Нікель-металгідридні акумулятори. Ni-Cd, Ni-MH та Li-Ion акумулятори. В чому різниця. Плюси та мінуси Металгідридні акумулятори

З досвіду експлуатації

NiMH елементи широко рекламуються, як елементи з високою енергоємністю, що не бояться холоду та не мають пам'яті. Купивши цифрову фотокамеру Canon PowerShot A 610, я природно забезпечив її ємною пам'яттю на 500 знімків вищої якості, а для збільшення тривалості зйомок купив 4 NiMH елементи ємністю 2500 ма* годину фірми Duracell.

Порівняємо характеристики елементів, що випускаються промисловістю:

Параметри		Іонно-літієві Li-ion	Нікель-кадмієві NiCd	Нікель- метал-гідридні NiMH	Свинцево-кислотні Pb
Тривалість служби, циклів зарядки/розрядки		1-1,5 роки	500-1000		3 00-5000
Енергетична ємність, Вт * год / кг
Струм розряду, мА*ємність акумулятора
Напруга одного елемента,
Швидкість саморозряду		2-5% на місяць	10% за першу добу, 10% за кожний наступний місяць	вдвічі вище NiCd	40% на рік
Діапазон допустимих температур, градуси Цельсія	зарядки
	розрядки		-20... +65
Діапазон допустимих напруг,		2,5-4,3 (коксові), 3,0-4,3 (графітові)			5,25-6,85 (для батарей 6 В), 10,5-13,7 (для батарей 12 В)

Таблиця 1.

З таблиці бачимо NiMH елементи мають високу енергетичну ємність, що робить їх кращими при виборі.

Для їх заряджання було куплено інтелектуальне зарядний пристрій DESAY Full-Power Harger, що забезпечує зарядку NiMH елементів з їх тренуванням. Елементи воно заряджалося якісно, ​​але... Однак на шостій зарядці воно наказало довго жити. Вигоріла електроніка.

Після заміни зарядного пристрою та кількох циклів заряд-розряд, акумулятори стали сідати на другому – третьому десятку знімків.

Виявилося, що незважаючи на запевнення, NiMH елементи теж мають пам'ять.

А більшість сучасних портативних пристроїв, що їх використовують, мають вбудований захист, що відключає живлення при досягненні деякої мінімальної напруги. Це не дозволяє виконувати повну розрядку акумулятора. Тут і починає грати роль пам'ять елементів. Не повністю розряджені елементи одержують неповний заряд і їхня ємність падає з кожною перезарядкою.

Якісні зарядні пристрої дозволяють виконувати заряджання без втрати ємності. Але щось я не зміг знайти у продажу такого для елементів ємністю 2500маh. Залишається періодично проводити їхнє тренування.

Тренування елементів NiMH

Все написане нижче не відноситься до елементів акумуляторної батареї, що мають сильний саморозряд. . Їх можна лише викинути, досвід показує, тренування вони не піддаються.

Тренування елементів NiMH полягає в декількох (1-3) циклах розрядки - зарядки.

Розряджання виконується до зниження напруги на акумуляторному елементі до 1В. Бажано розряджати елементи індивідуально. Причина в тому, що здатність приймати заряд може бути різною. І вона посилюється під час зарядки без тренування. Тому відбувається до передчасного спрацьовування захисту за напругою вашого пристрою (плеєра, фотоапарата, ...) та подальшої зарядки нерозрядженого елемента. Результат цього наростаюча втрата ємності.

Розрядку необхідно виконувати у спеціальному пристрої (Рис.3), що дозволяє виконувати її індивідуально кожному за елемента. Якщо немає контролю напруги, розрядка виконувалася до помітного зниження яскравості лампочки.

А якщо Ви засічете час горіння лампочки, ви зможете визначити ємність акумулятора, вона обчислюється за формулою:

Місткість = Струм розрядки х Час розрядки = I х t (А * год)

Акумулятор ємністю 2500 ма годину здатний віддавати в навантаження струм 0,75 А протягом 3,3 години, якщо отриманий в результаті розрядки час менше, відповідно і менше залишкова ємність. І при зменшенні ємності Вам необхідно продовжити тренування акумулятора.

Зараз для розрядки елементів акумуляторів я застосовую пристрій, виготовлений за схемою показаною на рис.3.

Він виготовлений зі старого зарядного пристрою і виглядає так:

Тільки тепер лампочок 4 штуки, як у рис.3. Про лампочки треба сказати окремо. Якщо лампочка має струм розрядки рівний номінальному для даного акумулятораабо трохи менший її можна використовувати як навантаження та індикатор, інакше лампочка лише індикатор. Тоді резистор повинен мати таку величину, щоб сумарний опір El 1-4 і паралельного їй резистора R 1-4 було близько 1,6 Ом. Заміна лампочки на світлодіод неприпустима.

Приклад лампочки яка може бути використана як навантаження - це криптонова лампочка для кишенькового ліхтаря на 2,4 В.

Особливий випадок.

Увага! Виробники не гарантують нормальну роботу акумуляторів при зарядних струмах, що перевищують струм прискореної зарядки I зар повинен бути менше ємності акумулятора. Так для акумуляторів ємністю 2500ма * год він повинен бути нижче 2,5А.

Буває, що NiMH елементи після розрядки мають напругу менше 1,1 В. У цьому випадку необхідно застосувати прийом, описаний у наведеній вище статті в журналі СВІТ ПК. Елемент чи послідовна група елементів підключається до джерела живлення через автомобільну лампочку 21 Вт.

Ще раз звертаю Вашу увагу! Такі елементи обов'язково треба перевірити саморозряд! Найчастіше саме елементи зі зниженою напругою мають підвищений саморозряд. Ці елементи легше викинути.

Заряджання переважно індивідуальне для кожного елемента.

Для двох елементів напругою 1,2 В зарядна напруга не повинна перевищувати 5-6В. При форсованій зарядці лампочка одночасно є індикатором. При зниженні яскравості лампочки можна перевірити напругу на елементі NiMH. Воно буде більше 1,1 В. Зазвичай, ця початкова форсована зарядка займає від 1 до 10 хвилин.

Якщо NiMH елемент, що при форсованій зарядці протягом декількох хвилин не збільшує напругу, гріється - це привід зняти його з зарядки і відбракувати.

Рекомендую використовувати зарядні пристрої лише з можливістю тренування (регенерації) елементів під час перезаряджання. Якщо таких немає, то через 5-6 робочих циклів в апаратурі, не чекаючи повної втрати ємності, проводити їх тренування і відбраковувати елементи, що мають сильний саморозряд.

І вони Вас не підведуть.

В одному з форумів прокоментували цю статтюнаписано тупо, але більше нічого немаєТак це не "тупо", а просто і доступно для виконання на кухні кожному хто потребує допомоги. Тобто максимально просто. Просунуті можуть поставити контролер, підключити комп'ютер, ......, але це вже інша історія.

Щоб не здавалося тупо

Існують "розумні" зарядники для елементів NiMH.

Такий зарядник працює з кожним акумулятором окремо.

Він вміє:

1. індивідуально працювати з кожним акумулятором різних режимах,
2. заряджати акумулятори в швидкому та повільному режимі,
3. індивідуальний РК-дисплей для каздого акумуляторного відсіку,
4. незалежно заряджати кожен із акумуляторів,
5. заряджати від одного до чотирьох акумуляторів різної ємності та типорозміру (АА або ААА),
6. захищати акумулятор від перегріву,
7. захищати кожен акумулятор від перезаряджання,
8. визначення закінчення зарядки з падіння напруги,
9. визначати несправні акумулятори,
10. попередньо розряджати акумулятор до залишкової напруги,
11. відновлювати старі акумулятори (тренування заряд-розряд),
12. перевіряти ємність акумуляторів,
13. відображати на РК дисплеї: - Струм заряду, напруга, відображати поточну ємність.

Найголовніше, підкреслюю, даного типу пристрою дозволяють працювати індивідуально з кожним акумулятором.

За відгуками користувачів, такий зарядний пристрій дозволяє відновити більшість запущених акумуляторів, а справні експлуатувати весь гарантований термін експлуатації.

На жаль, я таким зарядником не користувався, оскільки в провінції його купити просто неможливо, але у форумах Ви можете знайти багато відгуків.

Головне не заряджайте на великих струмах, не дивлячись на заявлений режим зі струмами 0,7 - 1А, це все ж таки малогабаритний пристрій і може розсіяти потужність 2-5 Вт.

Висновок

Будь-яке відновлення NiMh акумуляторів суворо індивідуальна (з кожним окремим елементом) робота. З постійним контролем та відбраковуванням елементів, що не приймають зарядку.

І найкраще займатися їх відновленням за допомогою інтелектуальних зарядних пристроїв, які дозволяють індивідуально виконувати відбраковування та цикл заряду – розряд з кожним елементом. А оскільки таких пристроїв, що автоматично працюють з акумуляторами будь-якої ємності, не існує, то вони призначені для елементів строго певної ємності або повинні мати керовані струми зарядки, розрядки!

Серед інших елементів живлення часто використовують акумулятори Ni Mh. Ці батареї відрізняються високими технічними характеристикамиякі дозволяють максимально ефективно їх використовувати. Застосовується такий тип АКБ практично повсюдно, нижче ми розглянемо всі особливості таких батарей, а також розберемо нюанси експлуатації та широко відомих виробників.

