženo požadovaných vlastností. V důsledku toho se vývoj NiMH baterií zastavil. V roce 1980 byly vyvinuty nové kovové hydridové sloučeniny dostatečně stabilní pro použití v bateriích. Od konce 80. let minulého století procházely NiMH baterie neustálým zlepšováním, zejména pokud jde o hustotu energie. Jejich vývojáři poznamenali, že technologie NiMH mají potenciál dosáhnout ještě vyšší hustoty energie.

Možnosti

Teoretický obsah energie (Wh/kg): 300 Wh/kg.
Měrná energetická náročnost: cca - 60-72 Wh/kg.
Měrná hustota energie (Wh/dm³): asi -150 Wh/dm³.
EMF: 1,25.
Provozní teplota: -60…+55 °C .(-40… +55)
Životnost: cca 300-500 nabíjecích/vybíjecích cyklů.
samovybíjení: až 100 % za rok (u starších typů baterií)

Popis

Nikl-metal hydridové baterie typu "Krona" mají zpravidla počáteční napětí 8,4 V, napětí postupně klesá na 7,2 V a poté, když je energie baterie vyčerpána, napětí rychle klesá. Tento typ baterií je určen k náhradě nikl-kadmiových baterií. Nikl-metal hydridové baterie mají přibližně o 20 % větší kapacitu při stejných rozměrech, ale kratší životnost – od 200 do 300 nabíjecích/vybíjecích cyklů. Samovybíjení je přibližně 1,5-2krát vyšší než u nikl-kadmiových baterií.

Baterie NiMH jsou prakticky bez „paměťového efektu“. To znamená, že můžete nabíjet baterii, která není zcela vybitá, pokud nebyla v tomto stavu skladována déle než několik dní. Pokud byla baterie částečně vybitá a poté nebyla delší dobu používána (více než 30 dní), je nutné ji před nabíjením vybít.

Šetrné k životnímu prostředí.

Nejvýhodnější provozní režim: nabíjení nízkým proudem, jmenovitá kapacita 0,1, doba nabíjení - 15-16 hodin (typické doporučení výrobce).

Skladování

Baterie by měly být skladovány plně nabité v chladničce, ale ne pod 0 °C. Během skladování je vhodné pravidelně kontrolovat napětí (1x za 1-2 měsíce). Neměla by klesnout pod 1. Pokud napětí klesne, musíte baterie znovu nabít.

Baterie NiMH s nízkým samovybíjením (LSD NiMH)

Nikl-metal hydridová baterie s nízkým samovybíjením (LSD NiMH) byla poprvé představena v listopadu 2005 společností Sanyo pod značkou Eneloop. Později mnoho světových výrobců představilo své LSD NiMH baterie.

Tento typ baterie má snížené samovybíjení, což znamená, že má delší životnost ve srovnání s běžnými NiMH. Baterie se prodávají jako „připravené k použití“ nebo „předem nabité“ a jsou prodávány jako náhrada za alkalické baterie.

Ve srovnání s běžnými NiMH bateriemi jsou NiMH LSD nejužitečnější, když mezi nabitím a použitím baterie uplynou více než tři týdny. Běžné NiMH baterie ztratí během prvních 24 hodin po nabití až 10 % své nabíjecí kapacity, poté se samovybíjecí proud ustálí až na 0,5 % kapacity za den. U NiMH LSD je to obvykle v rozsahu 0,04 % až 0,1 % kapacity za den. Výrobci tvrdí, že zlepšením elektrolytu a elektrody byli schopni dosáhnout následujících výhod LSD NiMH ve srovnání s klasickou technologií:

Schopnost pracovat s vysokými vybíjecími proudy, které mohou řádově překročit kapacitu baterie. Díky této vlastnosti fungují NiMH LSD velmi dobře s vysoce výkonnými svítilnami, svítilnami, rádiem řízenými modely a jakýmikoli jinými mobilními zařízeními, která vyžadují vysoký proudový výstup.
Vysoký koeficient odolnosti proti mrazu. Při −20 °C nedosahuje ztráta jmenovitého výkonu více než 12 %, zatímco nejlepší příklady konvenčních baterií NiMH ztrácejí přibližně 20–30 %.
Lepší zachování provozního napětí. Mnoho zařízení nemá ovladače napájení a vypíná se při poklesu napětí, typického pro Ni-MH - až 1,1 V, a při 1,205 V se objeví varování o nízkém výkonu.
Delší životnost: 2-3x více cyklů nabití-vybití (až 1500 cyklů) a kapacita je lépe zachována po celou dobu životnosti prvku.

