Металл гидридный аккумулятор это

Что нужно знать о Ni-MH аккумуляторах

Ni-MH аккумуляторы (никель-металлогидридные) входят в группу щелочных. Представляют собой источники тока химического типа, где в качестве катода выступает оксид никеля, анода — водородный металлгидридный электрод. Щелочь является электролитом. Они похожи на никель-водородные аккумуляторы, но превосходят их по энергоемкости.

Немного истории

Производство Ni-MH аккумуляторов началось в середине двадцатого века. Разрабатывались они с учетом недостатков устаревших никель-кадмиевых батарей. В NiNH могут использоваться разные комбинации металлов. Для их производства были разработаны специальные сплавы и металл, работающие при комнатной температуре и низком водородном давлении.

Промышленное производство началось в восьмидесятых годах. Изготавливаются и совершенствуются сплавы и металл для Ni-MH и сегодня. Современные устройства подобного типа могут обеспечивать до 2 тысяч циклов заряд-разряд. Подобный результат достижим по причине применения никелевых сплавов с редкоземельными металлами.

Как используются эти устройства

Никель-металлогидридные аппараты широко используются для питания разного вида электроники, которая функционирует в автономном режиме. Обычно они делаются в виде ААА либо АА батарей. Имеются и другие исполнения. Например, промышленные батареи. Сфера использования Ni-MH аккумуляторов немного шире, чем у никель-кадмиевых, потому что в их составе нет токсичных материалов.

В данный момент реализуемые на отечественном рынке никель-металлогидридные батареи по емкости делятся на 2 группы — 1500-3000 мАч и 300-1000 мАч:

1. Первая применяется в устройствах, имеющих повышенное энергопотребление за короткое время. Это всевозможные плееры, модели с радиоуправлением, фотоаппараты, видеокамеры. В общем, приборы, быстро расходующие энергию.
2. Вторая используется при расходе энергии, который начинается после определенного интервала времени. Это игрушки, фонари, рации. На аккумуляторе работают приборы, умеренно употребляющие электроэнергию, находящиеся в автономном режиме продолжительное время.

Зарядка Ni-MH устройств

Зарядка бывает капельной и быстрой. Изготовители не рекомендуют первую, потому что при ней появляются сложности с точным определением прекращения подачи тока на устройство. По этой причине может возникнуть мощный перезаряд, что приведет к деградации аккумулятора. Заряжается Ni-MH аккумулятор при помощи быстрого варианта. Коэффициент полезного действия тут несколько выше, чем у капельного вида зарядки. Ток выставляется — 0,5-1 С.

Как заряжается гидридный аккумулятор:

• определяется наличие батареи;
• квалификация устройства;
• предварительная зарядка;
• быстрая зарядка;
• дозарядка;
• поддерживающая зарядка.

При быстрой зарядке нужно иметь хорошее ЗУ. Оно должно контролировать окончание процесса по разным, независимым друг от друга критериям. К примеру, у Ni-Cd аппаратов достаточно контроля по дельте напряжения. А у NiMH нужно, чтобы аккумулятор следил за температурой и дельтой как минимум.

Контроль и рекомендации по зарядке-разрядке

Для правильной работы Ni-MH следует помнить «Правило трех П»: « Не перегревать», «Не перезаряжать», «Не переразряжать».

Чтобы предупредить перезарядку батарей, используются такие методы контролирования:

1. Прекращение заряда по скорости изменения температуры . При использовании данной методики во время зарядки температура батареи находится под постоянным контролем. Когда показатели поднимаются быстрее, чем нужно, зарядка прекращается.
2. Метод прекращения заряда по максимальному его времени .
3. Прекращение заряда по абсолютной температуре . Тут температура аккумуляторной батареи контролируется в процессе заряда. При достижении максимального значения быстрый заряд прекращается.
4. Метод прекращения по отрицательной дельте напряжения . Перед завершением зарядки батареи при осуществлении кислородного цикла повышается температура NiMH устройства, что приводит к понижению напряжения.
5. Максимальное напряжение . Метод используется для отключения заряда устройств с повышенным внутренним сопротивлением. Последнее появляется в конце срока службы батареи по причине недостатка электролита.
6. Максимальное давление . Метод применяется для призматических аккумуляторов большой емкости. Уровень разрешенного давления в таком устройстве зависит от его размера и конструкции и находится в интервале 0,05-0,8 МПа.

Для уточнения времени зарядки Ni-MH аккумулятора с учетом всех характеристик можно применить формулу: время зарядки (ч) = емкость (мАч) / сила тока зарядного устройства (мА). Например, имеется аккумулятор с емкостью 2000 миллиамперчасов. Ток заряда в ЗУ — 500 мА. Емкость делится на ток и получается 4. То есть батарея будет заряжаться 4 часа.