Здриження

Що таке нікель-металгідридний акумулятор

Для початку варто відзначити, що нікель-металгідридний відноситься до вторинних джерел живлення. Він не виробляє енергію, перед роботою потрібна підзарядка.

Складається він із двох компонентів:

• анод - гідрид нікель-літій або нікель-лантан;
• катод – оксид нікелю.

Також використовується електроліт для порушення системи. Оптимальним електролітом вважається гідроксид калію. Це лужне джерело живлення за сучасною класифікацією.

Цей тип батарей прийшов на зміну нікель-кадмієвим АКБ. Розробникам вдалося мінімізувати недоліки, характерні для більш ранніх типів акумуляторів. Перші промислові зразки було поставлено ринку наприкінці 80-х.

на Наразівдалося значно підвищити щільність енергії, що запасається в порівнянні з першими прототипами. Деякі фахівці вважають, що межа густини ще не досягнута.

Принцип роботи та пристрій Ni Mh акумулятора

Для початку варто розглянути, як працює NiMh-батарея. Як згадувалося, складається цей елемент живлення з кількох компонентів. Розберемо їх докладніше.

Анодом тут є водень-абсорбуючий склад. Він здатний приймати в себе велику кількість водню, в середньому кількість поглиненого елемента може перевищувати обсяг електрода у 1000 разів. Для досягнення повної стабілізації сплав додають літій або лантан.

Катоди виготовляються з оксиду нікелю. Це дозволяє отримати якісний заряд між катодом та анодом. На практиці можуть застосовуватися самі різні типикатодів з технічного виконання:

• ламельні;
• металокерамічні;
• металовловні;
• пресовані;
• пенонікель (пінополімер).

Найбільшою ємністю та терміном служби відрізняються пінополімерні та металовиробні катоди.

Провідником між ними є луг. Тут використаний концентрований гідроксид калію.

Конструкція батареї може відрізнятися залежно від цілей та завдань. Найчастіше це згорнуті рулоном анод і катод, серед яких знаходиться сепаратор. Також зустрічаються варіанти, де пластини розміщуються по черзі, перекладені сепаратором. Обов'язковим елементом конструкції є запобіжний клапан, що спрацьовує при аварійному підвищенні тиску всередині АКБ до 2-4 МПа.

Які бувають Ni-Mh АКБ та їх технічні характеристики

Всі нікель-метал гідридні акумулятори - Rechargeable Battery (перекладається як акумуляторна батарея). АКБ даного типу виробляються різних видівта форм. Всі вони призначаються для різних цілей і завдань.

Є такі батареї, які зараз майже не застосовуються, або використовуються обмежено. До таких АКБ можна віднести тип «Крона», що її маркували 6KR61, раніше вони застосовувалися повсюдно, зараз зустріти їх можна тільки в старому обладнанні. Батареї типу 6KR61 мали напругу 9v.

Ми ж розберемо основні типи батарей та їх характеристики, які зараз застосовуються.

• АА.. Місткість коливається в межах 1700-2900 мА/год.
• ААА.. Іноді маркуються MN2400 чи MX2400. Місткість – 800-1000 мА/год.
• З.Середні за розмірами батареї. Мають ємність у межах 4500-6000 мА/год.
• D.Найбільш потужний тип батарей. Місткість від 9000 до 11500 мА/год.

Всі ці батареї мають напругу 1,5v. Також є деякі моделі із напругою 1,2v. Максимальна напруга 12v (за рахунок з'єднання 10 батарей 1,2v).

Плюси та мінуси Ni-Mh акумулятора

Як згадувалося, цей тип АКБ змінився старішим різновидам. На відміну від аналогів значно знизили «ефект пам'яті». Також знизили кількість шкідливих для природи речовин у процесі створення.

Акумуляторний блок із 8 батарей на 1,2v

До плюсів можна віднести такі нюанси.

• Добре працюють за низьких температур. Особливо це важливо для обладнання, яке експлуатується на вулиці.
• Знижений ефект пам'яті. Але, все ж таки він присутній.
• Нетоксичні батареї.
• Вища ємність у порівнянні з аналогами.

Також акумулятори цього типу мають недоліки.

• Вища величина саморозряду.
• Найдорожче у виробництві.
• Приблизно через 250-300 циклів заряд/розряд ємність починає знижуватися.
• Обмежений термін експлуатації.

Де застосовуються нікель металгідридні АКБ

Завдяки великій ємності використовувати такі батареї можна повсюдно. Будь-то шуруповерт, або складний вимірювальний прилад, у будь-якому разі подібний акумулятор без проблем забезпечить його енергією належної кількості.

У побуті найчастіше такі батареї використовуються в портативних освітлювальних приладах та радіоапаратурі. Тут вони демонструють відмінні показники, зберігаючи оптимальні споживчі властивості тривалий час. Причому можуть використовуватися як одноразові елементи, так і багаторазові, що регулярно заряджаються від зовнішніх джерел живлення.

Ще одне застосування – прилади. Завдяки достатній ємності їх можна застосовувати, зокрема, у переносному медичному обладнанні. Вони добре працюють у тонометрах та глюкометрах. Так як не виникає стрибків напруги, жодного впливу на результат виміру не виявляється.

Багато вимірювальних приладів у техніці доводиться застосовувати на вулиці, зокрема й узимку. Тут металгідридні батареї просто незамінні. Завдяки малій реакції на негативні температури, вони можуть використовуватися в найскладніших умовах.

Правила експлуатації

Потрібно враховувати, що у нових батарей досить великий внутрішній опір. Щоб домогтися деякого зниження цього параметра, слід на початку використання кілька разів «в нуль» розрядити АКБ. Для цього слід використовувати зарядні пристрої з такою функцією.

Увага! Це не стосується одноразових елементів живлення.

Часто можна почути питання до скільки вольт можна розряджати нікель-металогідридний акумулятор. Насправді його можна розряджати практично до нульових параметрів, у цьому випадку напруги недостатньо до підтримки роботи підключеного приладу.

Навіть рекомендується іноді чекати на повний розряд. Це дозволяє знизити ефект пам'яті. Відповідно, продовжується термін служби батареї. В іншому експлуатація елементів живлення цього типу не відрізняється від аналогів.

Чи потрібно розгойдувати Ni-Mh акумулятори

Важливим етапом експлуатації є розгойдування АКБ. Нікель-металгідридні батареї також потребують такої процедури. Особливо це важливо після тривалого зберігання, щоб відновити ємність та максимальну напругу.

Для цього необхідно розряджати до нуля елемент живлення. Зверніть увагу, що потрібно розряджати струмом. У результаті, ви повинні отримати мінімальна напруга. Так можна пожвавити АКБ, навіть якщо з дати виготовлення пройшло досить багато часу. Чим довше лежала батарея, тим більше циклів розгойдування потрібно. Зазвичай, щоб відновити ємність та опір потрібно 2-5 циклу.

Як відновити Ni Mh акумулятор

Незважаючи на всі переваги та особливості у таких елементів живлення все ж таки присутній «ефект пам'яті». Якщо батарея почала втрачати показники, то слід її відновити.

Перед початком роботи необхідно перевірити ємність батареї. Іноді виявляється, що практично неможливо досягти поліпшення характеристик, в такому випадку потрібно просто замінити акумулятор. Також перевіряємо батарею щодо несправності.

Саме сама робота схожа з розгойдуванням. Однак, тут домагаються не повного розряду, а просто зниження напруги рівня в 1v. Потрібно зробити 2-3 цикли. Якщо за цей час не вдалося досягти оптимального результату, варто визнати батарейку непридатною. Під час заряджання потрібно витримувати параметр Дельта Пік для конкретного АКБ.

Зберігання та утилізація

Варто зберігати АКБ за температури, наближеної до 0°C. Це оптимальний стан. Також необхідно враховувати, що зберігання має відбуватися лише протягом терміну придатності, ці дані вказані на упаковці, але в різних виробниківрозшифровка може відрізнятись.

Виробники на яких варто звернути увагу

Випускають Ni-Mh акумулятори усі виробники елементів живлення. У списку нижче можна побачити найбільш відомі компанії, що пропонують подібну продукцію.

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

Якщо дивитися на якість, у всіх вона приблизно однакова. Але, можна виділити батареї Varta і Panasonic, у них співвідношення ціни та якості найбільш оптимальне. В іншому можна використовувати будь-які з перерахованих акумуляторів без жодних обмежень.