Částečný seznam baterií s dlouhou životností (nízké samovybíjení):

AlwaysReady od Camelion
AccuEvolution od AccuPower
MaxE a MaxE Plus od Ansmann
Ecomax od CDR King
ActiveCharge/StayCharged/Pre-Charged/Accu od Duracell
nx-ready od ENIX energií
Prolife od Fujicell
ReCyko od Gold Peak
Ready4Power od Hama
Předem nabito společností Kodak
R2G od Lenmaru
Imedion od Maha
EnergyOn od NexCell
Infinium od Panasonicu
Hybridní, platinové a OPP předem nabité od Rayovac
Pleomax E-Lock od společnosti Samsung
Cycle Energy od Sony
Centura od Tenergy
LSD připravené k použití od Turnigy
Hybrio od Uniross
Okamžitě od Vapex
Ready2Use od Varta
eniTime od Yuasy
Přesnost od Energizer

Další výhody baterií NiMH s nízkým samovybíjením (LSD NiMH) NiMH baterie s nízkým samovybíjením mají obvykle výrazně nižší vnitřní odpor než běžné NiMH baterie. To má velmi pozitivní efekt u zařízení s vysokou spotřebou proudu:

Stabilnější napětí
Snížená tvorba tepla, zejména v režimech rychlého nabíjení/vybíjení
Vyšší účinnost
Schopný vysokého pulzního proudového výstupu (příklad: blesk fotoaparátu se nabíjí rychleji)
Možnost dlouhodobého provozu v zařízeních s nízkou spotřebou energie (příklad: dálkové ovladače, hodinky.)

Způsoby nabíjení

Nabíjení se provádí elektrickým proudem při napětí na článku do 1,4 - 1,6 V. Napětí na plně nabitém článku bez zátěže je 1,4 V. Napětí při zátěži se pohybuje od 1,4 do 0,9 V. Napětí bez zátěže je zcela vybitá baterie je 1,0 - 1,1 V (další vybití může poškodit prvek). K nabíjení baterie se používá stejnosměrný nebo pulzní proud s krátkodobými zápornými pulzy (pro zamezení „paměťového“ efektu metoda nabíjení baterií střídavým asymetrickým proudem).

Sledování konce nabíjení změnou napětí

Jednou z metod pro určení konce náboje je metoda -ΔV. Obrázek ukazuje graf napětí na článku při nabíjení. Nabíječka nabíjí baterii konstantním proudem. Po úplném nabití baterie začne napětí klesat. Efekt je pozorován pouze při dostatečně vysokých nabíjecích proudech (0,5C..1C). Nabíječka by měla tento pokles detekovat a nabíjení vypnout.

Existuje také takzvaná „inflexe“ - metoda pro určení konce rychlonabíjení. Podstatou metody je, že se neanalyzuje maximální napětí na baterii, ale změna derivace napětí v čase. To znamená, že rychlé nabíjení se zastaví v okamžiku, kdy je rychlost nárůstu napětí minimální. To umožňuje dokončit fázi rychlého nabíjení dříve, kdy teplota baterie ještě výrazně nestoupla. Metoda však vyžaduje měření napětí s větší přesností a některé matematické výpočty (výpočet derivace a digitální filtrace výsledné hodnoty).

Sledování konce nabíjení na základě teplotních změn

Při nabíjení článku stejnosměrným proudem se většina elektrické energie přemění na chemickou energii. Když je baterie plně nabitá, dodaná elektrická energie se přemění na teplo. Při dostatečně velkém nabíjecím proudu můžete určit konec nabíjení prudkým zvýšením teploty prvku instalací snímače teploty baterie. Maximální přípustná teplota baterie je +60 °C.

Výpočet doby nabíjení

Pro výpočet doby nabíjení baterie se používá následující vzorec: t = 1,3* (kapacita baterie / nabíjecí proud)

Aplikace

Výměna standardního galvanického článku, elektrických vozidel, defibrilátorů, raketové a kosmické techniky, autonomních napájecích systémů, rádiových zařízení, osvětlovací techniky.

Výběr kapacity baterie

Při používání NiMH baterií byste neměli vždy usilovat o vysokou kapacitu. Čím je baterie kapacitnější, tím vyšší je její samovybíjecí proud (za jinak stejných podmínek). Uvažujme například baterie s kapacitou 2500 mAh a 1900 mAh. Baterie, které jsou plně nabité a nepoužívané například měsíc, ztratí část své elektrické kapacity samovybíjením. Prostornější baterie se vybije mnohem rychleji než méně prostorná. Například po měsíci tak budou baterie přibližně stejně nabité a po ještě delší době bude původně kapacitnější baterie obsahovat méně náboje.

Ni-MH baterie (nikl-metal hydrid) jsou zařazeny do alkalické skupiny. Jsou to zdroje proudu chemického typu, kde oxid niklu působí jako katoda a elektroda hydridu vodíku jako anoda. Alkálie je elektrolyt. Jsou podobné nikl-vodíkovým bateriím, ale mají lepší energetickou kapacitu.

Výroba Ni-MH baterií začala v polovině dvacátého století. Byly vyvinuty s ohledem na nedostatky zastaralých nikl-kadmiových baterií. NiNH může používat různé kombinace kovů. Pro jejich výrobu byly vyvinuty speciální slitiny a kovy, které fungují při pokojové teplotě a nízkém tlaku vodíku.

Průmyslová výroba začala v osmdesátých letech. Slitiny a kovy pro Ni-MH se vyrábí a zdokonalují dodnes. Moderní zařízení tohoto typu mohou poskytnout až 2 tisíce cyklů nabití a vybití. Podobný výsledek je dosažitelný díky použití slitin niklu s kovy vzácných zemin.

Jak se tato zařízení používají?