Обязательные правила, которых нужно придерживаться для правильного функционирования никель-металлогидридного устройства:

1. Эти аккумуляторы гораздо чувствительнее к нагреву, нежели никель-кадмиевые, перегружать их нельзя . Перегрузка отрицательно скажется на токоотдаче (способности держать и выдавать накопленный заряд).
2. Металлогидридные аккумуляторы после приобретения можно «потренировать» . Сделать 3-5 циклов зарядки/разрядки, что позволит достигнуть придела емкости, потерянной при перевозке и хранении устройства после выхода с конвейера.
3. Хранить нужно аккумуляторы с небольшим количеством заряда , примерно 20-40% от номинальной емкости.
4. После разрядки либо зарядки следует дать устройству остыть .
5. Если в электронном устройстве используется одинаковая сборка аккумуляторов в режиме дозаряда , то время от времени нужно разряжать каждый из них до напряжения 0,98, а потом полностью заряжать. Эту процедуру циклирования рекомендуется выполнять один раз на 7-8 циклов дозарядки аккумуляторов.
6. Если нужно разрядить NiMH, то следует придерживаться минимального показателя 0,98 . Если напряжение упадет ниже 0,98, то он может перестать заряжаться.

Восстановление Ni-MH аккумуляторов

Из-за «эффекта памяти» данные устройства иногда теряют некоторые характеристики и большую часть емкости. Это происходит при многократных циклах неполной разрядки и последующей зарядке. В результате такой работы устройство «запоминает» меньшую границу разрядки, по этой причине понижается его емкость.

Чтобы избавиться от данной проблемы, нужно постоянно выполнять тренировку и восстановление. Лампочкой либо зарядным устройством разряжается до 0,801 вольта, далее батарея полностью заряжается. Если долгое время аккумулятор не проходил процесс восстановления, то желательно произвести 2-3 подобных цикла. Тренировать его желательно раз в 20-30 дней.

Изготовители аккумуляторов Ni-MH утверждают, что «эффект памяти» отнимает примерно 5% емкости. Восстановить ее можно с помощью тренировок. Важным моментом при восстановлении Ni-MH является наличие у ЗУ функции разрядки с контролем минимального напряжения. Что нужно для недопущения сильного разряда устройства при восстановлении. Это незаменимо, когда неизвестна начальная степень заряда, и предположить ориентировочное время разряда невозможно.

Если неизвестна степень заряженности батареи, разряжать ее следует под полным контролем напряжения, иначе подобное восстановление приведет к глубокой разрядке. При восстановлении целой батареи сначала рекомендуется провести полную зарядку, чтобы выровнять степень заряда.

Если аккумулятор отработал несколько лет, то восстановление зарядом и разрядом может быть бесполезным. Полезно оно для профилактики в процессе работы устройства. При эксплуатации NiMH вместе с появлением «эффекта памяти» происходит изменения объема и состава электролита. Стоит помнить, что разумнее восстанавливать элементы аккумулятора по отдельности, чем всю батарею целиком. Срок годности аккумуляторов — от одного года до пяти (зависит от конкретной модели).

Достоинства и недостатки

Значительное повышение энергетических параметров никель-металлогидридных аккумуляторов не является единственным их достоинством перед кадмиевыми. Отказавшись от использования кадмия, производители начали использовать более экологически чистый металл. Гораздо легче решаются вопросы с утилизацией.

Благодаря этим достоинствам и тому, что в изготовлении используется металл — никель, производство Ni-MH устройств резко выросло, если сравнивать с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Удобны они и тем, что для уменьшения разрядного напряжения при длительных перезарядках проводить полную разрядку (до 1 вольта) надо раз в 20-30 дней.

Немного о недостатках:

1. Изготовители ограничили Ni-MH батареи десятью элементами , потому что с увеличением циклов заряд-разряд и срока службы появляется опасность перегрева и переполюсовки.
2. Эти аккумуляторы работают в более узком температурном диапазоне, нежели никель-кадмиевые . Уже при -10 и +40°С они теряют свою работоспособность.
3. При зарядке Ni-MH аккумулятора выделяют много тепла , поэтому нуждаются в предохранителях либо температурных реле.
4. Повышенный самозаряд , наличие которого обусловлено реакцией оксидно-никелевого электрода с водородом из электролита.

Деградация Ni-MH батарей определяется понижением сорбирующей способности отрицательного электрода при циклировании. В цикле разрядки-зарядки происходит изменение объема кристаллической решетки, что способствует образованию ржавчины, трещин во время реакции с электролитом. Появление коррозии происходит при поглощении батареей водорода и кислорода. Это приводит к уменьшению количества электролита и повышению внутреннего сопротивления.