Дана стаття про Нікель-металогідридні (Ni-MH) акумулятори вже давно є класикою на просторах російського інтернету. Рекомендую ознайомитись …

Нікель-металогідридні (Ni-MH) акумулятори за своєю конструкцією є аналогами нікель-кадмієвих (Ni-Cd) акумуляторів, а за електрохімічними процесами - нікель-водневих акумуляторів. Питома енергія Ni-MH акумулятора істотно вища за питому енергію Ni-Cd і водневих акумуляторів (Ni-H2)

ВІДЕО: Акумулятори нікель-металгідридні (NiMH)

Порівняльні характеристики акумуляторів

Параметри	Ni-Cd	Ni-H2	Ni-MH
Номінальна напруга, V	1.2	1.2	1.2
Питома енергія: Втч/кг Втч/л	20-40 60-120	40-55 60-80	50-80 100-270
Термін служби: роки цикли	1-5 500-1000	2-7 2000-3000	1-5 500-2000
Саморозряд, %	20-30 (За 28 діб.)	20-30 (за 1 добу)	20-40 (За 28 діб.)
Робоча температура, °С	-50 — +60	-20 — +30	-40 — +60

***Великий розкид деяких параметрів у таблиці викликаний різним призначенням(конструкціями) акумуляторів. Крім того, в таблиці не враховуються дані щодо сучасних акумуляторів з низьким саморозрядом

Історія Ni-MH акумулятора

Розробка нікель-метал-гідридних (Ni-MH) акумуляторних батарей розпочалася у 50-70-х рр. минулого століття. В результаті було створено новий спосібзбереження водню в нікель-водневих батареях, які використовувалися у космічних апаратах. У новому елементі водень накопичувався у сплавах певних металів. Сплави, що абсорбують водень обсягом у 1000 разів більше їхнього власного обсягу, було знайдено у 1960-х роках. Ці сплави складаються з двох або декількох металів, один з яких абсорбує водень, а інший каталізатором, що сприяє дифузії атомів водню в грати металу. Кількість можливих комбінацій металів, що застосовуються, практично не обмежена, що дає можливість оптимізувати властивості сплаву. Для створення Ni-MH акумуляторів знадобилося створення сплавів, працездатних при малому тиску водню та кімнатній температурі. В даний час робота зі створення нових сплавів та технологій їх обробки триває у всьому світі. Сплави нікелю з металами рідкісноземельної групи можуть забезпечити до 2000 циклів заряду-розряду акумулятора при зниженні ємності негативного електрода не більше ніж на 30%. Перший Ni-MH акумулятор, в якому як основний активний матеріал металгідридного електрода застосовувався сплав LaNi5, був запатентований Біллом в 1975 р. У ранніх експериментах з металгідридними сплавами, нікель-металгідридні акумулятори працювали нестабільно, і необхідної ємності. Тому промислове використання Ni-MH акумуляторів почалося лише в середині 80-х років після створення сплаву La-Ni-Co, що дозволяє електрохімічно оборотно абсорбувати водень протягом 100 циклів. З того часу конструкція Ni-MH акумуляторних батарей безперервно удосконалювалася у бік збільшення їхньої енергетичної щільності. Заміна негативного електрода дозволила підвищити в 1,3-2 рази закладку активних мас позитивного електрода, який визначає ємність акумулятора. Тому Ni-MH акумулятори мають у порівнянні з Ni-Cd акумуляторами значно вищими питомими енергетичними характеристиками. Успіх поширенню нікель-металгідридних акумуляторних батарей забезпечили висока енергетична щільність і нетоксичність матеріалів, що використовуються при їх виробництві.

Основні процеси Ni-MH акумуляторів

У Ni-MH акумуляторах як позитивний електрод використовується оксидно-нікелевий електрод, як і в нікель-кадмієвому акумуляторі, а електрод зі сплаву нікелю з рідкісноземельними металами, що поглинає водень, використовується замість негативного кадмієвого електрода. На позитивному оксидно-нікелевому електроді Ni-MH акумулятора протікає реакція:

Ni(OH) 2 + OH- → NiOOH + H 2 O + e - (заряд) NiOOH + H 2 O + e - → Ni(OH) 2 + OH - (розряд)

На негативному електроді метал з абсорбованим воднем перетворюється на металгідрид:

M + H 2 O + e - → MH + OH- (заряд) MH + OH - → M + H 2 O + e - (розряд)

Загальна реакція в Ni-MH акумуляторі записується так:

Ni(OH) 2 + M → NiOOH + MH (заряд) NiOOH + MH → Ni(OH) 2 + M (розряд)

Електроліт в основній струмоутворюючій реакції не бере участі. Після повідомлення 70-80% ємності та при перезаряді на оксидно-нікелевому електроді починає виділятися кисень,

2OH- → 1/2O 2 + H2O + 2e — (перезаряд)

який відновлюється на негативному електроді:

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

Дві останні реакції забезпечують замкнутий кисневий цикл. При відновленні кисню забезпечується ще й додаткове підвищення ємності металгідридного електрода за рахунок утворення групи ВІН -.

Конструкція електродів Ni-MH акумуляторів

Металоводневий електрод

Головним матеріалом, що визначає характеристики Ni-MH акумулятора, є водень-абсорбуючий сплав, який може поглинати об'єм водню, що у 1000 разів перевищує свій власний об'єм. Саме велике поширенняотримали сплави типу LaNi5, в яких частина нікелю замінена марганцем, кобальтом та алюмінієм для збільшення стабільності та активності сплаву. Для зменшення вартості деякі фірми-виробники замість лантану застосовують міш-метал (Мm, який являє собою суміш рідкісноземельних елементів, їх співвідношення в суміші близько до співвідношення в природних рудах), що включає крім лантану також церій, празеодим і неодим. При зарядно-розрядному циклуванні має місце розширення та стиск на 15-25% кристалічних ґрат водородабсорбуючих сплавів через абсорбцію та десорбцію водню. Такі зміни ведуть до утворення тріщин у сплаві через збільшення внутрішньої напруги. Утворення тріщин викликає збільшення площі поверхні, що піддається корозії при взаємодії зі лужним електролітом. З цих причин розрядна ємність негативного електрода поступово знижується. В акумуляторі з обмеженою кількістю електроліту це породжує проблеми, пов'язані з перерозподілом електроліту. Корозія сплаву призводить до хімічної пасивності поверхні через утворення стійких до корозії оксидів та гідроксидів, які підвищують перенапругу основної струмоутворюючої реакції металогідридного електрода. Утворення продуктів корозії відбувається зі споживанням кисню та водню з розчину електроліту, що, своєю чергою, викликає зниження кількості електроліту в акумуляторі та підвищення його внутрішнього опору. Для уповільнення небажаних процесів диспергування та корозії сплавів, що визначають термін служби Ni-MH акумуляторів, застосовуються (крім оптимізації складу та режиму виробництва сплаву) два основні методи. Перший спосіб полягає в микрокапсулировании частинок металу, тобто. у покритті поверхні тонким пористим шаром (5-10 %) — за масою нікелю чи міді. Другий метод, який знайшов найбільш широке застосування в даний час, полягає в обробці поверхні сплаву частинок в лужних розчинах з формуванням захисних плівок, що проникають для водню.

Оксиднонікелевий електрод

Оксидно-нікелеві електроди в масовому виробництвівиготовляються в наступних конструктивних модифікаціях: ламельні, безламельні спечені (металокерамічні) та пресовані, включаючи таблеткові. В останні роки починають використовуватися безламельні повстяні та пінополімерні електроди.

Ламельні електроди

Ламельні електроди є набір об'єднаних між собою перфорованих коробочок (ламелей), виготовлених з тонкої (товщиною 0,1 мм) нікельованої сталевої стрічки.

Спечені (металокерамічні) електроди

електроди цього типу складаються з пористої (з пористістю не менше 70%) металокерамічної основи, в порах якої розташовується активна маса. Основу виготовляють з карбонильного нікелевого дрібнодисперсного порошку, який у суміші з карбонатом амонію або карбамідом (60-65% нікелю, інше наповнювач) напресовують, накочують або напилюють на сталеву або нікелеву сітку. Потім сітку з порошком піддають термообробці у відновлювальній атмосфері (зазвичай в атмосфері водню) при температурі 800-960 °С, при цьому карбонат амонію або карбамід розкладається та випаровується, а нікель спікається. Отримані таким чином основи мають товщину 1-2,3 мм, пористість 80-85% і радіус пір 5-20 мкм. Основу по черзі просочують концентрованим розчином нікелю нітрату або сульфату нікелю і нагрітим до 60-90 °С розчином лугу, яка спонукає осадження оксидів і гідроксидів нікелю. Нині використовується також електрохімічний метод просочення, у якому електрод піддається катодної обробці розчині нітрату нікелю. Через утворення водню розчин у порах пластини підлужується, що призводить до осадження оксидів та гідроксидів нікелю у порах пластини. До різновидів спечених електродів відносять фольгові електроди. Електроди виробляють нанесенням на тонку (0,05 мм) перфоровану нікелеву стрічку з двох сторін, методом пульверизації, спиртової емульсії нікелевого карбонильного порошку, що містить сполучні речовини, спіканням та подальшим хімічним або електрохімічним просоченням реагентами. Товщина електрода становить 04-06 мм.

Пресовані електроди

Пресовані електроди виготовляють методом напресування під тиском 35-60 МПа активної маси на сітку або сталеву перфоровану стрічку. Активна маса складається з гідроксиду нікелю, гідроксиду кобальту, графіту та сполучної речовини.

Металовловні електроди

Металовловні електроди мають високопористу основу, зроблену з нікелевих або вуглецевих волокон. Пористість цих основ - 95% і більше. Повстяний електрод виконаний на базі нікельованого полімерного або вуглеграфітового фетру. Товщина електрода, залежно від його призначення, знаходиться в діапазоні 0,8-10 мм. Активна маса вноситься у повсть різними методамизалежно від його густини. Замість повсті може використовуватися пенонікель, одержуваний нікелюванням пінополіуретану з подальшим відпалом у відновлювальному середовищі. До високопористого середовища вносяться зазвичай методом намазки паста, що містить гідроксид нікелю, і сполучна. Після цього основа з пастою сушиться та вальцюється. Повстяні та пінополімерні електроди характеризуються високою питомою ємністю та великим ресурсом.