Nikl-metal hydridová zařízení se široce používají k napájení různých typů elektroniky, která pracuje v autonomním režimu. Obvykle se vyrábějí ve formě baterií typu AAA nebo AA. K dispozici jsou i další verze. Například průmyslové baterie. Rozsah použití Ni-MH baterií je o něco širší než u nikl-kadmiových baterií, protože neobsahují toxické materiály.

V současné době jsou nikl-metal hydridové baterie prodávané na domácím trhu rozděleny do 2 skupin podle kapacity - 1500-3000 mAh a 300-1000 mAh:

První používá se v zařízeních, která mají v krátké době zvýšenou spotřebu energie. Jedná se o všechny druhy přehrávačů, rádiem řízené modely, fotoaparáty, videokamery. Obecně zařízení, která rychle spotřebovávají energii.
Druhý používá se, když spotřeba energie začíná po určitém časovém intervalu. Jedná se o hračky, baterky, vysílačky. Zařízení napájená bateriemi fungují, spotřebovávají střední množství elektřiny a zůstávají po dlouhou dobu offline.

Nabíjení Ni-MH zařízení

Nabíjení může být kapající a rychlé. Výrobci nedoporučují první, protože je obtížné přesně určit, kdy se zastavil přívod proudu do zařízení. Z tohoto důvodu může dojít k silnému přebití, které povede k degradaci baterie. pomocí rychlé volby. Účinnost je zde o něco vyšší než u kapkového typu nabíjení. Proud je nastaven na 0,5-1 C.

Jak nabíjet hydridovou baterii:

je určena přítomnost baterie;
kvalifikace zařízení;
přednabíjení;
rychlé nabíjení;
dobíjení;
udržovací nabíjení.

Při rychlém nabíjení musíte mít dobrou nabíječku. Musí řídit konec procesu podle různých na sobě nezávislých kritérií. Například Ni-Cd zařízení mají dostatečné řízení delta napětí. A s NiMH musí baterie minimálně monitorovat teplotu a delta.

Pro správnou funkci Ni-MH byste si měli pamatovat „Pravidlo tří P“: „ Nepřehřívejte, „Nepřebíjejte“, „Nepřebíjejte“.

Aby se zabránilo přebíjení baterie, používají se následující způsoby ovládání:

Ukončení nabíjení na základě rychlosti změny teploty . Pomocí této techniky je během nabíjení neustále monitorována teplota baterie. Když hodnoty rostou rychleji, než je nutné, nabíjení se zastaví.
Způsob zastavení nabíjení na základě jeho maximální doby .
Ukončení nabíjení na základě absolutní teploty . Zde je během nabíjení sledována teplota baterie. Po dosažení maximální hodnoty se rychlé nabíjení zastaví.
Metoda ukončení záporného delta napětí . Než se baterie dokončí nabíjení, kyslíkový cyklus zvýší teplotu NiMH zařízení, což způsobí pokles napětí.
Maximální napětí . Metoda se používá k vypnutí nabíjení zařízení se zvýšeným vnitřním odporem. Ten se objeví na konci životnosti baterie kvůli nedostatku elektrolytu.
Maximální tlak . Metoda se používá pro vysokokapacitní prizmatické baterie. Úroveň povoleného tlaku v takovém zařízení závisí na jeho velikosti a provedení a pohybuje se v rozmezí 0,05-0,8 MPa.

Pro objasnění doby nabíjení Ni-MH baterie, s přihlédnutím ke všem charakteristikám, můžete použít vzorec: doba nabíjení (h) = kapacita (mAh) / proud nabíječky (mA). Například je zde baterie s kapacitou 2000 miliampérhodin. Nabíjecí proud v nabíječce je 500 mA. Kapacita se vydělí proudem a výsledek je 4. To znamená, že se baterie nabije za 4 hodiny.

Závazná pravidla, která je třeba dodržovat pro správnou funkci nikl-metalhydridového zařízení:

Tyto baterie jsou mnohem citlivější na teplo než nikl-kadmiové baterie, nelze je přetěžovat . Přetížení negativně ovlivní proudový výstup (schopnost udržet a uvolnit nahromaděný náboj).
Metal hydridové baterie lze po zakoupení „vyškolit“. . Proveďte 3-5 cyklů nabití/vybití, což vám umožní dosáhnout hranice kapacity ztracené během přepravy a skladování zařízení po opuštění dopravníku.
Baterie by měly být skladovány s malým množstvím nabití. , přibližně 20-40% jmenovité kapacity.
Po vybití nebo nabití nechte zařízení vychladnout. .
Pokud elektronické zařízení používá stejnou sestavu baterie v režimu nabíjení , pak čas od času musíte každou z nich vybít na napětí 0,98 a poté je plně nabít. Tento postup cyklování se doporučuje provádět každých 7-8 cyklů dobíjení baterie.
Pokud potřebujete vybít NiMH, měli byste se držet minimální hodnoty 0,98 . Pokud napětí klesne pod 0,98, může se přestat nabíjet.

Repase Ni-MH baterií

Kvůli „paměťovému efektu“ tato zařízení někdy ztrácejí některé vlastnosti a většinu své kapacity. K tomu dochází při opakovaných cyklech neúplného vybití a následného nabíjení. V důsledku této operace si zařízení „pamatuje“ spodní hranici vybíjení, z tohoto důvodu klesá jeho kapacita.

