Baterii nichel metal hidrură

Bateriile cu hidrură metalică de nichel sunt o sursă de curent pe baza unei reacții chimice. Ele sunt etichetate Ni-MH. Din punct de vedere structural, ele sunt analoge bateriilor nichel-cadmiu (Ni-Cd) dezvoltate anterior, iar din punct de vedere al reacțiilor chimice sunt similare bateriilor nichel-hidrogen. Acestea sunt clasificate ca surse de energie alcaline.

Tabel de conținut:

Context istoric

Necesitatea surselor de alimentare reîncărcabile datează de mult timp. Pentru diferite tipuri de tehnologie, erau foarte necesare modele compacte cu o capacitate crescută de stocare a încărcăturii. Datorită programului spațial, a fost dezvoltată o metodă de stocare a hidrogenului în baterii reîncărcabile. Acestea au fost primele copii nichel-hidrogen.

Având în vedere designul, se disting elementele principale:

1. electrod (hidrogen hidrură metalică);
2. catod (oxid de nichel);
3. electrolit (hidroxid de potasiu).

Materialele utilizate anterior pentru fabricarea electrozilor erau instabile. Dar experimentele și studiile constante au condus la obținerea compoziției optime. În prezent, hidrita de lantan și nichel (La-Ni-CO) este utilizată pentru fabricarea electrozilor. Dar diverși producători folosesc alte aliaje, în care nichelul sau o parte din acesta este înlocuit cu aluminiu, cobalt, mangan, care stabilizează și activează aliajul.

Omul de toate meseriile va fi interesat de acest articol privind caracteristicile, scopul și funcțiile routerului.

Reacțiile chimice care au loc

În timpul încărcării și descărcării, în interiorul bateriilor au loc reacții chimice datorită absorbției de hidrogen. Reacțiile pot fi scrise în următoarea formă.

• În timpul încărcării: Ni(OH)2+M→NiOOH+MH.
• În timpul descărcării: NiOOH+MH→Ni(OH)2+M.

La catod au loc următoarele reacții cu eliberare de electroni liberi:

• În timpul încărcării: Ni(OH)2+ON→NiOOH+H2O+e.
• În timpul descărcării: NiOOH+ H2O+e→Ni(OH)2+OH.

• În timpul încărcării: M+ H2O+e →MH+OH.
• În timpul descărcării: MN+OH →M+. H2O+e.

Construcția bateriei

Producția principală a bateriilor cu hidrură metalică de nichel este realizată în două forme: prismatică și cilindrică.

Baterii Ni-MH cilindrice

Construcția include:

• carcasă cilindrică;
• capacul carcasei;
• supapă;
• capacul supapei;
• anod;
• colector anodic;
• catod;
• inel dielectric;
• separator;
• material izolant.

Anodul și catodul sunt separate unul de celălalt prin intermediul unui separator. Această structură este rulată și plasată în carcasa bateriei. Etanșarea se realizează prin intermediul unui capac și al unei garnituri. O supapă de siguranță este prevăzută pe capac. Aceasta este concepută pentru a elibera excesul de compuși volatili formați în timpul reacțiilor chimice atunci când presiunea din interiorul acumulatorului crește la 4 MPa.

Mulți oameni au întâlnit surse de alimentare umede sau acoperite cu capac. Acesta este rezultatul funcționării supapei atunci când este supraîncărcată. Caracteristicile se schimbă și funcționarea ulterioară este imposibilă. În absența acesteia, bateriile pur și simplu se umflă și își pierd complet performanțele.

Celule prismatice Ni-MH

Designul include următoarele elemente:

1. carcasă dreptunghiulară;
2. capac de aceeași formă;
3. supapă;
4. capacul supapei;
5. izolator de garnitură;
6. izolator;
7. anod;
8. catod;
9. separator.

Designul prismatic presupune dispunerea alternativă a anozilor și catozilor, separați printr-un separator. Asamblate în acest fel într-un bloc, acestea sunt plasate într-o carcasă. Carcasa este fabricată din plastic sau metal. Capacul etanșează construcția. Pentru siguranță și control asupra stării bateriei, pe capac sunt amplasate un senzor de presiune și o supapă.

Electrolitul utilizat este alcalin, un amestec de hidroxid de potasiu (KOH) și hidroxid de litiu (LiOH).

Pentru celulele Ni-MH, izolatorul este din polipropilenă sau poliamidă nețesută. Grosimea materialului este de 120-250 microni.

Pentru producția de anozi, producătorii utilizează metal-ceramică. Dar, recent, pentru a reduce costurile, ei folosesc pâslă și polimeri de spumă.

În producția de catozi sunt utilizate diferite tehnologii:

1. lamelare;
   • lamelar — compoziția, care are starea de pulbere prin metoda presării, este introdusă într-o grilă de nichel.
2. prin spumare cu nichel;
   • nichelare cu spumă — compoziția, având starea de pastă, este introdusă într-o bază poroasă de spumă de nichel.
3. spumare;
   • prin metalizare — compoziția este aplicată pe o folie din oțel sau nichel conductoare, urmată de uscare și presare. Folia metalizată este perforată în prealabil.
4. laminare;
   • Laminare — ingredientul activ este fixat pe o grilă de nichel sau cupru prin laminare (rulare).
5. Sinterizare.
   • Sinterizare — pulberea aplicată pe grila de nichel este sinterizată la temperatură ridicată într-o atmosferă de hidrogen.

