Repase metal hydridových baterií. Držáky AA prvků. Pokus o obnovení kapacity použitých NiCd a NiMh baterií. Co je to nikl-metal hydridová baterie

Mezi jinými bateriemi se často používají baterie NiMH. Tyto baterie mají vysoké technické vlastnosti, které umožňují jejich co nejefektivnější použití. 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 vyžaduje dobití.

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.

Na momentálně 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 komponent. 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 pomocí separátoru. Povinným konstrukčním prvkem je pojistný ventil, který se aktivuje, když tlak v nouzovém stavu baterie stoupne 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 jsou vyráběny 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. Většina výkonný 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 také množství látek škodlivých přírodě použitých během 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?

Díky velká kapacita Tyto baterie lze použít všude. Ať už se jedná o šroubovák nebo složité měřící zařízení, v každém případě mu taková baterie potřebné množství energie snadno poskytne.

V každodenním životě se takové baterie nejčastěji používají v přenosných osvětlovacích zařízeních a rádiových zařízeních. Zde vykazují dobrý výkon, udržují optimální výkon spotřebitelské vlastnosti dlouho. Navíc lze použít jak jednorázové, tak opakovaně použitelné články, které se pravidelně dobíjejí externí zdroje výživa.

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 měřicí přístroje v technice je nutné jej používat 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 zvláště důležité 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. Nakonec byste měli dostat 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 po dobu použitelnosti, tyto údaje jsou uvedeny na obalu, ale různých výrobců dekódování se může 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 nejoptimálnější poměr ceny a kvality. Jinak můžete používat kteroukoli z uvedených baterií bez omezení.

Federální agentura pro vzdělávání

Stát vzdělávací instituce vyšší odborné vzdělání

"POLYTECHNICKÁ UNIVERZITA TOMSK"

Elektrotechnický ústav

Směr 551300 – Elektrotechnika, elektromechanika a elektrotechnika

Oddělení – Elektrický pohon a elektrická zařízení

Abstrakt o disciplíně

„Zdroje zaručených a nepřerušitelné napájení průmyslové podniky"

na téma NIKL-METALHYDRIDOVÉ BATERIE

Studenti skupiny 7M142

Krupina N.V._________________

Kondrashov S.A. _____________

«_____»________________

Vedoucí profesor, doktor technických věd

Garganeev A.G.________________

"_____"____________2009

Tomsk – 2009

Zavedení

1. Terminologie

3. Nikl-metal hydridové baterie

4. Základní procesy Ni-MH baterie

5. Konstrukce elektrod Ni-MH akumulátorů

6. Konstrukce Ni-MH baterie

7. Charakteristika Ni-MH baterií

8. Nabíjení Ni-MH baterie

9. Výhody a nevýhody Ni-MH baterií

10. Normy a označení NM baterií

11. Skladování a provoz Ni-MH baterií

12. Výrobci a perspektivy NM baterií

13. Likvidace

Závěr

Seznam použitých zdrojů

Zavedení

Je téměř nemožné si představit moderní svět bez jakéhokoli druhu elektronické technologie. Digitální technologie Zapadají do našich životů tak dobře, dělají to pohodlnější a zajímavější, že je prostě nemůžeme odmítnout.

Neměli bychom však zapomínat, že pro provoz mobilních zařízení jsou potřeba přenosné napájecí zdroje, které by mohly uspokojit stále se zvyšující potřeby moderní elektroniky. Získali jsme WiFi a Bluetooth, osvobodili se od datových kabelů, ale stále zůstáváme vázáni na elektrické sítě.

Aplikovaná věda však nestojí na místě a nabízí stále nové a nové typy zdrojů elektřiny. Na druhou stranu je stále zvláštní, že i přes přítomnost tolika nových technologií baterie našich telefonů, smartphonů, PDA a dalších gadgetů stále vybíjejí. Stává se to proto, že na správné zacházení s baterií lidé přemýšlejí až ve chvíli, kdy zcela selhala a lze ji s klidem v duši vyřadit. Je třeba si uvědomit, že výměna baterie může stát pěkný cent. Netvrdíme, že málokdo rád striktně dodržuje provozní pravidla, ale bohužel jen tak lze maximalizovat životnost baterie.