Конструкція Ni-MH акумуляторів

Ni-MH акумулятори циліндричної форми

Позитивний та негативний електроди, розділені сепаратором, згорнуті у вигляді рулону, який вставлений у корпус і закритий кришкою, що герметизує, з прокладкою (рисунок 1). Кришка має запобіжний клапан, що спрацьовує при тиску 2-4 МПа у разі збою при експлуатації акумулятора.

Рис.1. Конструкція нікель-металгідридного (Ni-MH) акумулятора: 1-корпус, 2-кришка, 3-ковпачок клапана, 4-клапан, 5-колектор позитивного електрода, 6-ізоляційне кільце, 7-негативний електрод, 8-сепаротор, 9 позитивний електрод, 10 ізолятор.

Ni-MH акумулятори призматичної форми

У призматичних Ni-MH акумуляторах позитивні та негативні електроди розміщені по черзі, а між ними розміщується сепаратор. Блок електродів вставлений у металевий або пластмасовий корпус і закритий кришкою, що герметизує. На кришці зазвичай встановлюється клапан або датчик тиску (рисунок 2).

Рис.2. Конструкція Ni-MH акумулятора: 1-корпус, 2-кришка, 3-ковпачок клапана, 4-клапан, 5-ізоляційна прокладка, 6-ізолятор, 7-негативний електрод, 8-сепаротор, 9-позитивний електрод.

У Ni-MH акумуляторах використовується лужний електроліт, що складається з КОН із добавкою LiOH. Як сепаратор в Ni-MH акумуляторах застосовуються неткані поліпропілен і поліамід товщиною 0,12-0,25 мм, оброблені змочувачем.

Позитивний електрод

У Ni-MH акумуляторах застосовуються позитивні оксидно-нікелеві електроди, аналогічні використовуваним у Ni-Cd акумуляторах. У Ni-MH акумуляторах в основному застосовуються металокерамічні, а останніми роками — повстяні та пінополімерні електроди (див. вище).

Негативний електрод

Практичне застосування в Ni-MH акумуляторах знайшли п'ять конструкцій негативного металогідридного електрода (див. вище): - Ламельна, коли порошок водень-абсорбуючого сплаву зі сполучною речовиною або без сполучного, запресований в нікелеву сітку; - Пінонікелева, коли паста зі сплавом і сполучною речовиною вводиться в пори пенонікелевої основи, а потім сушиться і пресується (вальцюється); - фольгова, коли паста зі сплавом і сполучною речовиною наноситься на перфоровану нікелеву або сталеву нікельовану фольгу, а потім сушиться та пресується; - вальцьована, коли порошок активної маси, що складається зі сплаву та сполучної речовини, наноситься вальцюванням (прокаткою) на розтяжну нікелеву решітку або мідну сітку; - спечена, коли порошок сплаву напресовується на нікелеву сітку і потім спікається в атмосфері водню. Питомі ємності металогідридних електродів різних конструкцій близькі за значенням і визначаються, переважно, ємністю сплаву.

Характеристики акумуляторів Ni-MH. Електричні характеристики

Напруга розімкнутого ланцюга

Значення напруги розімкнутого ланцюга Uр.ц. Ni-MH-системи точно визначити важко внаслідок залежності рівноважного потенціалу оксидно-нікелевого електрода від ступеня окислення нікелю, а також залежності рівноважного потенціалу металогідридного електрода від ступеня насичення його воднем. Через 24 години після заряду акумулятора напруга розімкнутого ланцюга зарядженого Ni-MH акумулятора знаходиться в інтервалі 1,30-1,35В.

Номінальна розрядна напруга

Uр при нормованому струмі розряду Iр = 0,1-0,2С (З - номінальна ємність акумулятора) при 25 ° С становить 1,2-1,25В, звичайна кінцева напруга - 1В. Напруга зменшується зі зростанням навантаження (див. рисунок 3)

Рис.3. Розрядні характеристики Ni-MH акумулятора при температурі 20°С та різних нормованих струмах навантаження: 1-0,2С; 2-1С; 3-2С; 4-3С

Ємність акумуляторів

З підвищенням навантаження (зменшення часу розряду) та при зниженні температури ємність Ni-MH акумулятора зменшується (рисунок 4). Особливо помітно вплив зниження температури на ємність при великих швидкостях розряду і при температурах нижче 0°С.

Рис.4. Залежність розрядної ємності Ni-MH акумулятора від температури за різних струмів розряду: 1-0,2С; 2-1С; 3-3С

Збереження та термін служби Ni-MH акумуляторів

Під час зберігання відбувається саморозряд Ni-MH акумулятора. Через місяць при кімнатній температурі втрата ємності становить 20-30%, а при подальшому зберіганні втрати зменшуються до 3-7% на місяць. Швидкість саморозряду підвищується зі збільшенням температури (див. рисунок 5).

Рис.5. Залежність розрядної ємності Ni-MH акумулятора від часу зберігання за різних температур: 1-0°С; 2-20 ° С; 3-40°С

Заряджання Ni-MH акумулятора

Напрацювання (число розрядно-зарядних циклів) та термін служби Ni-MH акумулятора значною мірою визначаються умовами експлуатації. Напрацювання знижується зі збільшенням глибини та швидкості розряду. Напрацювання залежить від швидкості заряду та способу контролю його закінчення. Залежно від типу Ni-MH акумуляторів, режиму роботи та умов експлуатації, акумулятори забезпечують від 500 до 1800 розрядно-зарядних циклів при глибині розряду 80% і мають термін служби (в середньому) від 3 до 5 років.

Для забезпечення надійної роботи Ni-MH акумулятора протягом гарантованого терміну потрібно дотримуватись рекомендацій та інструкцій виробника. Найбільшу увагу слід приділити температурному режиму. Бажано уникати перерозрядів (нижче 1В) та коротких замикань. Рекомендується використовувати Ni-MH акумулятори за призначенням, уникати поєднання вживаних та невикористаних акумуляторів, не припаювати безпосередньо до акумулятора дроту або інші частини. Ni-MH акумулятори більш чутливі до перезарядження, ніж Ni-Cd. Перезаряджання може призвести до теплового розгону. Зарядка зазвичай проводиться струмом Iз=0,1С протягом 15 годин. Компенсаційний підзаряд виробляють струмом Iз=0,01-0,03С протягом 30 годин і більше. Прискорений (за 4-5 годин) і швидкий (за 1 годину) заряди можливі для Ni-MH акумуляторів, що мають високоактивні електроди. При таких зарядах процес контролюється зміною температури ΔТ і напруги ΔU та іншим параметрам. Швидкий заряд застосовується, наприклад, для Ni-MH акумуляторів, що живлять ноутбуки, стільникові телефони, електричні інструменти, хоча в ноутбуках та стільникових телефонах зараз в основному використовуються літій-іонні та літій-полімерні акумулятори. Рекомендується також триступінчастий спосіб заряду: перший етап швидкого заряду (1С і вище), заряд зі швидкістю 0,1С протягом 0,5-1 год для заключної підзарядки, і заряд зі швидкістю 0,05-0,02С як компенсаційний підзаряд. Інформація про способи заряду Ni-MH акумуляторів зазвичай міститься в інструкціях фірми-виробника, а струм зарядки, що рекомендується, вказаний на корпусі акумулятора. Зарядна напруга Uз при Iз = 0,3-1С лежить в інтервалі 1,4-1,5В. Через виділення кисню на позитивному електроді, кількість електрики відданого при заряді (Qз) більше розрядної ємності (Ср). При цьому віддача по ємності (100 Ср/Qз) становить 75-80% та 85-90% відповідно для дискових та циліндричних Ni-MH акумуляторів.

Контроль заряду та розряду

Для виключення перезаряджання Ni-MH акумуляторних батарей можуть застосовуватися такі методи контролю заряду з відповідними датчиками, що встановлюються в акумуляторні батареїабо зарядні пристрої:

• метод припинення заряду за абсолютною температурою Тmax. Температура батареї постійно контролюється під час процесу заряду, а при досягненні максимального значенняшвидкий заряд переривається;
• метод припинення заряду за швидкістю зміни температури ΔT/Δt. При застосуванні цього методу крутість температурної кривої акумуляторної батареї постійно контролюється під час процесу заряду, а коли цей параметр стає вищим за певно встановленого значення, заряд переривається;
• метод припинення заряду негативною дельтою напруги -ΔU. В кінці заряду акумулятора при здійсненні кисневого циклу починає підвищуватися його температура, що призводить до зменшення напруги;
• метод припинення заряду за максимальним часом заряду t;
• метод припинення заряду по максимальному тиску Pmax. Використовується зазвичай у призматичних акумуляторах великих розмірівта ємності. Рівень допустимого тиску призматичному акумуляторі залежить від його конструкції і лежить в інтервалі 0,05-0,8 МПа;
• метод припинення заряду максимальної напруги Umax. Застосовується для вимкнення заряду акумуляторів з високим внутрішнім опором, який з'являється наприкінці терміну служби через нестачу електроліту або при зниженій температурі.