Нужно учитывать, что характеристики батарей зависят от технологии обработки сплава отрицательного электрода, его структуры и состава. Металл для сплавов тоже имеет значение. Все это заставляет производителей очень внимательно выбирать поставщиков сплавов, а потребителей — завод-изготовитель.

Источник

Ni MH аккумуляторы — что это, характеристики, плюсы и минусы

В сферах, где требуется долгое хранение электрического заряда, популярны никель-металлгидридные батареи. Популярность аккумулятора растет из-за высокой энергетической плотности, экологичности сырья, что упрощает утилизацию.

Ni Mh аккумуляторы – описание, история создания, особенности работы

Никель-металлогридные аккумуляторы представляют собой источник тока, только химического типа, где оксид никеля – катод, водородный металлогидридный электрод – анод. Производить аккумуляторы начали в середине 20 века.

Батареи аккумуляторные никель металлогидридные

Разработка металлгидридных аккумуляторов направлялась на преодоление недостатков, которые были у никель-кадмиевых аккумуляторах. Были разработаны метал и сплавы, которые работают при минимальном водородном давлении при комнатной температуре. Первый аккумулятор с металлогидридными сплавами работал нестабильно.

Промышленное применение началось после изобретения сплава, который позволил электрохимически обратимо абсорбировать водород более чем на 100 циклов.

В 2020 году совершенствуются сплавы и металл для изготовления. Применение никелевых сплавов с редкоземельными металлами создают до 2000 циклов заряд-разряд.

nimh аккумулятор применяется для питания электроники, которая работает в автономном режиме. На рынке предоставлены батареи двух основных групп по емкости:

Для первой группы характерно использование в устройствах, которые расходуют много энергии в короткий период. В этом варианте нет предварительного хранения батареек. Это фотоаппараты, плееры, гаджеты, где энергия очень быстро расходуется за короткое время.

Вторая группа используется в устройствах, где энергия расходуется после временного интервала. Это игрушки, рации, навигаторы, устройства, которые определенное время находятся в автономном режиме.

Характеристики Ni Mh

Характеристика батарей зависит от обработки сплава отрицательного электрода, состава и структуры. Металл для сплава рекомендовано производителям подбирать с особой тщательностью.

Типоразмеры Ni Mh аккумуляторов

Все батареи подразделяются на виды:

• пальчиковые, емкостью около 3000 м А/ч (А А);

Тип аккумулятора ni mh

• мизинчиковые, емкостью до 1000 м А/ч ( А А А);

Аккумуляторная батарея ni mh

• средние, емкостью до 6000 м А/ч (С), по сравнению с пальчиковыми имеют большой размер;
• большие, с емкостью до 11500 м А/ч (D).

Крупные компании Duracell, Panasonic, Energize выпускают металлогидридные источники питания типоразмеров А А и А А А.

Аккумулятор NI MH

В таблице сравниваются напряжение, саморазряд, энергоемкость, период работы батареек потребительского сегмента. Типоразмеры А А и А А А работают в портативных устройствах. При незначительном отличии вольтажа состояние разряда наступает при 1В. Такая широта допустима из-за того, что портативные устройства имеют гибкость в диапазоне напряжений.

Главное – использовать только однотипные элементы.

тип батареи	емкость А А версии	напряжение	количество энергии после саморазряда после 1 года	количество снимков камерой
NI MH	2700 мА/ч перезаряжаемая	1,2 В	50%	600
Enelloop	2400 мА/ч, перезаряжаемая	1,2 В	85%	500
Обычная щелочная	2800 мА/ч, неперезаряжаемая	1,5 В	95%	100
Щелочная перезаряжаемая	2000 мА/ч, при зарядках уменьшается	1,4 В	95%	100
Литиевая	2400-3400 мА/ч, неперезаряжаемая	1,5 В	10 лет срок хранения, очень низкий саморазряд	700

Высокий показатель саморазряда вызывает недовольство потребителей. Если устройством с NI МН не пользоваться несколько недель, оно разрядится. Перед каждым использованием заряжать батарею не очень удобно, при том, что те же фонари используют как резервное освещение. Преимущество щелочной батареи со сроком 10 лет неоспоримо. В аккумуляторе от Панасоник под маркой Enellop саморазряд ниже. Батарея может дольше в 6 раз хранить заряд, чем обычная NI MH. Но у этой батареи уменьшенная удельная энергоемкость

По форме батареи могут быть цилиндрические и призматические, имеющие электроды в виде лемелей. Используются в портативной электронике, плеерах. Призматические используются в крупных сборках тяговых электродов. Типоразмеры не связаны с электрическими характеристиками.