Abyste se zbavili tohoto problému, musíte neustále provádět trénink a zotavení. Žárovka nebo nabíječka se vybije na 0,801 voltu, poté je baterie plně nabitá. Pokud baterie dlouhou dobu neprošla procesem obnovy, pak je vhodné provést 2-3 podobné cykly. Trénovat je vhodné jednou za 20-30 dní.

Výrobci Ni-MH baterií tvrdí, že „paměťový efekt“ zabírá přibližně 5 % kapacity. Můžete jej obnovit pomocí tréninku. Důležitým bodem při obnově Ni-MH je, že nabíječka má vybíjecí funkci s minimálním napětím. Co je potřeba k tomu, aby nedošlo k vážnému vybití zařízení během restaurování. To je nezbytné, když počáteční stav nabití není znám a není možné odhadnout přibližnou dobu vybíjení.

Pokud není stav nabití baterie znám, měla by být vybita pod plnou kontrolou napětí, jinak takové obnovení povede k hlubokému vybití. Při renovaci celé baterie se doporučuje nejprve ji plně nabít, aby se vyrovnala úroveň nabití.

Pokud byla baterie používána několik let, může být obnova nabíjením a vybíjením zbytečná. Je to užitečné pro prevenci během provozu zařízení. Při použití NiMH dochází spolu s výskytem „paměťového efektu“ ke změnám objemu a složení elektrolytu. Je třeba připomenout, že je moudřejší obnovovat články baterie jednotlivě, než obnovovat celou baterii. Životnost baterie je od jednoho do pěti let (v závislosti na konkrétním modelu).

Výhody a nevýhody

Výrazné zvýšení energetických parametrů nikl-metal hydridových baterií není jejich jedinou výhodou oproti kadmiovým bateriím. Poté, co výrobci opustili používání kadmia, začali používat kov šetrnější k životnímu prostředí. Je mnohem jednodušší vyřešit problémy s .

Díky těmto výhodám a skutečnosti, že kovem používaným při výrobě je nikl, výroba Ni-MH zařízení prudce vzrostla ve srovnání s nikl-kadmiovými bateriemi. Jsou také vhodné, protože pro snížení vybíjecího napětí při dlouhodobém nabíjení je nutné jednou za 20-30 dní provést úplné vybití (až 1 volt).

Něco málo o nevýhodách:

Výrobci omezili Ni-MH baterie na deset článků , protože s rostoucími cykly nabíjení-vybíjení a životností hrozí nebezpečí přehřátí a přepólování.
Tyto baterie pracují v užším teplotním rozsahu než nikl-kadmiové baterie. . Již při -10 a +40°C ztrácejí svůj výkon.
Baterie Ni-MH při nabíjení generují velké množství tepla , proto potřebují pojistky nebo teplotní relé.
Zvýšené samonabíjení , jehož přítomnost je způsobena reakcí elektrody oxidu niklu s vodíkem z elektrolytu.

Degradace Ni-MH baterií je dána poklesem sorpční kapacity záporné elektrody během cyklování. Během cyklu vybíjení-nabíjení se mění objem krystalové mřížky, což přispívá k tvorbě rzi a prasklin při reakci s elektrolytem. Ke korozi dochází, když baterie absorbuje vodík a kyslík. To vede ke snížení množství elektrolytu a zvýšení vnitřního odporu.

Je třeba vzít v úvahu, že vlastnosti baterií závisí na technologii zpracování slitiny záporných elektrod, její struktuře a složení. Důležitý je také kov pro slitiny. To vše nutí výrobce velmi pečlivě vybírat dodavatele slitin a spotřebitele - výrobce.

Mezi jinými bateriemi se často používají baterie NiMH. Tyto baterie mají vysoké technické vlastnosti, které vám umožňují používat je co nejefektivněji. Tento typ baterie se používá téměř všude, níže se podíváme na všechny vlastnosti těchto baterií a také analyzujeme nuance provozu a známých výrobců.

Obsah

Co je to nikl-metal hydridová baterie

Pro začátek stojí za zmínku, že nikl-metalhydrid je sekundárním zdrojem energie. Nevyrábí energii a před použitím je nutné dobít.

Skládá se ze dvou složek:

anoda – nikl-lithium nebo nikl-lanthanhydrid;
katoda – oxid nikelnatý.

K buzení systému se také používá elektrolyt. Hydroxid draselný je považován za optimální elektrolyt. Jedná se o alkalický zdroj potravy podle moderní klasifikace.

Tento typ baterie nahradil nikl-kadmiové baterie. Vývojářům se podařilo minimalizovat nevýhody charakteristické pro dřívější typy baterií. První průmyslové vzory byly uvedeny na trh koncem 80. let.

V současné době se podařilo výrazně zvýšit hustotu akumulované energie ve srovnání s prvními prototypy. Někteří odborníci se domnívají, že hranice hustoty ještě nebylo dosaženo.

Princip činnosti a konstrukce Ni-Mh baterie

Za prvé, stojí za to zvážit, jak funguje NiMh baterie. Jak již bylo zmíněno, tato baterie se skládá z několika součástí. Pojďme se na ně podívat podrobněji.