При застосуванні методу Тmax акумулятор може бути занадто перезарядженим, якщо температура довкіллязнижується або батарея може отримати недостатньо заряду, якщо температура навколишнього середовища значно підвищується. Метод T/Δt може застосовуватися дуже ефективно для припинення заряду при низьких температурах навколишнього середовища. Але якщо при вищих температурах застосовувати тільки цей метод, то акумулятори всередині акумуляторних батарей будуть нагріватися до небажано високих температур до того, як може бути досягнуто значення ΔT/Δt для відключення. Для певного значення ΔT/Δt може бути отримана більша вхідна ємність при нижчій температурі навколишнього середовища, ніж при більш високій температурі. На початку заряду акумуляторної батареї (як і наприкінці заряду) відбувається швидке підвищення температури, що може призвести до передчасного відключення заряду при застосуванні методу T/Δt. Для виключення цього розробники зарядних пристроїв використовують таймери початкової затримки спрацьовування датчика методу ΔT/Δt. Метод -U є ефективним для припинення заряду при низьких температурах навколишнього середовища, а не при підвищених температурах. У цьому сенсі метод нагадує метод ΔT/Δt. Для забезпечення припинення заряду в тих випадках, коли непередбачені обставини перешкоджають нормальному перериванню заряду, також рекомендується використовувати контроль за таймером, що регулює тривалість операції заряду (метод t). Таким чином, для швидкого заряду акумуляторних батарей нормованими струмами 0,5-1С при температурах 0-50 °С доцільно застосовувати одночасно методи Тmax (з температурою відключення 50-60 °С залежно від конструкції акумуляторів та батарей), -ΔU (5- 15 мВ на акумулятор), t (зазвичай для отримання 120% номінальної ємності) та Umax (1,6-1,8 на акумулятор). Замість методу -U може використовуватися метод T/Δt (1-2 °С/хв) з таймером початкової затримки (5-10 хв). Для контролю заряду так само див. Для Ni-MH акумуляторів не рекомендується заряд при постійній напрузі, оскільки може статися «тепловий вихід з ладу» акумуляторів. Це пов'язано з тим, що наприкінці заряду відбувається підвищення струму, який пропорційний різниці між напругою електроживлення і напругою акумулятора, а напруга акумулятора в кінці заряду знижується через підвищення температури. При низьких температурах швидкість заряду має бути зменшена. В іншому випадку кисень не встигне рекомбінуватися, що призведе до зростання тиску в акумуляторі. Для експлуатації в таких умовах рекомендуються Ni-MH акумулятори із високопористими електродами.

Переваги та недоліки Ni-MH акумуляторів

Значне збільшення питомих енергетичних параметрів не єдина перевага Ni-MH акумуляторів перед Ni-Cd акумуляторами. Відмова від кадмію означає також перехід до більш екологічно чистих виробництв. Легше вирішується і проблема утилізації акумуляторів, що вийшли з ладу. Ці переваги Ni-MH акумуляторів визначили більш швидке зростання обсягів їх виробництва у всіх провідних світових акумуляторних компаній, порівняно з Ni-Cd акумуляторами.

Ni-MH акумуляторів не має «ефекту пам'яті», властивого Ni-Cd акумуляторам через утворення нікелату в негативному кадмієвому електроді. Однак ефекти, пов'язані з перезарядом оксидно-нікелевих електродів, зберігаються. Зменшення розрядної напруги, яке спостерігається при частих і довгих перезарядах так само, як і у Ni-Cd акумуляторів, може бути усунуте при періодичному здійсненні кількох розрядів до 1В - 0.9В. Такі розряди достатньо проводити 1 раз на місяць. Однак нікель-металогідридні акумулятори поступаються нікель-кадмієвим, які вони покликані замінити, за деякими експлуатаційними характеристиками:

• Ni-MH акумулятори ефективно працюють у вужчому інтервалі робочих струмів, що пов'язано з обмеженою десорбцією водню металгідридного електрода при дуже високих швидкостях розряду;
• Ni-MH акумулятори мають більш вузький температурний діапазон експлуатації: більша їх частина непрацездатна при температурі нижче -10 ° С і вище +40 ° С, хоча в окремих серіях акумуляторів коригування рецептур забезпечило розширення температурних меж;
• протягом заряду Ni-MH акумуляторів виділяється більше теплоти, ніж при заряді Ni-Cd акумуляторів, тому з метою попередження перегріву батареї з Ni-MH акумуляторів у процесі швидкого заряду та/або значного перезаряду в них встановлюють термо-запобіжники або термо-реле, які мають у своєму розпорядженні на стінці одного з акумуляторів в центральній частині батареї (це відноситься до промислових акумуляторних зборок);
• Ni-MH акумулятори мають підвищений саморозряд, що визначається неминучістю реакції водню, розчиненого в електроліті, з позитивним оксидно-нікелевим електродом (але, завдяки використанню спеціальних сплавів негативного електрода, вдалося досягти зниження швидкості саморозряду до величин, близьких до показників для Ni-Cd акумуляторів );
• небезпека перегріву при заряді одного з Ni-MH акумуляторів батареї, а також переполюсування акумулятора з меншою ємністю при розряді батареї, зростає з неузгодженістю параметрів акумуляторів внаслідок тривалого циклування, тому створення батарей більш ніж з 10 акумуляторів не рекомендується;
• втрати ємності негативного електрода, які мають місце в Ni-MH акумуляторі при розряді нижче 0 В, незворотні, що висуває більш жорсткі вимоги до підбору акумуляторів у батареї та контролю процесу розряду, ніж у разі використання Ni-Cd акумуляторів, як правило, рекомендується розряд до 1 В/ак у батареях незначної напруги та до 1,1 В/ак у батареї з 7-10 акумуляторів.

Як зазначалося раніше, деградація Ni-MH акумуляторів визначається насамперед зниженням при циклуванні сорбуючої здатності негативного електрода. У циклі заряду-розряду відбувається зміна об'єму кристалічних грат сплаву, що призводить до утворення тріщин і подальшої корозії при реакції з електролітом. Утворення продуктів корозії відбувається з поглинанням кисню та водню, внаслідок чого зменшується загальна кількість електроліту та підвищується внутрішній опір акумулятора. Слід зауважити, що характеристики Ni-MH акумуляторів суттєво залежать від сплаву негативного електрода та технології обробки сплаву для підвищення стабільності його складу та структури. Це змушує виробників акумуляторів уважно ставитися до вибору постачальників металу, а споживачів акумуляторів - до вибору фірми-виробника.

За матеріалами сайтів pоwеrinfо.ru, «Чіп та Діп»

З 1932 року робилися спроби відновити експерименти. У той час було запропоновано ідею введення всередину пористого пластинчастого нікелевого електроду з активних металів, які б забезпечили кращий рух зарядів і значно знизили б вартість виробництва акумуляторів.

Але тільки після Другої світової війни (1947 року) розробники дійшли майже сучасною схемоюгерметичні Ni-Cd акумулятори.

Що потрібно знати про Ni-MH акумулятори

За такої конструкції внутрішні гази, Що виділяються під час заряду поглиналися не прореагував частиною катода, а не випускалися назовні, як у попередніх варіантах.

Якщо з будь-яких причин (перевищення зарядного струму, зниження температури) швидкість анодного утворення кисню виявиться вищою за швидкість його катодної іонізації, то різке підвищення внутрішнього тиску може призвести до вибуху акумулятора. Для запобігання цьому корпус батареї виготовляється зі сталі, а іноді навіть є запобіжний клапан.

З того часу конструкція Ni-Cd батарей істотних змін не зазнала (рис. 2).

Рисунок 2 - Будова Ni-Cd акумулятора

Основу будь-якого акумулятора складають позитивний та негативний електроди.

У цій схемі позитивний електрод (катод) містить гідрооксид нікелю NiOOH з графітовим порошком (5-8%), а негативний (анод) - металевий кадмій Cd у вигляді порошку.

Акумулятори цього типу часто називають рулонними, так як електроди скатані в циліндр (рулон) разом з шаром, що розділяє, поміщені в металевий корпус і залиті електролітом. Розділювач (сепаратор), зволожений електролітом, ізолює пластини одна від одної. Він виготовляється з нетканого матеріалу, який має бути стійким до дії лугу. Електролітом найчастіше виступає гідрооксид калію KOH з добавкою гідроксиду літію LiOH, що сприяє утворенню нікелатів літію та збільшення ємності на 20%.

Рисунок 3 — Напруга на акумуляторі під час заряду або розряду, залежно від рівня заряджання.

Під час розрядки активні нікель і кадмій трансформуються в гідрооксиди Ni(OH)2 та Cd(OH)2.

До основних переваг Ni-Cd акумуляторів належать:

— низька вартість;

- робота в широкому температурному діапазоні та стійкість до її перепадів (наприклад, Ni-Cd акумулятори можуть заряджатися при негативній температурі, що робить їх незамінними при роботі в умовах крайньої півночі);

- вони можуть віддавати в навантаження значно більший струм, ніж інші види акумуляторів;

- стійкість до великих струмів заряду та розряду;

- відносно короткий час заряду;

- велика кількість циклів «заряду-розряду» (при правильної експлуатаціївони витримують понад 1000 циклів);

- Легко відновлюються після тривалого зберігання.