Dnes jsou běžné baterie pěti různých elektrochemických schémat: nikl-kadmiové (Ni-Cd), nikl-metalhydridové (Ni-MH), olověné (Sealed Lead Acid, SLA), lithium-iontové (Li-Ion) a lithium-polymer (Li-Polymer). Určující faktor pro každého uvedené prvky napájení je nejen přenosnost (tedy malý objem a hmotnost), ale také vysoká spolehlivost a také velký čas práce. Hlavní parametry baterie jsou hustota energie(nebo měrná energie podle hmotnosti), počet cyklů nabíjení/vybíjení, rychlost nabíjení a samovybíjení. Olověný akumulátor se obvykle skládá ze dvou desek (elektrod) umístěných v elektrolytu (vodném roztoku kyseliny sírové). Nikl-kadmiový článek má negativní a pozitivní desky srolované dohromady a umístěné v kovovém válci. Kladná deska je vyrobena z hydroxidu niklu a záporná deska je vyrobena z hydroxidu kademnatého. Dvě desky jsou izolovány separátorem, který je navlhčen elektrolytem.

Nikl-metal hydridová baterie je konstrukčně podobná nikl-kadmiové baterii, ale má jiné chemické složení elektrolytu a elektrod. V lithium-iontová baterie elektrody a separátor (separátor) jsou umístěny v elektrolytu lithné soli.

Existuje velké množství mýtů a legend o údajně ideálním provozním režimu, metodách „školení“, skladování, metodách a režimech nabíjení a obnovy baterií, ale zkusme na to přijít.

1.Terminologie

Baterie (z lat. akumulátor - sběrač, accumulo - shromažďování, akumulace) je zařízení pro uchovávání energie za účelem jejího následného využití. Elektrická baterie převádí elektrická energie v chemickém oddělení a podle potřeby zajišťuje inverzní konverze. Baterie se nabíjí průchodem elektrický proud. V důsledku způsobených chemických reakcí získává jedna z elektrod kladný náboj a druhá záporný náboj.

Baterie jako elektrické zařízení se vyznačuje těmito základními parametry: elektrochemický systém, napětí, elektrická kapacita, vnitřní odpor, samovybíjecí proud a životnost.

Kapacita baterie je množství energie, kterou by měla mít plně nabitá baterie. V praktických výpočtech se kapacita obvykle vyjadřuje v ampérhodinách (

). Počet ampérhodin udává dobu, po kterou bude v provozu. tuto baterii při proudu 1 ampér. Stojí za to dodat, že moderní mobilní zařízení používají mnohem nižší proudy, takže kapacita baterie se často měří v miliampérhodinách (nebo nebo mAh). Jmenovitá kapacita (jak má být) je vždy uvedena na samotné baterii nebo na jejím obalu. Skutečná kapacita se však ne vždy shoduje s jmenovitou kapacitou. V praxi se skutečná kapacita baterie pohybuje od 80 % do 110 % jmenovité hodnoty.

Specifická kapacita je poměr kapacity baterie k jejím rozměrům nebo hmotnosti.

Cyklus je jedna sekvence nabíjení a vybíjení baterie.

Paměťový efekt je ztráta kapacity baterie během jejího provozu. Projevuje se tendencí baterie přizpůsobit se pracovnímu cyklu, ve kterém baterie po určitou dobu pracovala. Jinými slovy, pokud baterii nabijete několikrát, aniž byste ji předtím úplně vybili, zdá se, že si „pamatuje“ svůj stav a příště se jednoduše nebude moci úplně vybít, takže se její kapacita sníží. S rostoucím počtem cyklů nabíjení a vybíjení se paměťový efekt stává výraznějším.

Za takových provozních podmínek dochází uvnitř baterie k nárůstu krystalů na desce (struktura baterií bude diskutována níže), které zmenšují povrch elektrody. U malých krystalických útvarů vnitřní pracovní látky je povrchová plocha krystalů maximální, a proto je také maximální množství energie uložené v baterii. Když se krystalické útvary během provozu zvětší, povrch elektrody se sníží a v důsledku toho se skutečná kapacita sníží.

Obrázek 1 ukazuje účinek paměťového efektu.

Obrázek 1 – Paměťový efekt.