Caracteristici

Tensiune. În starea liberă, circuitul intern al bateriei este deschis. Și este destul de dificil de măsurat. Dificultățile sunt cauzate de echilibrul potențialelor pe electrozi. Dar după încărcarea completă după o zi, tensiunea pe celulă este de 1,3-1,35V.

Tensiunea de descărcare la un curent care nu depășește 0,2A și o temperatură ambientală de 25°C este de 1,2-1,25V. Valoarea minimă este de 1V.

Capacitatea energetică, W∙h/kg:

Autodescărcarea depinde de temperatura de depozitare. Depozitarea la temperatura camerei cauzează o pierdere de capacitate de până la 30% în prima lună. Rata încetinește apoi la 7% în 30 de zile.

• Forța motrice electrică (EMF) — 1,25V.
• Densitatea energiei — 150W∙h/dm3.
• Temperatura de funcționare — de l a-60 la +55°C.
• Durata de funcționare — până la 500 de cicluri.

Încărcarea și monitorizarea corespunzătoare

Încărcătoarele sunt utilizate pentru stocarea energiei. Sarcina principală a modelelor necostisitoare este de a furniza o tensiune stabilizată. Pentru reîncărcarea bateriilor nichel metal hidrură, este necesară o tensiune de aproximativ 1,4-1,6V. În același timp, curentul trebuie să fie de 0,1 din capacitatea bateriei.

De exemplu, dacă capacitatea declarată este de 1200 mAh, curentul de încărcare trebuie să fie aproape sau egal cu 120 mA (0,12A).

Sunt utilizate încărcarea rapidă și accelerată. Procesul de încărcare rapidă durează 1 oră. Procesul accelerat durează până la 5 ore. Un astfel de proces intensiv este controlat prin modificarea tensiunii și a temperaturii.

Procesul normal de încărcare durează până la 16 ore. Pentru a reduce timpul de încărcare, încărcătoarele moderne sunt de obicei fabricate în trei etape. Prima etapă este o încărcare rapidă cu un curent egal cu capacitatea nominală a bateriei sau mai mare. A doua etapă este un curent de 0,1 din capacitate. A treia etapă este un curent de 0,05-0,02 din capacitate.

Procesul de încărcare trebuie monitorizat. Supraîncărcarea este dăunătoare pentru starea bateriilor. Formarea ridicată de gaze va declanșa supapa de siguranță și electrolitul se va scurge.

Monitorizarea se face conform următoarelor metode:

• prin temperatură, care este stocată în memoria încărcătorului și care, atunci când este atinsă, comută procesul de încărcare rapidă într-o altă etapă;
• prin modificarea temperaturii pe unitate de timp;
• prin timp;
• presiune;
• tensiune;
• prin căderea de tensiune.

Este destul de ușor de calculat timpul aproximativ de încărcare folosind formula: T=1,3(C/I), unde C este capacitatea bateriei, I este curentul încărcătorului.

Avantaje și dezavantaje ale celulelor Ni-MH

Bateriile de ultimă generație nu suferă de o boală precum „efectul de memorie”. Cu toate acestea, după stocarea pe termen lung (mai mult de 10 zile), trebuie încă să fie complet descărcate înainte de încărcare. Posibilitatea efectului de memorie apare din inactivitate.

Capacitate crescută de stocare a energiei

Respectarea mediului este asigurată de materialele moderne. Trecerea la acestea a facilitat foarte mult eliminarea elementelor uzate.

În ceea ce privește dezavantajele, există, de asemenea, destul de puține:

• disipare mare de căldură;
• intervalul de temperatură de funcționare este mic (de l a-10 la +40 ° C), deși producătorii susțin alți indicatori;
• interval mic de curent de funcționare;
• autodescărcare ridicată;
• nerespectarea polarității cauzează defectarea bateriei;
• timp scurt de stocare.

Selectarea capacității și funcționarea

Înainte de a cumpăra baterii Ni-MH, trebuie să vă decideți asupra capacității acestora. Indicatorii mari nu sunt o soluție la problema lipsei de energie. Cu cât capacitatea celulei este mai mare, cu atât mai pronunțată este autodescărcarea.

Elementele cilindrice cu hidrură metalică de nichel în număr mare sunt produse în dimensiuni care sunt etichetate AA sau AAA. Popular poreclite drept celule de deget — aaa și celule de deget mic — aa. Le puteți cumpăra din toate magazinele de electrice și electronice.

După cum arată practica, bateriile cu o capacitate de 1200-3000 mAh, dimensiune obișnuită aaa sunt utilizate în playere, aparate foto și alte dispozitive electronice cu consum mare de energie.

Bateriile cu o capacitate de 300-1000 mAh, dimensiunea obișnuită aa sunt utilizate pe dispozitive cu consum redus de energie sau nu imediat (radio portabil, lanternă, navigator).

Bateriile cu hidrură metalică răspândite anterior au fost utilizate în toate dispozitivele portabile. Celulele simple erau instalate într-o cutie proiectată de producător pentru o instalare ușoară. Acestea erau de obicei etichetate EN. Acestea puteau fi achiziționate numai de la reprezentanții oficiali ai producătorului.