Недоліки Ni-Cd акумуляторів:

- Наявність ефекту пам'яті - якщо регулярно ставити не до кінця розряджений акумулятор на зарядку, його ємність буде знижуватися за рахунок зростання кристалів на поверхні пластин та інших фізико-хімічних процесів. Щоб акумулятор не «віддав кінці» заздалегідь, хоча б раз на місяць його необхідно «тренувати», про що сказано трохи нижче;

- Кадмій - дуже токсична речовина, тому виробництво Ni-Cd акумуляторів погано позначається на екології.

Також виникають проблеми з переробкою та утилізацією самих акумуляторів.

- Низька питома ємність;

- велика вага та габарити в порівнянні з іншими типами акумуляторів при однаковій ємності;

- Високий саморозряд (після заряду за перші 24 години роботи втрачають до 10%, а за місяць - до 20% запасеної енергії).

Рисунок 4 - Саморозряд Ni-Cd акумуляторів

В даний час кількість акумуляторів Ni-Cd стрімко скорочується, їм на зміну прийшли, зокрема, Ni-MH батареї.

3. Нікель-металогідридні акумулятори

Протягом кількох десятиліть нікель-кадмієві акумулятори використовувалися досить широко, але висока токсичність виробництва змушувала шукати альтернативні технології. В результаті були створені нікель-металогідридні батареї, що виробляються і до сьогодні.

Незважаючи на те, що роботи над створенням Ni-MH акумуляторів почалися ще в 1970-х роках, стійкі металогідридні сполуки, здатні пов'язувати великі обсяги водню, були знайдені лише через десять років.

Перший Ni-MH акумулятор, в якому як основний активний матеріал металогідридного електрода застосовувався сплав LaNi5, був запатентований Віллом в 1975 р. У ранніх експериментах з металогідридними сплавами, нікель-металогідридні акумулятори працювали нестабільно, і необхідної до необхідної допоміжної. Тому промислове використання Ni-MH акумуляторів почалося лише в середині 80-х років після створення сплаву La-Ni-Co, що дозволяє електрохімічно оборотно абсорбувати водень протягом 100 циклів. З того часу конструкція Ni-MH акумуляторних батарей безперервно удосконалювалася у бік збільшення їхньої енергетичної щільності.

Нікель-металогідридні акумулятори за своєю конструкцією є аналогами нікель-кадмієвих акумуляторів, а за електрохімічними процесами – нікель-водневих акумуляторів. Питома енергія Ni-MH-акумулятора значно вища за питому енергію Ni-Cd- і Ni-Н2-акумуляторів (таблиця 1).

Таблиця 1

Значний розкид деяких параметрів таблиці 1 пов'язані з різним призначенням (конструкціями) акумуляторів. Відмінними рисамиНМ-акумулятора є висока ємність, високі потужнісні (критичні) характеристики (здатність заряду і розряду великими струмами), здатність витримувати надлишковий заряд і надглибокий розряд (переполюсування), відсутність дендрітоутворень. Дуже важливою перевагою НМ-акумулятора перед НК-акумулятором є відсутність екологічно шкідливого елемента - кадмію. За напругою, типорозмірами, конструктивним виконанням та технологією НМ-акумулятор відповідає НК-акумулятору, і вони можуть бути взаємозамінні як у виробництві, так і в експлуатації.

Заміна негативного електрода дозволила підвищити в 1,3-2 рази закладку активних мас позитивного електрода, який визначає ємність акумулятора. Тому Ni-MH акумулятори мають у порівнянні з Ni-Cd акумуляторами значно вищими питомими енергетичними характеристиками.

В результаті область застосування НМ-акумуляторів близька до області застосування НК-акумуляторів, НМ-акумулятори використовуються в стільникових телефонах, пейджерах, радіотелефонах, сканерах, ліхтарях, радіостанціях, електровелосипедах, електромобілях, гібридних автомобілях, електронних таймерах і декадних лічильниках MBU) та центральних процесорах (СР) комп'ютерів та ноутбуків, пристроях виявлення наявності вогню та диму, пристроях охоронної сигналізації, прилади екологічного аналізу води та повітря, блоки пам'яті електронно-керованих обробних верстатів, радіоприймачі, диктофони, калькулятори, електричні бритва, слухові апарати, електричні іграшки тощо.

На відміну від Ni-Cd в Ni-MH батареях як анод береться метал металів, що поглинають водень. Лужний електроліт, як і раніше, не бере участі в реакції, що ґрунтується на переміщенні іонів водню між електродами. У ході зарядки гідрооксид нікелю Ni(OH)2 перетворюється на оксигідрит NiOOH, віддаючи водень сплаву негативного електрода. Поглинання водню не є ізотермічною реакцією, тому метали для сплаву завжди підбирають таким чином, щоб один із них при зв'язуванні газу виділяв, а інший, навпаки, поглинав тепло. Теоретично це мало забезпечити тепловий баланс, проте, нікель-металлогидридные акумулятори гріються значно сильніше, ніж нікель-кадмієві.

Успіх поширенню нікель-металогідридних акумуляторних батарей забезпечили висока енергетична щільність і нетоксичність матеріалів, що використовуються при їх виробництві.

4. Основні процеси Ni-MH акумуляторів

У Ni-MH акумуляторах як позитивний електрод використовується оксидно-нікелевий електрод, як і в нікель-кадмієвому акумуляторі, а електрод зі сплаву нікелю з рідкісноземельними металами, що поглинає водень, використовується замість негативного кадмієвого електрода.

Детальний опис нікель-металогідридних акумуляторів

Всі ми звикли до того, що в автомобілях переважно використовуються свинцеві акумулятори.

Утримувачі елементів АА. Спроба відновити ємність відпрацьованих акумуляторів NiCd і NiMh.

Але існують інші типи батарей, які забезпечують запуск і рух автомобіля, і одна з них - це нікель-металогідридний акумулятор, про переваги і недоліки якої ми поговоримо з вами сьогодні.

Застосовуються переважно у гібридних автомобілях чи электрокарах. Отже, що потрібно знати про властивості акумулятора даного типу?

Переваги нікель-металогідридних батарей

• Висока потужністьбатареї (порівняно з нікель-кадмієвими акумуляторами). Різниця становить до 40%. При цьому, така батарея має малу вагу
• У нікель-металогідридних акумуляторів дуже низький ефект пам'яті, а це означає, що користувач може без проблем заряджати елементи живлення, не чекаючи їх повної розрядки
• NiMH-батарея має високою механічною надійністю
• Повні цикли зарядки-розрядкитакого акумулятора проводяться значно рідше, ніж батареї NiCd
• Нікель металогідридні акумулятори не вимагають особливих умов транспортування
• Ці батареї екологічно чисті, після закінчення терміну експлуатації їх без проблем можна утилізувати

Недоліки нікель-металгідридних акумуляторних батарей

На жаль, недоліки такого типу батарей теж є. І найголовніший із них — це дуже високий рівеньсаморозряду. Іншими словами, навіть у тому випадку, якщо автомобіль стоїть і не експлуатується, батарея розряджається.

Щоб продовжити термін служби батареї, якщо батарея не експлуатувалася надто довго, перед заряджанням її необхідно повністю розрядити. Таким чином, продовжте термін її служби.

Наступний недолік нікель-металогідридного акумулятора - це порівняно мале (близько 600) циклів заряду.

Вищеописана батарея також погано переносить високі температури (від 25 градусів тепла), тому зберігати її потрібно у прохолодних умовах. Тут потрібно враховувати також те, що зберігання батареї в розрядженому стані прискорює її старіння. Середній термін зберігання – 3 роки.

Крім того, важливо враховувати також тир зарядного пристрою, який ви збираєтеся використовувати для заряджання нікель металогідридного акумулятора. Воно має бути зі стадійним алгоритмом заряду, так ви уникнете перегріву та перезарядження акумулятора, які негативно впливають на його якісні характеристики.

Ще один фактор, який слід враховувати при експлуатаціїнікель металогідридних акумуляторів - тут дуже важливо не перевищувати максимально допустимі навантаження рекомендовані виробником.

І насамкінець: при дотриманні всіх норм і правил використання, а також зберігання нікель-металогідридних акумуляторів, вони будуть служити вам дуже довго.

FONAREVKA.RU — Все про ліхтарі та освітлювальну техніку > Джерела живлення та зарядні пристрої > Вторинні елементи живлення (Акумулятори) > Правильне відновлення NI-MH акумуляторів

Перегляд повної версії: Правильне відновлення акумуляторів NI-MH

Добридень.
Заголовок вийшов трохи жовтим, так. Зміст швидше навпаки — питання, а не розповідь, як Ви очікували. Але в міру заповнення теми я думаю вона може бути корисна читаючим пізніше.

Власне, потрапив до мене такий зоопарк акумуляторів (прил 1), які люди викинули.
Щось мені підказує, що майже всі з них заряджалися тупими дешевими зарядками за 50р, не вчасно заряджалися і неправильно зберігалися, і від цього втратили в ємності.
І це щось мені так само нагадує, що багато з них можна реанімувати і благополучно використовувати в будь-яких не високострумових пристроях, типу слабких ліхтариків, плеєрів, годинників, пультів і т.п.