Samovybíjení je samovolná ztráta nahromaděné energie baterií v průběhu času. Tento jev je způsoben redoxními procesy, ke kterým dochází spontánně, a je vlastní všem typům baterií, bez ohledu na jejich elektrochemický systém. Pro kvantifikace samovybíjení využívá množství ztracené baterií během určitý čas energie vyjádřená jako procento hodnoty získané ihned po nabití. Samovybíjení je maximální během prvních 24 hodin po nabití, takže se odhaduje jak za první den, tak za první měsíc po nabití. Míra samovybíjení baterie do značné míry závisí na okolní teplotě. Když tedy teplota stoupne nad 100°C, samovybíjení se může zdvojnásobit.

2. Baterie: typy a původ

Vedoucí pozice na trhu výroby baterií zaujímají Japonsko, Tchaj-wan, Čína a Jižní Korea a neustále zvyšují rozsah své „skromné“ přítomnosti na světovém trhu.

Na trhu jsou dnes desítky různých provedení baterií a každý výrobce se snaží dosáhnout optimální kombinace vlastností – vysoká kapacita, malé rozměry a hmotnost, výkon v širokém teplotním rozsahu a v extrémních podmínkách.

Výzkumy zároveň ukazují, že více než 65 % uživatelů mobilních a přenosných technologií chce mít ještě více vysokokapacitní baterie a jsou ochotni zaplatit spoustu peněz za možnost používat „auto“ (nebo telefon) několik dní bez dobíjení. Proto je ve většině případů nutné zakoupit kapacitnější baterii, než je ta, která je součástí sady.

Podle elektrochemického systému jsou baterie rozděleny do několika typů:

Olovo-kyselina (Sealed Lead Acid, SLA);

Nikl-kadmium (Ni-Cd);

hydrid niklu (Ni-MH);

Lithium-iontové (Li-Ion);

Lithiový polymer (Li-Pol);

Palivo.

V moderním přenosná elektronika olověné baterie se již nepoužívají, a tak naši exkurzi začneme s niklovými bateriemi, stále používanými v bateriích do fotoaparátů, notebooků, videokamer a dalších zařízení.

Předchůdcem niklových baterií byly nikl-kadmiové (Ni-Cd) baterie, vynalezené již v roce 1899 švédským vědcem Waldmarem Jungnerem. Princip jejich fungování spočíval v tom, že nikl působí jako kladná elektroda (katoda) a kadmium jako záporná elektroda (anoda). Zpočátku se jednalo o otevřenou baterii, ve které šel kyslík uvolněný při nabíjení přímo do atmosféry, což bránilo vytvoření utěsněného pouzdra a ve spojení s vysokou cenou potřebného materiálu výrazně zpomalilo náběh sériové výroby. .

Správná péče a provoz rychlonabíječek
nikl-metal hydridové baterie pro modelování

Kvalita nikl-metal hydridových baterií velikosti Sub C (L 43 mm 0 23 mm) (dále jen Ni-MH baterie) používaných v modelářství neustále stoupá. Nízký vnitřní odpor umožňuje zvýšit vybíjecí proud baterie. Dlouholeté zkušenosti našich pilotů s Ni-MH bateriemi v různých soutěžích nás vedly k optimalizaci zkušeností získaných při laboratorních výzkumech a soutěžích. Dnes jsou předními výrobci baterií, o které máme zájem, SANYO a GP.

Typická kapacita nejlepších Ni-MH baterií prodávaných těmito společnostmi je kolem 3700 mAh, to je uvedeno na štítcích, ale společnosti zabývající se výběrem baterií nacházejí baterie s kapacitou až 3800 mAh!

Skladování

Baterie Ni-MH by měly být skladovány pouze plně nabité. Nikdy neskladujte baterie NiMH vybité po dlouhou dobu (5 dní nebo déle). Takové dlouhodobé skladování ve vybitém stavu zvyšuje vnitřní odpor a... V souladu s tím snižuje kapacitu baterie.