Anodou je zde kompozice absorbující vodík. Je schopen absorbovat velké množství vodíku v průměru, množství absorbovaného prvku může překročit objem elektrody 1000krát. Pro dosažení úplné stabilizace se do slitiny přidává lithium nebo lanthan.

Katody jsou vyrobeny z oxidu niklu. To vám umožní získat vysoce kvalitní náboj mezi katodou a anodou. V praxi lze použít různé typy katod v závislosti na jejich technickém provedení:

lamela;
kovokeramické;
kovová plsť;
lisovaný;
niklová pěna (polymerová pěna).

Katody z polymerové pěny a kovové plsti mají nejvyšší kapacitu a životnost.

Vodič mezi nimi je alkalický. Zde se používá koncentrovaný hydroxid draselný.

Konstrukce baterie se může lišit v závislosti na účelu a úkolech. Nejčastěji se jedná o anodu a katodu svinuté do role, mezi kterými je separátor. Existují také možnosti, kdy jsou desky umístěny střídavě, uspořádané se separátorem. Povinným konstrukčním prvkem je pojistný ventil, který se aktivuje při zvýšení tlaku v nouzovém stavu baterie na 2-4 MPa.

Jaké typy Ni-Mh baterií existují a jejich technické vlastnosti

Všechny Ni-Mh baterie jsou dobíjecí baterie (v překladu dobíjecí baterie). Baterie tohoto typu se vyrábí v různých typech a tvarech. Všechny jsou určeny pro různé účely a úkoly.

Existují baterie, které se v současné době téměř nepoužívají, nebo se používají v omezené míře. Mezi takové baterie patří typ „Krona“, měl označení 6KR61, dříve se používaly všude, nyní je lze nalézt pouze ve starém zařízení. Baterie typu 6KR61 měly napětí 9V.

Budeme analyzovat hlavní typy baterií a jejich vlastnosti, které se nyní používají.

AA.. Kapacita se pohybuje od 1700-2900 mAh.
AAA.. Někdy označeno MN2400 nebo MX2400. Kapacita - 800-1000 mAh.
S. Středně velké baterie. Mají kapacitu v rozmezí 4500-6000 mAh.
D. Nejvýkonnější typ baterie. Kapacita od 9000 do 11500 mAh.

Všechny uvedené baterie mají napětí 1,5V. Existují také některé modely s napětím 1,2V. Maximální napětí 12v (při připojení 10 1,2v baterií).

Výhody a nevýhody Ni-Mh baterie

Jak již bylo zmíněno, tento typ baterie nahradil starší odrůdy. Na rozdíl od analogů byl „paměťový efekt“ výrazně snížen. Snížili jsme také množství látek škodlivých přírodě použitých při procesu tvorby.

Sada baterií 8 1,2V baterií

Mezi výhody patří následující nuance.

Pracujte dobře při nízkých teplotách. To je důležité zejména pro zařízení používaná venku.
Snížený „paměťový efekt“. Ale stále je přítomen.
Netoxické baterie.
Vyšší kapacita ve srovnání s analogy.

Baterie tohoto typu mají také nevýhody.

Vyšší hodnota samovybíjení.
Nákladnější na výrobu.
Po přibližně 250-300 cyklech nabití/vybití začne kapacita klesat.
Omezená životnost.

Kde se používají nikl-metal hydridové baterie?

Vzhledem k jejich velké kapacitě lze takové baterie použít všude. Ať už se jedná o šroubovák nebo složité měřící zařízení, v každém případě mu taková baterie bez problémů poskytne potřebné množství energie.

V každodenním životě se takové baterie nejčastěji používají v přenosných osvětlovacích zařízeních a rádiových zařízeních. Zde vykazují dobrý výkon, udržují si optimální spotřebitelské vlastnosti po dlouhou dobu. Navíc lze použít jak jednorázové, tak opakovaně použitelné prvky, pravidelně dobíjené z externích zdrojů energie.

Další aplikací jsou nástroje. Vzhledem k dostatečné kapacitě je lze použít i v přenosných zdravotnických zařízeních. Dobře fungují v tlakoměrech a glukometrech. Protože nedochází k napěťovým rázům, nemá to žádný vliv na výsledek měření.

Mnoho měřicích přístrojů v technologii musí být používáno venku, a to i v zimě. Metal hydridové baterie jsou zde prostě nenahraditelné. Vzhledem k jejich nízké reakci na záporné teploty je lze použít v nejtěžších podmínkách.

Provozní řád

Je třeba počítat s tím, že nové baterie mají dost vysoký vnitřní odpor. Abyste dosáhli určitého snížení tohoto parametru, měli byste baterii na začátku používání několikrát vybít na nulu. K tomu byste měli používat nabíječky s touto funkcí.

Pozor! Toto neplatí pro jednorázové baterie.

Často můžete slyšet otázku, na kolik voltů můžete vybít Ni-Mh baterii. Ve skutečnosti jej lze vybít téměř na nulové parametry, v takovém případě nebude napětí stačit k udržení provozu připojeného zařízení. Dokonce se doporučuje občas počkat, až se baterie úplně vybije. To pomáhá snížit „paměťový efekt“. Životnost baterie se odpovídajícím způsobem prodlouží.