У мене є зарядка LaCrosse, яка вміє тренувати банки, і, напевно, всі вже знають — це працює. Також є аймакс.
З особистого досвіду— я знайшов найдавніший нікель-кадмієвий акумулятор (прил. 2), я його купував більше 10 років тому для плеєра mp3, тоді це був найємніший. Так ось, через рік використання та 9 років валяння у столі лакросс показав ємність у шалених 120 мАг. Через 7 циклів зарядки-розрядки в режимі відновлення - ємність при розряді 250 ма становить 650 мАг. Непогано, правда?

Так от, власне, в чому у мене виникла проблема: заряджати нікель струмами більше 0,7С і нижче 0.2С шкідливо. А яким же їхнім струмом ганяти на розряд-заряд для оптимального, скажімо так, відновлення?

Принцип роботи нікель-металогідридних акумуляторів та можливості їх заміни

В інтернетах повно суперечливої ​​інформації: хтось радить 1С, хтось 0.1.

Я був би вдячний за пораду обізнаних людей.

05.03.2014, 19:20

А яким же їхнім струмом ганяти на розряд-заряд для оптимального, скажімо так, відновлення?
Так у лякрузи і не такий великий вибір🙂 Заряд/розряд: 200/100мА, 500/250, 750/350 і т.д.
Якщо зовсім дохлі, я почав би з 200/100, потім 500/250. Ну і слідкувати треба, щоб не перегрівалися і не було перезаряду, якщо круза дельту не зловить, з напівдохлими таке можливо.

Ну, як я сказав, є ще й аймакс, їм можна вдмухати куди великі струми.
Але питання переважно щодо лакросу, так.

05.03.2014, 20:59

їм можна вдмухати куди великі струми.
Моя думка - не варто вдувати в напівдохлі акумулятори великі струми, вони від цього гріються і пухнуть: Але, можливо, є люди, які вважають інакше.

Якщо зовсім дохлі, я почав би з 200/100, потім 500/250
Саме так.
750/350 підходить тільки для свіжих сучасних акумуляторів, типу енелупів. Можна, звичайно, і в цей мотлох такий струм вдмухати (як на акуми вплине — хз, тут уже індивідуально), але зарядка вирубуватиметься по перегріву — виграшу в часі не буде.

якщо вони гріються від струмів вище 0.2-0.3С - настав час додати води (http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=20:29955:1018#1018).
або викинути вже нафік, а не займатися некрофілією.

заряджати нікель струмами більше 0,7С та нижче 0.2С шкідливо
Бог із ним з 0.7, але чому нижче 0.2С шкідливо? якщо рекомендований 0.1С?

Непогано, правда?
до речі, швидше за все, такого чудового результату як з кадмієм, з металгідридом ви не досягнете. просто тому, що ефект пам'яті у них проявляється слабше, ніж деградація.

07.03.2014, 14:05

але чому нижче за 0.2С шкідливо?
Думаю, тому, що зарядка, швидше за все, ΔV не зловить і не припинить зарядку. Але за таких струмів це вже крапельна зарядка виходить.

Думаю, тому, що зарядка швидше за все ΔV не зловить
тоді вже менше 0.3С
а менше 0.2С дельта вже не потрібна, там пофіг

Про доливку воду колись думав але не пробував:)), а ось тренінги толку не давали, але та ємність відновлювалася але зовсім не надовго. З переходом на літій закинув усю цю тему. У миші напевно вже більше року живе Fujicell 2800мА, ЗУ інтегровано в мишу заряджається доки я сплю напругою 1.39В струм наприкінці падає до 20мА.

думав але не пробував
я намагався. ємність звичайно не відновлюється, з чого їй відновитися.
а ось внутрішній опір драматикал падає 🙂
8 штук з 0.5-1 (!) Ом впали в середньому до 60-100 мОм

Але витрата води для водних електролітів це так і має бути, всі АКБ на це страждають. Та розтин показував що всі Ni-Mh були дуже сухі.

Знаю, що в Ni-Ca наливних раніше електроліт змінювали і вони працювали років по 15.

Нікель-кадмієві акумулятори

Герметичні Ni-Cd акумулятори характеризуються горизонтальною розрядною кривою, високими швидкостями розряду та здатністю діяти за низьких температур. Застосовуються для живлення портативної апаратури, електроінструменту, побутових приладів, іграшок та ін. Це тип акумуляторів, які здатні працювати у найжорсткіших умовах.

Для нікель-кадмієвих акумуляторів необхідний повний періодичний розряд: якщо його не робити, на пластинах елементів формуються великі кристали, які значно знижують їхню ємність (так званий "ефект пам'яті").
Номінальна напруга герметичних Ni-Cd акумуляторів – 1,2 Ст.
Номінальний (стандартний) режим заряду струмом 0,1С протягом 16 год.
Номінальний режим розряду струмом 0,2С до напруги 1 В.

Відразу після заряджання нікель-кадмієві акумулятори можуть мати напругу аж до 1,44 В., але досить швидко вона падає і доходить до стаціонарних 1,2 В. Такі елементи живлення здатні витримувати 1000 циклів заряд-розряд, але при правильному режимі заряду. Переваги акумуляторних батарей Ni-Cd:

• можливість швидкого та простого заряду, навіть після тривалого зберігання акумулятора;
• велика кількість циклів заряд/розряд: при правильній експлуатації – понад 1000 циклів;
• гарна здатність навантаження і можливість експлуатації при низьких температурах;
• тривалі терміни зберігання за будь-якого ступеня заряду;
• збереження стандартної ємності за низьких температур;
• діапазон робочих температур від -40 до +60 °C.
• найбільша пристосованість для використання у жорстких умовах експлуатації;
• низька вартість;

Недоліки Ni-Cd акумуляторних батарей:

• відносно низька, порівняно з іншими типами акумуляторних батарей, енергетична щільність;
• властивий цим акумуляторам ефект пам'яті та необхідність проведення періодичних робіт щодо його усунення;
• токсичність матеріалів, що застосовується, що негативно позначається на екології, і деякі країни обмежують використання акумуляторів цього типу;
• відносно високий саморозряд після зберігання необхідний цикл заряду.

Сучасні циліндричні Ni-Cd акумулятори з рулонними електродами допускають високі розрядні струми, для деяких типів акумуляторів максимальний довготривалий струм становить 7-10С.

Працездатність герметичних Ni-Cd при експлуатації визначається поступовими змінами, які відбуваються в акумуляторах при циклюванні та призводять до неминучого зменшення розрядної ємності та напруги. Температура навколишнього середовища є одним із найзначніших факторів зовнішнього впливу, що визначає тривалість працездатного стану герметичних акумуляторів. На процеси старіння акумуляторів найбільше впливає висока температура, за якої прискорюються всі хімічні реакції(у 2-4 рази на кожні 10 ° С), у тому числі і ведуть до псування акумулятора. За низьких температур під час заряду збільшується небезпека виділення водню. Сильне впливає режим експлуатації: режим і глибина розряду, режим заряду, тривалість паузи між зарядом і розрядом при безперервному циклуванні, періоди експлуатації та зберігання.

Нікель-металогідридні акумулятори

Питома ємність та енергія нікель-металогідридних акумуляторів у 1,5-2 рази вище питомої енергії нікель-кадмієвих акумуляторів, крім того вони не містять токсичний кадмій, що дозволяє їм суттєво потіснити нікель-кадмієві у багатьох областях техніки. Виготовляються у герметичному виконанні циліндричної, призматичної та дискової форм. Застосовуються для живлення портативних приладів та апаратури як побутового, так і промислового призначення.
Номінальна напруга акумуляторів – 1,2-1,25 Ст.
Номінальний (стандартний) режим заряду струмом 0,1С протягом 15 год.
Номінальний режим розряду струмом 0,1-0,2С до напруги 1 В.
Ni-MH акумуляторів не має "ефекту пам'яті", властивого Ni-Cd, проте ефекти, пов'язані з перезарядом, зберігаються. Зменшення розрядної напруги, що спостерігається при частих і довгих перезарядах так само, як і у Ni-Cd акумуляторів, може бути усунуто при періодичному здійсненні кількох розрядів до 1 В. Такі розряди достатньо проводити 1 раз на місяць. Залежно від типу Ni-MH акумуляторів, режиму роботи та умов експлуатації, акумулятори забезпечують від 500 до 1000 розрядно-зарядних циклів при глибині розряду 80% і мають термін служби від 3 до 5 років.

Однак нікель-металогідридні акумулятори поступаються нікель-кадмієвим за деякими експлуатаційними характеристиками:

• Ni-MH акумулятори ефективно працюють у вужчому інтервалі робочих струмів.
• Ni-MH акумулятори мають більш вузький температурний діапазон експлуатації: більша частина їх непрацездатна при температурі нижче -10 °С і вище +40 °С, хоча в окремих серіях акумуляторів забезпечено розширення температурних меж.
• протягом заряду Ni-MH акумуляторів виділяється більше теплоти, ніж при заряді Ni-Cd акумуляторів, тому з метою попередження перегріву батареї з Ni-MH акумуляторів у процесі швидкого заряду та/або значного перезаряду в них встановлюють термо-запобіжники або термо-реле, які розміщують на стінці одного з акумуляторів у центральній частині батареї.
• Ni-MH акумулятори мають підвищений саморозряд.
• Небезпека перегріву при заряді одного з Ni-MH акумуляторів батареї, а також переполюсування акумулятора з меншою ємністю при розряді батареї, зростає з неузгодженістю параметрів акумуляторів внаслідок тривалого циклування, тому створення батарей більш ніж з 10 акумуляторів не рекомендується.
• більш жорсткі вимоги до підбору акумуляторів батареї та контролю процесу розряду, ніж у разі використання Ni-Cd акумуляторів.