Vyrovnávací výboj

Baterie a zvláště nové Ni-MH baterie by měly být vyrovnávány co nejčastěji. Vyrovnávací, neboli vyrovnávací vybíjení umožňuje snížit tzv. výrobní odchylky Ni-MH baterií. Výrobní variace Ni-MH baterií znamená výrobu stejných baterií jedním výrobcem s malou (±2-5%) odchylkou v elektrických parametrech baterií (kapacita, vnitřní odpor, vybíjecí napětí). Tato pomazánka je pro výrobu přijatelná, ale pro Ni-MH baterie je při dlouhodobém provozu nežádoucí a dokonce smrtelně škodlivá, protože když kupujeme „ve velkém“, například blok šesti Ni-MH baterií do modelu letadla, nekupujeme úplně stejně kapacitní "banky", ale čelíme tomuto technologickému rozptylu, ve kterém "Ni-MH akumulátory s kapacitou 3000 mAh mají podle údajů na štítcích skutečně reálnou kapacitu 3300 až 3000 mAh v jednom bloku Záleží na vašem štěstí. Obvykle je rozptyl 100-150 mAh a když je taková jednotka nabíjena vysokým proudem (4-6 ampérů, což je obvyklé a doporučené výrobci baterií). pomocí automatické nabíječky se „banky“ s menší kapacitou mírně dobíjejí a ty s větší kapacitou se dobíjejí trochu nedobité.

Když dojde k výboji obrácený proces- „Banky“ s menší kapacitou jsou mírně přebité a banky s větší kapacitou jsou mírně podvybité.

Od vybití k vybití je tento rozdíl stále znatelnější a obvykle po 35-40 cyklech nabití-vybití je patrný pokles kapacity a napětí baterie v důsledku přebití a nadměrného vybití „nejnižší kapacity“ baterie. v balení.

Vyrovnávací vybíjení výše popsaný efekt neodstraňuje, ale umožňuje prodloužit běžnou provozní životnost baterií na cca 50-70 cyklů, než se tento efekt začne projevovat.

Co je podstatou vyrovnávacího vybíjení: nabité baterie je nutné vybíjet, každou „plechovku“ samostatně, vlastním vybíjecím rezistorem o jmenovité hodnotě 2 až 5 Ohmů a výkonu 0,25-0,5 W, do 15- 24 hodin. Hodnota všech použitých odporů pro všechny odpory musí být stejná. K vybití dochází na bateriích téměř k nulovému napětí, ale není třeba se obávat, protože tento režim je na rozdíl od všeobecného mínění pro Ni-MH baterie vcelku přijatelný. Takto vybité baterie mají stejnou zbytkovou kapacitu.

Pokud nemáte možnost provést vyrovnávací výboj, existuje další způsob, jak prodloužit životnost vašich proudových zdrojů. Jedná se o tzv. vyrovnávací nabíjení.

Podstata metody: vybitá obvyklými způsoby Baterie se nabíjejí konvenční „noční“ nabíječkou nebo jinou, bez automatického přerušení nabíjení, proudem rovným 1/10 kapacity baterie. Příklad: při kapacitě baterie 3000 mAh je nabíjecí proud 300 tA. Doba nabíjení je 16-22 hodin. Zároveň všechny „banky“ jednotky dosahují své maximální kapacity a nejdůležitější je, že při tak malém nabíjecím proudu se baterie nedobíjejí, protože je to pro ně přijatelný režim po 12-. 14 hodin nabíjení se baterie trochu zahřejí, ale to je normální Nabité Baterie tímto způsobem dosáhnou své maximální stávající kapacity.

Existuje ještě třetí způsob – pomocí baterií vybraných společnostmi.

Co je podstatou výběru? Společnost odebírá od výrobce velké množství baterií ve velkém, poté se každá baterie nabíjí a vybíjí ve speciálních vícekanálových nabíječkách připojených k počítači pro čtení parametrů elektrického nabíjení-vybíjení.

Počítač zaznamenává:

• Nabíjecí proud (obvykle 4-6 ampér).
• Doba nabíjení, vybíjecí proud (obvykle jeho hodnota je 20 nebo 30 ampér).
• Doba vybíjení na napětí 1, 0,9, 0,85 nebo 0,75 V. Napětí závisí na vybíjecím proudu použitém firmou při výběrovém řízení a typu baterie.

Kapacita baterie se vypočítá při dosažení odpovídajících vybíjecích napětí. Stanoví se průměrné vybíjecí napětí. Švýcarská společnost ORION nám také uvádí množství uvolněné energie v joulech. Přijatá data jsou vytištěna na malých štítcích, které jsou nalepeny na baterii. Počítač vybírá baterie podle jejich parametrů do bloků podle daného počtu „plechovek“ v bloku. Hlavním kritériem výběru je kapacita a průměrné vybíjecí napětí.