Jinak se provoz baterií tohoto typu neliší od analogů.

Je nutné čerpat Ni-Mh baterie?

Důležitou fází provozu je načerpání baterie. Tento postup vyžadují také nikl-metalhydridové baterie. To je důležité zejména po dlouhodobém skladování, aby se obnovila kapacita a maximální napětí.

Chcete-li to provést, musíte vybít baterii na nulu. Vezměte prosím na vědomí, že je nutný zásah elektrickým proudem. V důsledku toho byste měli získat minimální napětí. Tímto způsobem můžete baterii oživit, i když od data výroby uplynulo poměrně hodně času. Čím déle je baterie v provozu, tím více nabíjecích cyklů je zapotřebí. Obnovení kapacity a odporu obvykle trvá 2-5 cyklů.

Jak obnovit baterii NiMH

Přes všechny výhody a vlastnosti mají takové baterie stále „paměťový efekt“. Pokud baterie začne ztrácet výkon, měla by být obnovena.

Před zahájením práce je třeba zkontrolovat kapacitu baterie. Někdy se ukáže, že zlepšit výkon je téměř nemožné, v takovém případě stačí vyměnit baterii. Kontrolujeme také poruchu baterie.

Samotná práce je podobná čerpání. Zde ale nedosahují úplného vybití, ale jednoduše sníží napětí na úroveň 1v. Trvá to 2-3 cykly. Pokud během této doby nebylo možné dosáhnout optimálního výsledku, měla by být baterie považována za nepoužitelnou. Při nabíjení je potřeba zachovat parametr Delta Peak pro konkrétní baterii.

Skladování a likvidace

Baterii se vyplatí skladovat při teplotě blízké 0°C. Toto je optimální stav. Je také nutné počítat s tím, že ke skladování by mělo dojít pouze během data expirace, tento údaj je uveden na obalu, ale dekódování se může u jednotlivých výrobců lišit.

Výrobci, kteří stojí za pozornost

Všichni výrobci baterií vyrábějí Ni-Mh baterie. V seznamu níže můžete vidět nejznámější společnosti nabízející podobné produkty.

Energizer;
Varta;
Duracell;
Minamoto;
Eneloop;
Camelion;
Panasonic;
Irobot;
Sanyo.

Pokud se podíváte na kvalitu, jsou všechny přibližně stejné. Vyzdvihnout ale můžeme baterie Varta a Panasonic mají nejlepší poměr ceny a kvality. Jinak můžete bez omezení používat kteroukoli z uvedených baterií.

Rozsah použití elektrických baterií je poměrně široký. Malé baterie se používají v běžných domácích spotřebičích, o něco větší baterie se používají v automobilech a velmi velké a vysokokapacitní baterie jsou instalovány ve vytížených průmyslových stanicích. Zdá se, že kromě uživatelského účelu mohou mít různé typy baterií něco společného? Ve skutečnosti však mají tyto baterie více než dost podobností. Snad jednou z hlavních možných podobností mezi bateriemi je princip organizace jejich fungování. V dnešním materiálu se náš zdroj rozhodl zvážit přesně jeden z nich. Abychom byli přesnější, níže si povíme něco o fungování a provozních pravidlech nikl-metal hydridových baterií.

Historie vzhledu nikl-metal hydridových baterií

Vytvoření nikl-metal hydridových baterií začalo mezi strojírenskými představiteli vzbuzovat značný zájem před více než 60 lety, tedy v 50. letech 20. století. Vědci specializující se na studium fyzikálních a chemických vlastností baterií vážně přemýšleli o tom, jak překonat nedostatky v té době populárních nikl-kadmiových baterií. Snad jedním z hlavních cílů vědců bylo vytvořit baterii, která by dokázala urychlit a zjednodušit proces všech reakcí spojených s elektrolytickým přenosem vodíku.

Výsledkem bylo, že teprve koncem 70. let se specialistům podařilo nejprve navrhnout, poté vytvořit a plně otestovat více či méně kvalitní nikl-metal hydridové baterie. Hlavní rozdíl mezi novým typem baterie a jeho předchůdci byl v tom, že měl přesně definovaná místa pro akumulaci velké části vodíku. Přesněji řečeno, k akumulaci látky došlo ve slitinách několika kovů umístěných na elektrodách baterie. Složení slitin mělo takovou strukturu, že jeden nebo více kovů akumulovalo vodík (někdy i několikatisícinásobek svého objemu) a další kovy působily jako katalyzátory elektrolytických reakcí zajišťujících přechod vodíkové látky do kovové mřížky elektrod.

Výsledná baterie, která má vodíkovou metalhydridovou anodu a niklovou katodu, dostala zkratku „Ni-MH“ (od názvu vodivých, zásobních látek). Takové baterie pracují na alkalickém elektrolytu a poskytují vynikající cyklus nabíjení-vybíjení - až 2 000 tisíc na jednu plnou baterii. Navzdory tomu nebyla cesta k návrhu Ni-MH baterií jednoduchá a v současné době se stávající vzorky stále modernizují. Hlavním vektorem modernizace je zvýšení energetické hustoty baterií.