Розрядна крива Ni-MH акумулятора аналогічна кривій Ni-Cd акумулятора.

Напрацювання (число розрядно-зарядних циклів) та термін служби Ni-MH акумулятора також значною мірою визначаються умовами експлуатації. Напрацювання знижується зі збільшенням глибини та швидкості розряду. Напрацювання залежить від швидкості заряду та способу контролю його закінчення. Найбільшу увагу слід приділити температурному режиму, уникати перерозрядів (нижче 1В) та коротких замикань. Рекомендується використовувати Ni-MH акумулятори за призначенням, уникати поєднання вживаних та невикористаних акумуляторів, не припаювати безпосередньо до акумулятора дроту або інші частини. Під час зберігання відбувається саморозряд Ni-MH акумулятора. Через місяць при кімнатній температурі втрата ємності становить 20-30%, а при подальшому зберіганні втрати зменшуються до 3-7% на місяць.

Заряд нікелевих акумуляторів

При заряді герметичного акумулятора крім проблеми відновлення витраченої енергії, важливим є обмеження перезаряджання, оскільки процес заряду супроводжується підвищенням тиску всередині акумулятора.

Як потрібно проводити відновлення Ni-MH акумулятора і чому це важливо?

Істотним чинником зовнішнього впливу електричні характеристики акумуляторів є температура довкілля. Місткість, яка може бути отримана від акумулятора при 20°С, найбільша. Вона майже не зменшується і при розряді за більш високої температури. Але при температурі нижче 0°С розрядна ємність зменшується, і тим більше, чим більший розрядний струм.

Номінальним (стандартним) режимом заряду є режим, коли акумулятор, розряджений до 1В, заряджається струмом 0,1С протягом 16ч (для Ni-Mh 15ч.). Акумулятори можуть бути заряджені при температурі від 0 до +40 °С, найбільш ефективно в інтервалі температур від +10 до +30 °С. Прискорений (за 4-5 годин) і швидкий (за 1 годину) заряди можливі для Ni-MH акумуляторів, що мають високоактивні електроди. При таких зарядах процес контролюється зміною температури?Т і напруги?U та іншим параметрам. Рекомендується також триступінчастий спосіб заряду: перший етап швидкого заряду (струм до 1С), заряд зі швидкістю 0,1С протягом 0,5-1 год для заключної підзарядки, і заряд зі швидкістю 0,05-0,02С як компенсаційний підзаряд. Зарядна напруга Uз при Iз = 0,3-1С лежить в інтервалі 1,4-1,5В. Для виключення перезаряджання акумуляторних батарей можуть застосовуватися такі методи контролю заряду з відповідними датчиками, що встановлюються в акумуляторні батареї або зарядні пристрої:

• метод припинення заряду за абсолютною температурою Тmax.
• метод припинення заряду за швидкістю зміни температури?T/?t.
• метод припинення заряду за негативною дельтою напруги -?U.
• метод припинення заряду за максимальним часом заряду t.
• метод припинення заряду максимального тиску Pmax. (0,05-0,8 МПа).
• метод припинення заряду максимальної напруги Umax.

Для Ni-MH акумуляторів не рекомендується заряд при постійній напрузі, оскільки може статися "тепловий вихід з ладу" акумуляторів. Тепловиділення в герметичному Ni-Cd акумуляторі залежить від рівня його зарядженості. До кінця заряду в стандартному режимі температура акумулятора може зрости на 10-15 °С. При швидкому заряді розігрів більше (до 40-45 ° С).

Правила експлуатації NiCd/NiMh акумуляторів

• Намагайтеся використовувати лише штатні зарядні пристрої
• У разі використання неавтоматичних зарядних пристроїв не заряджайте акумулятор більше часу, зазначеного в інструкції. Перезаряджання значно прискорює процес старіння акумулятора
• Не залишайте розряджений акумулятор у ввімкненій апаратурі. Подальший безконтрольний розряд повністю виводить акумулятор з ладу.
• Уникайте заряджання не повністю розрядженого акумулятора.
• Кожні 3-4 тижні робіть повну розрядку* акумулятора в апаратурі
• Дотримуйтесь температурного діапазону експлуатації
• Перед зберіганням більше 1 місяця акумулятор NiCd необхідно розрядити*. NiMh акумуляторзберігати при 30-50% рівні заряду. Тримайте при температурі +5°С…+20°С. Термін зберігання – до 4 років.
• Кожні 6 місяців для NiMh та 12 місяців для NiCd зберігання рекомендується зробити не менше 3 циклів заряду-розряду у стандартному режимі.

*Примітка: Акумулятор повністю розряджений, коли його напруга падає до 83% від номінального. Наприклад, акумулятор з номіналом 1,2В буде повністю розряджений, коли при працюючій апаратурі напруга на ньому дорівнюватиме 1 В. Зазвичай цей рівень напруги збігається з порогом відключення апаратури.

УВАГА! У процесі експлуатації НЕ ДОПУСКАТИ:

• застосування зарядних пристроїв, не призначених для заряду акумуляторів цієї хімічної системи
• короткого замикання між контактами акумулятора
• зовнішнього нагріву вище 100°З впливу відкритого вогню
• будь-яких фізичних пошкоджень корпусу акумулятора
• заряджання холодного акумулятора (нижче 0°С)
• проникнення рідини у корпус акумулятора.

Основна відмінність Ni-Cd акумуляторів та Ni-Mh акумуляторів- Це склад. Основа акумулятора однакова – це нікель, він є катодом, а аноди різні. У Ni-Cd акумулятора анодом є металевий кадмій, Ni-Mh акумулятора анодом є водневий металогідридний електрод.

У кожного типу акумулятора є свої плюси та мінуси, знаючи їх ви, зможете точніше підібрати необхідний вам акумулятор.

	Плюси	Мінуси
Ni-Cd	Низька ціна. Можливість віддавати великий струм навантаження. Широкий діапазон робочих температур від -50 до +40°C. Ni-Cd акумулятори можуть навіть заряджатися при негативній температурі. До 1000 циклів заряду-розряду, при правильній експлуатації.	Відносно високий рівень саморозряду (приблизно 8-10% у перший місяць зберігання) Після тривалого зберігання потрібно 3-4 цикли повного заряду-розряду для повного відновлення акумулятора. Обов'язково повний розряд акумулятора перед заряджанням, щоб запобігти «ефекту пам'яті» Більша вага щодо Ni-Mh акумулятора однакових габаритів та ємності.
Ni-Mh	Велика питома ємність щодо Ni-Cd акумулятора (тобто менша вага за тієї ж ємності). Практично відсутній «ефект пам'яті». Хороша працездатність при низьких температурах, хоч і поступається Ni-Cd акумулятору.	Найдорожчі акумулятори в порівнянні з Ni-Cd. Більше часу заряджання. Найменший робочий струм. Найменша кількість циклів заряду-розряду (до 500). Рівень саморозряду в 1,5-2 рази вищий, ніж у Ni-Cd.

Чи підійде старий зарядний пристрій до нового акумулятора, якщо я зміню Ni-Cd на Ni-Mh акумулятор чи навпаки?

Принцип заряду обох акумуляторів абсолютно однаковий, тому зарядний пристрій можна використовувати від попереднього акумулятора. Основне правило заряджання даних акумуляторів полягає в тому, що їх можна заряджати тільки після повної розрядки. Ця вимога є наслідком того, що обидва типи акумулятора схильні до «ефекту пам'яті», хоча у Ni-Mh акумуляторів ця проблема зведена до мінімуму.

Як правильно зберігати акумулятори Ni-Cd і Ni-Mh?

Найкраще місце для зберігання акумулятора - сухе прохолодне приміщення, оскільки чим вище температура зберігання, тим швидше відбувається саморозряд акумулятора. Зберігати батарею можна в будь-якому стані, крім повного розряду або повного заряду. Оптимальний заряд - 40-60%. Раз на 2-3 місяці слід проводити дозаряд (через присутній саморозряд), розряд і знову заряд до 40-60% ємності. Допустиме зберігання терміном до п'яти років. Після зберігання батарею слід розрядити, зарядити та після цього використовувати у звичайному режимі.

Чи можна використовувати акумулятор більшої чи меншої ємності, ніж акумулятор з початкового комплекту?

Місткість акумулятора – це час роботи електроінструменту від акумулятора. Відповідно для електроінструменту немає жодної різниці по ємності акумулятора. Фактична різниця буде лише в часі заряджання акумулятора та часу роботи електроінструменту від акумулятора. При виборі ємності акумулятора слід відштовхуватися від ваших вимог, якщо потрібно довше працювати, використовуючи один акумулятор - вибір на користь більш ємних акумуляторів, якщо комплектні акумулятори повністю влаштовували, слід зупинитися на акумуляторах рівних або близьких по ємності.