Никель-металлогидридный аккумулятор: что это такое и как он работает

Никель-металлогидридный аккумулятор (NiMH) – это тип вторичных батарей, которые используют никель и металлогидриды в качестве активных материалов. Они стали популярной альтернативой никель-кадмиевым аккумуляторам из-за своей большей емкости и отсутствия вредных для окружающей среды веществ. Никель-металлогидридные аккумуляторы активно применяются в различных устройствах, включая портативные электронные устройства, электрические автомобили и солнечные батареи.

Работа никель-металлогидридного аккумулятора основана на электрохимических реакциях, происходящих между его составными элементами во время зарядки и разрядки. Аккумулятор состоит из двух электродов – положительного и отрицательного. Положительный электрод содержит оксид никеля, а отрицательный – сплав металлогидрида.

Во время зарядки аккумулятора, электрический ток протекает через него, вызывая окислительно-восстановительные реакции. На положительном электроде оксид никеля превращается в гидроксид никеля, а на отрицательном электроде сплав металлогидрида отдает электроны, что приводит к образованию металлического никеля и гидрида. В процессе разрядки аккумулятора все реакции происходят в обратном направлении.

Преимуществами никель-металлогидридных аккумуляторов являются их высокая энергоемкость, отсутствие эффекта памяти, возможность быстрой зарядки и увеличенный срок службы по сравнению с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Однако, они остаются более чувствительными к высоким температурам и некоторым другим факторам, поэтому требуют правильного ухода и хранения, чтобы достичь максимальной производительности и длительности их использования.

Никель-металлогидридный аккумулятор: важное энергетическое устройство

Основное преимущество никель-металлогидридных аккумуляторов заключается в их высокой энергетической плотности, что означает, что они могут хранить большее количество энергии на единицу веса по сравнению с другими типами аккумуляторов.

Основной компонент никель-металлогидридных аккумуляторов – это электроды, состоящие из никелевых окислов и сплавов металлов с гидридами, такими как лантан или церий. Электролит, в котором находятся электроды, обычно является щелочным раствором, к примеру, калиевой или натриевой гидроксидом.

Когда аккумулятор заряжен, происходит обратимая реакция, при которой никелевые оксиды восстанавливаются, а гидриды металлов окисляются. Во время разрядки аккумулятора происходит обратный процесс – окисление никелевых оксидов и восстановление гидридов металлов.

Никель-металлогидридные аккумуляторы очень надежны и долговечны, они обычно могут выдерживать сотни циклов зарядки и разрядки, что делает их идеальным выбором для повторного использования. Они также обладают низким саморазрядом, что означает, что они могут долго храниться без потери заряда.

Однако, никель-металлогидридные аккумуляторы имеют некоторые ограничения. Они имеют небольшую поддержку тока, поэтому не рекомендуется использовать их в устройствах, требующих высокий уровень энергии. Также, некоторые модели никель-металлогидридных аккумуляторов могут иметь проблемы с памятью, что означает, что они могут потерять емкость при повторном заряде до полного разряда.

Что это такое

NiMH-аккумуляторы имеют большую плотность энергии и могут поставлять больше электроэнергии на долгом временном промежутке, что делает их идеальным выбором для многих устройств, таких как портативные электронные устройства, игрушки, фонари, электрические инструменты и т. д.

Эти аккумуляторы работают на основе химической реакции между никелевым окислителем (NiOOH) на положительном электроде и металлогидридом (как правило, прибором соединения, которое включает литий) на отрицательном электроде. При зарядке аккумуляторов происходит реверсия этой реакции: никелевый окислитель восстанавливается, а металлогидрид окисляется.

Одно из основных преимуществ NiMH-аккумуляторов - их способность быть перезаряжаемыми с большим количеством циклов зарядки и разрядки, что делает их более эффективными и экономичными в использовании по сравнению с одноразовыми батареями.

Принцип работы

Основным элементом NiMH аккумулятора является положительный электрод, состоящий из никель оксида, и отрицательный электрод, содержащий сплав никеля и металлического гидрида. Эти два электрода окружены электролитом и разделены перегородкой, чтобы предотвратить их прямое взаимодействие друг с другом.

Процесс зарядки NiMH аккумулятора осуществляется путем подачи постоянного тока на аккумулятор. Под действием этого тока и химической реакции никель оксида разрушается, освобождая кислород, и превращается в никельгидроксид. В то же время, сплав никеля и металлического гидрида в отрицательном электроде разрушается и образует гидриды.

При разрядке аккумулятора происходит обратный процесс. Из никельгидроксидного электрода выделяется кислород, а гидриды, находящиеся в отрицательном электроде, окисляются и образуют никель-гидридную смесь. При этом освобождается энергия, которая может быть использована для питания различных устройств.

Никель-металлогидридные аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии, позволяют легко подзарядиться и многократно использоваться. Они широко применяются в портативных устройствах, таких как фотоаппараты, мобильные телефоны и ноутбуки, а также в электротранспорте, таком как гибридные и электрические автомобили.