Posledních pár let všechny sebeúctyhodné firmy používají kromě výběru i blok Ni-MH baterií, 6 kusů - 7,2 V, vyvinutý v roce 1995 GM RACING, nazvaný VIS proces (Voltage Inreasing System) - systém zvyšující napětí. Co je podstatou tohoto procesu? Nová baterie vmáčknutý mezi dva silné kontakty a záblesk s jedním pulzním výbojem o napětí 60-80 voltů a proudu stovek ampér. Po takovém šoku elektrickým proudem se vnitřní odpor baterie mírně sníží (o 3-5%) a podle toho se o stejnou hodnotu zvýší vybíjecí napětí a kapacita. Poté proběhne obvyklé výběrové řízení. Tento proces nemá prakticky žádný vliv na výdrž baterie, ale těchto tři až pět procent často stačí k získání výhody v závodě.

Zpracování VIS bohužel funguje do prvních 5 cyklů, poté odezní a musí se opakovat. Pro běžné modeláře je to většinou nemožné, ale pro obzvlášť tvrdohlavé jsou v prodeji jednotlivé přístroje VIS, které stojí S 350-400. Společnosti obvykle rozdělují baterie vybrané během procesu výběru do tří kategorií, které se liší kapacitou a napětím. Jejich obvyklé obchodní názvy jsou ty nejzákladnější - SPORT, RACING, CLUB, dále TEAM a ty nejlepší - FACTORY TEAM, WORLD TEAM nebo CHAMPION. Firmy vymýšlejí jména. Musíme vzdát hold „výběrovým“ firmám: např. pro výběr jednoho bloku šesti baterií nejjednoduššího výběru je potřeba „šoupnout“ asi 1000 (!!!) baterií!

„Plechovky“, které neprojdou výběrem, se shromažďují do bloků pro nezodpovědné použití (amatéři, začátečníci, startovací zařízení, testovací a rolovací bloky). Cena vybraných baterií se může lišit od "placer" baterií dvakrát až třikrát, ale je za co si připlatit.

Typicky se dobře vybrané baterie opotřebovávají téměř rovnoměrně v celém bloku. Tím však není eliminována potřeba vyrovnávacích výbojů, ale to lze provést po 10-12 cyklech. A na závěr tématu výběru podotýkám, že pro jejich značkové závodníky, kteří mají za úkol vyhrávat soutěže právě na tyto baterie dané firmy (reklama je motorem obchodu), nejlepší bloky z nejlepšího výběru a věřte, že v blocích je stále rozdíl. Totéž platí pro elektromotory a gumu, ale to je jiné téma.

Podmínky nabíjení

Jeden až dva dny před soutěží by se měly baterie vybít pokud možno proudem 5-10 ampérů. Jako poslední možnost proveďte vyrovnávací výboj. V tomto stavu si je můžete vzít s sebou na soutěže. Pokud je to možné, nabijte baterii bezprostředně před použitím. Optimální teplota baterie před použitím je 40°-50°C. Ni-MH baterie mají vysoké samovybíjení a po několika hodinách skladování ztrácejí 2-5 % své nabité kapacity. Pamatujte, že vnitřní odpor baterií se s ochlazováním zvyšuje. Je vhodné používat baterie jednou denně ideální podmínky jejich provoz. Tuto možnost však nemá mnoho lidí, proto je vhodné používat baterie s alespoň 3-4 hodinovou přestávkou.

V každém případě byste měli vědět, že první cyklus dne je nejlepší jak z hlediska aktuálního výkonu, tak i napětí. Jak se říká: pokud vás zajímá výsledek.

Nevybrané (kupované ve velkém) akumulátory doporučujeme nabíjet proudem rovným kapacitě. Příklad: při kapacitě baterie 3000 mAp je nabíjecí proud 3 ampéry. Vybrané baterie lze nabíjet proudem 1,5-2 násobkem kapacity baterie. Příklad: při kapacitě baterie 3000 mAp je nabíjecí proud 4,5-6 A. Teplota nabíjených baterií by nikdy neměla překročit 60°. Při teplotách 45° a vyšších se životnost baterie výrazně zkracuje.