Никель-металлгидридный аккумулятор

Правила эксплуатации

Срок службы батареи ni mh определяют условия эксплуатации. Число разрядно-зарядных циклов уменьшается с увеличением глубины и скорости заряда. Аккумуляторы обеспечивают до 1000 разрядно-зарядных циклов с глубиной заряда 80%. Имеют срок службы до 5 лет.

При хранении батареи происходит саморазряд. Через месяц аккумулятор теряет до 30% емкости, в дальнейшем хранении потери уменьшаются до 5%. Чем выше температура, тем быстрее происходит саморазряд. Контроль температурного режима хранения, отсутствие переразрядов, коротких замыканий продлят срок службы акб ni mh.

Быстрый заряд аккумулятора 1 час. Применяется для питания ноутбуков, телефонов, электрических инструментов. Ускоренный заряд происходит за 5 часов. Рекомендуется также трехступенчатый способ заряда: первый этап быстрого заряда (1С и выше), заряд со скоростью 0,1С в течение 0,5-1 ч для заключительной подзарядки, и заряд со скоростью 0,05-0,02С в качестве компенсационного подзаряда.

Для Ni-MH аккумуляторов не рекомендуется заряд при постоянном напряжении, из-за теплового выхода из строя аккумуляторов. Это связано с тем, что в конце заряда происходит повышение тока, который пропорционален разности между напряжением электропитания и напряжением аккумулятора, а напряжение батареи в конце заряда понижается из-за повышения температуры.

Хранить аккумуляторы рекомендуют только в прохладном и сухом месте. При более высокой температуре NI MH разряжается. Батарея хранится в любом состоянии, но не в полном разряде или заряде. Оптимальный вариант заряда 50 %. Каждые 3 месяца рекомендуют проводить дозаряд, разряд и опять заряд до 60 % емкости. Хранение до пяти лет. После этого срока батарею полностью разряжают, потом заряжают и используют в обычном режиме.

Никель- металлогидридные аккумуляторы или ионные, что лучше

Работа аккумулятора оптимальна, если он соответствует требованиям эксплуатации. По запросам потребителей нельзя сказать, что аккумуляторы дотягивают до их требований. Правильно хранить электричество до конца не научились. Никель-металлогидридные аккумуляторы по сравнению с ионными имеют меньший срок службы и сроки хранения заряда до начала работы. Хотя обладают высокой экологичностью.

Батарея этого вида практична, долговечна. Разница в быстрой зарядке. Металлогидридные заряжаются за 1 час, а ионные за 2 часа.

Зарядка никель-металлогидридного аккумулятора.

Пониженный порог энергоемкости – преимущество металлогидридных батарей перед ионными.

Ионные аккумуляторы с минимальным весом и максимальной емкостью заслужили уважение среди потребителей. Но стоимость батареи высокая, если учитывать срок службы и непереносимость холода. Зато «эффект памяти», что нельзя сказать о металлогидридных аккумуляторах. Сложность технологии изготовления ионных аккумуляторов в стабилизации их из-за высокой пожароопасности и взрывной способности. На 2020 год ионные аккумуляторы достаточно безопасны для эксплуатации в авиации, гаджетах. Для каждого аккумулятора своя сфера применения.

Преимущества и недостатки аккумуляторов

Основными недостатками никель гидридных аккумуляторов являются:

• срок службы, после 300 циклов, емкость снижается:
• способность к возгоранию;
• во время зарядки выделяется тепло. Возникает необходимость в использовании реле или предохранителях;
• из-за реакции водорода с оксидно-никелевым электродом повышается саморазряд.

Преимущества никель металл гидридных аккумуляторов:

• экологичность, в состав входит меньше вредных веществ, чем в других батареях;
• увеличенная емкость;
• отсутствие «эффекта памяти», нет необходимости полностью разряжать и заряжать, как старые образцы.

После появления на рынке никель металл гидридных аккумуляторов, многие страны вытеснили производство и использование кадмиевых батарей. Хотя по своим возможностям к совершенствованию металлогидридные аккумуляторы вычерпали себя, все, что можно было изменили, лимит улучшений закончен. Перспектива в литиевых аккумуляторах. Перед покупкой аккумулятора рекомендовано определиться с емкостью. Чем выше емкость, тем выше саморазряд.

Практически выгодно использовать никель магниевые аккумуляторы высокой емкости (до 3000 м А/ч) в тех устройствах, где идет большое потребление энергии за короткое время без предварительного хранения. С низкой емкостью (до 1000 мА/ч) рекомендовано использовать аккумуляторы, когда в заряде после зарядки сразу нет необходимости, а через время; для периодического использования; в устройстве с умеренным потреблением для длительного пользования.

Источник