Преимущества и недостатки

Никель-металлогидридный аккумулятор (NiMH) имеет ряд преимуществ и недостатков, которые следует учитывать при его использовании:

• Преимущества:
• Большая емкость по сравнению с никель-кадмиевым аккумулятором;
• Отсутствие эффекта памяти, то есть отсутствие снижения емкости при частичной зарядке/разрядке;
• Низкий уровень саморазряда, что позволяет долго хранить заряженный аккумулятор без потери емкости;
• Более экологичный, чем никель-кадмиевый аккумулятор, так как не содержит токсичных элементов, таких как кадмий;
• Более длительный срок службы при правильном обращении;
• Широко доступен и имеет низкую стоимость по сравнению с другими типами аккумуляторов.

• Недостатки:
• Более низкое рабочее напряжение по сравнению с литий-ионным аккумулятором;
• Имеет сравнительно больше саморазрядку, особенно при высокой температуре;
• Может потерять в емкости при хранении без использования;
• Требует специальных мер предосторожности при зарядке и разрядке для предотвращения перезарядки или перегрева;
• Склонен к ухудшению производительности при высоких токах разрядки.

Перед использованием никель-металлогидридных аккумуляторов рекомендуется ознакомиться с инструкциями и рекомендациями производителя, чтобы оптимизировать их работу и продлить их срок службы.

Применение

Никель-металлогидридные аккумуляторы широко применяются в различных устройствах, включая:

• Портативные электронные устройства, такие как мобильные телефоны, планшеты и ноутбуки.
• Беспроводные наушники и гарнитуры.
• Электронные игрушки и игровые консоли.
• Портативные медицинские устройства, например, инсулиновые насосы.
• Электрические инструменты, такие как дрели и шуруповерты.

Благодаря своей высокой энергетической плотности и способности быстро отдавать энергию, никель-металлогидридные аккумуляторы также широко применяются в электрических автомобилях и гибридных автомобилях. Они обеспечивают длительное время работы и достаточно быструю зарядку.

Кроме того, никель-металлогидридные аккумуляторы идеально подходят для использования в системах резервного электропитания, таких как резервные источники электропитания для компьютеров и электронного оборудования. Они также могут использоваться в солнечных батареях для хранения электроэнергии и в системах электрозаправки для электрических велосипедов и скейтбордов.

Технические характеристики

Емкость:

Никель-металлогидридные аккумуляторы (Ni-MH) имеют обычно большую емкость по сравнению с обычными щелочными аккумуляторами.

Обычно емкость никель-металлогидридных аккумуляторов составляет от 500 до 3000 мАч, но могут быть и более высокой емкости. Более высокая емкость позволяет аккумулятору работать дольше на одном заряде и быть более эффективным.

Напряжение:

Напряжение никель-металлогидридных аккумуляторов составляет обычно 1,2 вольта на элемент. Это напряжение схоже с напряжением никель-кадмиевых аккумуляторов, а также с напряжением обычных щелочных и заряжаемых щелочных аккумуляторов.

Циклы зарядки:

Никель-металлогидридные аккумуляторы имеют обычно высокое количество циклов зарядки-разрядки, что позволяет использовать их многократно перед необходимостью замены. Обычно аккумуляторы могут выдерживать от 500 до 1000 циклов зарядки.

Саморазрядка:

Никель-металлогидридные аккумуляторы имеют более высокую саморазрядку по сравнению с другими типами аккумуляторов. Обычно аккумуляторы теряют около 10-15% своей емкости в течение первых 24 часов от установки на полке.

Поэтому рекомендуется заряжать аккумуляторы перед использованием, если они не использовались продолжительное время.

Эффект памяти:

Никель-металлогидридные аккумуляторы не обладают эффектом памяти, что означает, что не нужно разряжать аккумулятор полностью перед зарядкой, чтобы сохранить его емкость. Это позволяет заряжать аккумуляторы в любое время, без риска потери емкости.

Среда для использования:

Никель-металлогидридные аккумуляторы могут использоваться в широком диапазоне температур, обычно от -20 до +60 градусов Цельсия. Это делает их пригодными для использования как внутри помещений, так и на открытом воздухе при различных условиях.

Обратите внимание, что конкретные технические характеристики могут различаться в зависимости от производителя и модели аккумулятора.

Сравнение с другими типами аккумуляторов

Никель-металлогидридные аккумуляторы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами аккумуляторов.

Во-первых, по сравнению с никель-кадмиевыми аккумуляторами, никель-металлогидридные аккумуляторы имеют более высокую энергетическую плотность, что обеспечивает им большую емкость и длительнее время работы.

Во-вторых, по сравнению с свинцово-кислотными аккумуляторами, никель-металлогидридные аккумуляторы не содержат опасных токсичных веществ, таких как свинец и кадмий. Это делает их экологически безопасными и позволяет использовать их в различных областях, включая медицинское оборудование и портативные электронные устройства.

В-третьих, по сравнению с литиево-ионными аккумуляторами, никель-металлогидридные аккумуляторы имеют более низкую стоимость производства, что делает их более доступными для широкого спектра потребителей.

Итак, никель-металлогидридные аккумуляторы представляют собой превосходный выбор для множества приложений, обеспечивая высокую емкость, безопасность и доступность.