Nikdy nezačínejte nabíjení, pokud je baterie ještě horká nebo teplá!

Při nabíjení vašich baterií vysokými proudy (3-6 A) je velmi důležité používat automatické nabíječky, které zastaví proces nabíjení baterie pomocí tzv. delta peak efektu. Co je podstatou této metody? Baterie Ni-MH a Ni-Cd musí být po celou dobu nabíjení nabíjeny pouze stabilním proudem o stejné hodnotě. Současně s nabíjením baterie se zvýší napětí na bateriích. Když se proces nabíjení chýlí ke konci, dojde k chemické redukční reakci probíhající uvnitř baterií s konstantním nárůstem produkce plynů vznikajících během chemického procesu. nábojové reakce. Zároveň se zvyšuje vnitřní odpor v bateriích. A protože nabíjecí proud je konstantní a odpor se zvyšuje, napětí baterie podle Ohmova zákona začíná klesat. Právě tento okamžik snížení napětí se nazývá vrchol delta a nabíječky vypnou nabíjení a pomocí detektoru špiček přesně sledují pokles napětí na bateriích.

Tato hodnota je velmi malá – 8-12 milivoltů pro NiMH baterii a 15-25 milivoltů pro Ni-Cd baterii. Jsou případy (zejména při nabíjení na levných nabíječkách), kdy se spustí detektor špiček a přestane nabíjet do 1-2 minut po začátku nabíjení. To je vysvětleno specifickým efektem, ke kterému dochází při nabíjení zcela vybitých baterií vysokým proudem. Přitom na začátku nabíjení napětí na bateriích klesá, nikoli se zvyšuje! K tomu dochází během prvních 1-4 minut a je pozorováno u baterií, které již byly použity pro velký počet cyklů. Potřebujete pouze restartovat nabíječku.

Baterie Power Ni-MH lze vybíjet proudem 6 až 13krát větším, než je kapacita baterie. Příklad: při kapacitě baterie 3000 mAp může být vybíjecí proud 18-40 A. Pamatujte: čím vyšším proudem baterii vybijete, tím více zkrátíte její životnost. V každém případě byste měli vědět, že první drobné známky zhoršení vybíjecích charakteristik baterií (pokles napětí při vybíjení, „pomalá“ akcelerace modelu) se objevují již při 20. cyklu nabíjení-vybíjení. U těch provozních režimů, které jsou při modelování nezbytné, je to nevyhnutelné. Tyto informace se však spíše týkají profesionálů nebo těch, kteří jsou posedlí myšlenkou vyhrát. Pro ostatní budou tyto změny neviditelné, věřte mi!

Napájecí baterie lze bez obav pájet. Výkon páječky musí být alespoň 50 W. Samozřejmě na nich nezahřívejte páječky, ale měděné propojky lze bezpečně připájet.

Mimochodem: při použití silových vodičů o průřezu 2,5-4 mm" na modelu by bylo nerozumné použít jako propojky pásy mědi s velkým průřezem. Propojky vyráběné předními firmami však používané v modelování mají průřez 6-10 mm Zřejmě se to dělá pro zvýšení strukturální pevnosti pájeného bloku baterií Pro pájení použijte pájecí kyselinu, protože kalafuna neposkytuje požadovanou kvalitu a rychlost (extra ohřev čas) pájení Je samozřejmé, že po pájení kyselinou je nutné místa pájení omýt rozpouštědlem nebo alespoň důkladně otřít.

Použité materiály: návod v katalogu GM RACING, materiály z časopisu KS CAR ACTION, návod na baterie od KEIL, ORION, TRINITY.

Rozsah použití elektrických baterií je poměrně široký. Malé baterie jsou vybaveny těmi obvyklými pro každého domácí spotřebiče, O něco větší baterie jsou vybaveny v automobilech, ale velmi velké a kapacitní baterie jsou instalovány v rušných 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 fyzikální a chemické vlastnosti 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 to požadováno dlouhodobé skladování elektrický náboj.