Všimněte si, že dnes jsou nikl-metal hydridové baterie většinou vyráběny na bázi kovové slitiny LaNi5. První příklad takových baterií byl patentován v roce 1975 a začal se aktivně používat v širokém průmyslu. Moderní nikl-metal hydridové baterie mají vysokou energetickou hustotu a jsou vyrobeny ze zcela netoxických surovin, takže se snadno likvidují. Možná právě pro tyto přednosti se staly velmi oblíbenými v mnoha oblastech, kde je potřeba dlouhodobé skladování elektrického náboje.

Konstrukce a princip činnosti nikl-metal hydridové baterie

Nikl-metal hydridové baterie všech velikostí, kapacit a určení se vyrábí ve dvou hlavních typech tvarů – hranolové a válcové. Bez ohledu na formu se takové baterie skládají z následujících povinných prvků:

kovové hydridové a niklové elektrody (katody a anody), tvořící galvanický prvek mřížkové struktury, který je zodpovědný za pohyb a akumulaci elektrického náboje;
oblasti separátoru, které oddělují elektrody a také se účastní procesu elektrolytických reakcí;
výstupní kontakty uvolňující nahromaděný náboj do vnějšího prostředí;
kryt s vestavěným ventilem, nutný k uvolnění přetlaku z dutin akumulátoru (tlak přes 2-4 megapascaly);
tepelně odolné a odolné pouzdro, ve kterém jsou umístěny bateriové prvky popsané výše.

Konstrukce nikl-metal hydridových baterií, stejně jako mnoha jiných typů tohoto zařízení, je poměrně jednoduchá a nepředstavuje žádné zvláštní potíže. To je jasně znázorněno na následujících schématech konstrukce baterie:

Principy fungování uvažovaných baterií, na rozdíl od jejich obecného konstrukčního schématu, vypadají poněkud komplikovaněji. Abychom pochopili jejich podstatu, věnujme pozornost postupnému fungování nikl-metal hydridových baterií. V typické verzi jsou provozní fáze těchto baterií následující:

Kladná elektroda, anoda, provádí oxidační reakci s absorpcí vodíku;
Záporná elektroda, katoda, realizuje redukční reakci při disabsorpci vodíku.

Jednoduše řečeno, mřížka elektrod organizuje uspořádaný pohyb částic (elektrod a iontů) prostřednictvím specifických chemických reakcí. Elektrolyt se v tomto případě přímo nepodílí na hlavní reakci výroby elektřiny, ale je aktivován pouze za určitých okolností provozu Ni-MH baterií (např. při dobíjení, provádění reakce cirkulace kyslíku). Nebudeme se podrobněji zabývat principy fungování nikl-metalhydridových baterií, protože to vyžaduje speciální chemické znalosti, které mnoho čtenářů našeho zdroje nemá. Pokud se chcete s principy fungování baterií seznámit podrobněji, měli byste se obrátit na odbornou literaturu, která co nejpodrobněji popisuje průběh každé reakce na koncích elektrod, a to jak při nabíjení, tak při vybíjení baterií.

Charakteristiky standardní Ni-MH baterie jsou uvedeny v následující tabulce (střední sloupec):

Provozní řád

Jakákoli baterie je relativně nenáročné zařízení na údržbu a provoz. Navzdory tomu je jeho cena často vysoká, takže každý majitel konkrétní baterie má zájem na zvýšení její životnosti. U baterií ve formaci „Ni-MH“ není prodloužení provozní doby tak složité. K tomu stačí:

Nejprve dodržujte pravidla pro nabíjení baterie;
Za druhé, používejte jej správně a uložte jej, když se nepoužívá.

O prvním aspektu údržby baterií budeme hovořit o něco později, ale nyní se podívejme na hlavní seznam pravidel pro provoz nikl-metal hydridových baterií. Šablona seznamu těchto pravidel je následující:

Nikl-metal hydridové baterie by měly být skladovány pouze v nabitém stavu na úrovni 30-50 %;
Je přísně zakázáno přehřívat Ni-MH baterie, protože ve srovnání se stejnými nikl-kadmiovými bateriemi jsou baterie, o kterých uvažujeme, mnohem citlivější na teplo. Pracovní přetížení negativně ovlivňuje všechny procesy probíhající v dutinách a výstupech baterie. Trpí zejména proudový výstup;
Nikdy nenabíjejte nikl-metal hydridové baterie. Vždy dodržujte pravidla nabíjení popsaná v tomto článku nebo uvedená v technické dokumentaci k baterii;
Při nízkém používání nebo dlouhodobém skladování baterii „trénujte“. Často stačí periodicky prováděný cyklus nabíjení-vybíjení (asi 3-6krát). Podobnému „školení“ je vhodné podrobit i nové Ni-MH baterie;
Nikl-metal hydridové baterie by měly být skladovány při pokojové teplotě. Optimální teplota je 15-23 stupňů Celsia;
Snažte se nevybíjet baterii na minimální limit - napětí menší než 0,9 V pro každý pár katoda-anoda. Nikl-metal hydridové baterie lze samozřejmě obnovit, ale je vhodné je neuvádět do „mrtvého“ stavu (níže budeme také mluvit o tom, jak obnovit baterii);
Sledujte kvalitu designu baterie. Závažné závady, nedostatek elektrolytu a podobně nejsou povoleny. Doporučená frekvence kontroly baterie je 2-4 týdny;
V případě použití velkých, stacionárních baterií je také důležité dodržovat následující pravidla:
- jejich aktuální oprava (alespoň jednou ročně):
- obnovení kapitálu (nejméně jednou za 3 roky);
- spolehlivé upevnění baterie v místě použití;
- dostupnost osvětlení;
- používání správných nabíječek;
- a dodržování bezpečnostních opatření pro používání takových baterií.