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), formování galvanický článek struktura mřížky, která je zodpovědná 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 obecných návrhový diagram, vypadá trochu složitější. Abychom pochopili jejich podstatu, věnujme pozornost postupnému fungování nikl-metal hydridových baterií. V typické verzi jsou provozní fáze těchto baterií následující:

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

Mluvení jednoduchým jazykem elektrodová mřížka 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, kterou 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 popř dlouhodobé skladování„trénovat“ baterii. 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 stacionární baterie Je také důležité dodržovat 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 rozlišit následující základy nabíjení nikl-metal hydridových baterií:

• Za prvé, musíte vyhovět správný čas 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 vybitá jmenovitý proud až do napětí na výstupech 0,9-1 V, po kterém se nabije na 75-80 % své kapacity maximální kapacita. 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 postupem času výrazně ztrácí kapacitu. Aby se tato rizika neutralizovala, musí majitelé takových baterií nabíjet maximálně vybité baterie a také je pravidelně „školit“ procesem obnovy.

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

1. 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.
2. Po přípravě se již můžete divit, jak obnovit baterii. Nejprve musíte nabít baterii podle všech pravidel a poté ji vybít podle napětí na výstupech baterie 0,8-1 V;
3. Poté začne samotná obnova, která musí být opět provedena v souladu se všemi pravidly pro nabíjení nikl-metalhydridových baterií. Standardní proces zotavení 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 vysoký proud 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.

Možná tady může příběh na dnešní téma skončit. Doufáme, že výše uvedený materiál byl pro vás užitečný a poskytl odpovědi na vaše otázky.

Pokud máte nějaké dotazy, zanechte je v komentářích pod článkem. My nebo naši návštěvníci je rádi zodpovíme

Tento článek o nikl-metal hydridových (Ni-MH) bateriích je již dlouho klasikou v širokém okolí Ruský internet. 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

***Velký rozptyl některých parametrů v tabulce je způsoben pro různé účely(návrhy) 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. V důsledku toho byl vytvořen nový způsob skladování vodíku v nikl-vodíkových bateriích, které se používaly 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 hustota energie 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 v vnitřní 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. Zpomalit nežádoucí procesy disperze a koroze slitin, které určují životnost Ni-MH služby baterie 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. Druhá metoda, která našla nejvíce široké uplatnění V současnosti spočívá v úpravě povrchu slitinových částic v alkalických roztocích s tvorbou ochranných filmů propustných pro vodík.

Elektroda z oxidu niklu

Elektrody z oxidu niklu v sériová výroba jsou vyráběny v těchto designových úpravách: lamelové, bezlamelové slinuté (kovokeramické) a lisované včetně tablet. V posledních letech začínají se 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 vyrábějí 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 uhlíko-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 vkládá do kovového popř plastové pouzdro a uzavřen 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. Charakteristiky výboje 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 klesající teploty na kapacitu je patrný zejména při vysoké rychlosti výboje 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; 3-3С

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.

Pro zajištění spolehlivý provoz Baterie Ni-MH musí po dobu záruky splňovat doporučení a pokyny výrobce. Je třeba věnovat největší pozornost teplotní podmínky. Je vhodné se vyvarovat přebití (pod 1V) a zkraty. 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 napájející 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 rychlé nabíjení(1C a vyšší), nabíjejte rychlostí 0,1C po dobu 0,5-1 hodiny pro konečné dobití a nabíjejte rychlostí 0,05-0,02C jako kompenzační náboj. Informace o metodách náboj Ni-MH baterie 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 neustále sledována během procesu nabíjení a při dosažení maximální hodnota rychlé nabíjení je přerušeno;
• způsob ukončení nabíjení založený na rychlosti změny teploty ΔT/Δt. Při použití této metody je sklon teplotní křivky baterie je během procesu nabíjení neustále sledován, a když tento parametr překročí specificky 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 baterií budou vystaveny nežádoucím vysokým teplotám, než bude možné dosáhnout hodnoty ΔT/Δt pro vypnutí. Pro určitou hodnotuΔT/Δt, větší vstupní kapacitu lze získat při nižší okolní teplotě než při vyšší okolní teplotě. vysoká teplota. 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.

Výrazné zvýšení měrných energetických parametrů není jedinou výhodou Ni-MH baterií oproti Ni-Cd bateriím. Odmítnutí 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“ vlastní Ni-Cd bateriím 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 na metalhydridové elektrodě 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 baterie, stejně jako reverzace baterie s nižší kapacitou při vybití baterie se zvyšuje s nesouladem parametrů baterie v důsledku delšího cyklování, proto vytváření 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“