Dodržet popsaná pravidla je důležité nejen proto, že takový přístup k provozu nikl-metalhydridových baterií výrazně prodlouží jejich životnost. Zaručují také bezpečné a obecně bezproblémové používání baterie.

Pravidla účtování

Již dříve bylo uvedeno, že provozní pravidla nejsou jedinou věcí, která je vyžadována pro dosažení maximální provozní životnosti nikl-metal hydridových baterií. Kromě správného používání je nesmírně důležité takové baterie správně nabíjet. Obecně je odpověď na otázku "Jak správně nabíjet Ni-MH baterii?" Faktem je, že každý typ slitiny použitý na elektrodách baterií vyžaduje pro tento proces určitá pravidla.

Když je shrneme a zprůměrujeme, můžeme zdůraznit následující základní principy nabíjení nikl-metal hydridových baterií:

Nejprve je třeba dodržet správnou dobu nabíjení. U většiny Ni-MH baterií je to buď 15 hodin při nabíjecím proudu cca 0,1 C, nebo 1-5 hodin při nabíjecím proudu do 0,1-1 C u baterií s vysoce aktivními elektrodami. Výjimkou jsou dobíjecí baterie, jejichž nabíjení může trvat déle než 30 hodin;
Za druhé je důležité sledovat teplotu baterie během nabíjení. Mnoho výrobců nedoporučuje překračovat teplotní maximum 50-60 stupňů Celsia;
A za třetí, je třeba vzít v úvahu postup nabíjení. Tento přístup je považován za optimální, když je baterie vybíjena jmenovitým proudem na výstupní napětí 0,9-1 V, poté je nabita na 75-80 % své maximální kapacity. Je důležité vzít v úvahu, že při rychlém nabíjení (dodávaný proud je více než 0,1) je důležité zorganizovat přednabíjení vysokým proudem dodávaným do baterie po dobu asi 8-10 minut. Poté by měl být proces nabíjení organizován s plynulým zvýšením napětí dodávaného do baterie na 1,6-1,8 V. Mimochodem, při běžném dobíjení nikl-metal hydridové baterie se napětí často nemění a běžně je 0,3-1 Volt.

Poznámka! Výše uvedená pravidla pro nabíjení baterií jsou průměrné povahy. Nezapomeňte, že u konkrétní značky nikl-metal hydridové baterie se mohou mírně lišit.

Obnova baterie

Spolu s vysokou cenou a rychlým samovybíjením mají Ni-MH baterie další nevýhodu - výrazný „paměťový efekt“. Jeho podstata spočívá v tom, že při systematickém nabíjení ne zcela vybité baterie se na to jakoby pamatuje a časem výrazně ztrácí kapacitu. Aby se tato rizika neutralizovala, musí majitelé takových baterií nabíjet maximálně vybité baterie a také je pravidelně „trénovat“ procesem obnovy.

Nikl-metal hydridové baterie je nutné během „tréninku“ nebo při jejich silném vybití obnovit následovně:

V první řadě je potřeba se připravit. K obnovení budete potřebovat:
- kvalitní a nejlépe chytrou nabíječku;
- nástroje pro měření napětí a proudu;
- jakékoli zařízení schopné spotřebovávat energii z baterie.
Po přípravě se již můžete divit, jak obnovit baterii. Nejprve je třeba nabít baterii podle všech pravidel a poté ji vybít podle napětí na výstupech baterie 0,8-1 V;
Poté začne samotná obnova, která musí být opět provedena v souladu se všemi pravidly pro nabíjení nikl-metalhydridových baterií. Standardní proces obnovy lze provést dvěma způsoby:
- První je, pokud baterie vykazuje známky „života“ (obvykle při vybití na úroveň 0,8-1 voltu). Nabíjení probíhá za stálého zvyšování dodávaného napětí z 0,3 na 1 Volt proudem 0,1 C po dobu 30-60 minut, poté zůstává napětí nezměněno a proud se zvýší na 0,3-0,5 C;
- Druhým je, pokud baterie nevykazuje známky „života“ (s vybitím menším než 0,8 V). V tomto případě se nabíjení provádí 10minutovým přednabíjením vysokým proudem po dobu 10-15 minut. Poté se provedou výše popsané kroky.

Stojí za to pochopit, že obnova nikl-metalhydridových baterií je postup, který musí být pravidelně prováděn pro absolutně všechny baterie (jak „živé“, tak „neživé“). Pouze tento přístup k používání tohoto typu baterií vám pomůže získat z nich maximum.