Что такое никель-металлогидридный аккумулятор?

Что такое никель-металлогидридный аккумулятор?

Никель-металлогидридный аккумулятор — это тип перезаряжаемого аккумулятора, который можно заряжать и разряжать, используя сплав для хранения водорода в качестве отрицательного электрода и гидроксид никеля в качестве положительного электрода.

Никель-металлогидридные аккумуляторы дороги, поскольку вместо кадмия в них используется сплав для хранения водорода, но их можно заряжать и разряжать с помощью большого тока, и они имеют большую емкость на единицу массы.

Кроме того, по сравнению с другими перезаряжаемыми батареями, никель-металлгидридные батареи имеют относительно небольшой эффект памяти (падение напряжения, которое происходит во время разряда, когда батареи многократно перезаряжаются без полной разрядки), и могут использоваться многократно без ухудшения производительности.

Применение никель-металлгидридных батарей

Никель-металлгидридные батареи используются для использования преимуществ их высокой производительности и длительного срока службы и используются в автомобильных батареях, ноутбуках, сухих батареях и других устройствах, требующих высокой выходной мощности и надежности.

В последние годы стали использоваться литий-ионные аккумуляторы, которые не обладают эффектом памяти и саморазрядом, имеют большую емкость на единицу массы и более высокое рабочее напряжение.

Принципы работы никель-металлогидридных аккумуляторов

1. Состав никель-металлогидридного аккумулятора

Никель-металлогидридные батареи состоят из электродов (положительный электрод: оксигидроксид никеля, отрицательный электрод: сплав для хранения водорода), сепаратора из нетканого олефинового материала и раствора гидроксида калия в качестве электролита. В случае сухого элемента структура, намотанная вокруг этих компонентов, содержится в банке.

2. Реакция заряда-разряда никель-металлогидридной батареи

Во время разряда никель-металлогидридной батареи на положительном электроде оксигидроксид никеля получает электроны в присутствии воды, образуя гидроксид никеля и гидроксид-ионы. На аноде ионы водорода и электроны высвобождаются из сплава для хранения водорода в присутствии гидроксид-ионов, образуя воду.

При разряде реакция идет в обратном направлении: на катоде гидроксид-ионы реагируют с гидроксидом никеля, образуя оксигидроксид никеля, который высвобождает электроны. На аноде водород адсорбируется, поставляя электроны.

Рисунок 1. Уравнение реакции заряда-разряда никель-металлгидридного аккумулятора

Зарядка и разрядка никель-металлогидридной батареи происходит посредством простой реакции, которая включает адсорбцию водорода и образование воды. Например, свинцово-кислотные батареи, используемые в автомобильных батареях, заряжаются и разряжаются посредством реакции осаждения-растворения электродов, поэтому повторная зарядка и разрядка неизбежно приводит к ухудшению состояния электродов. Никель-металлогидридная батарея не имеет такого режима деградации и может использоваться полупостоянно, пока сам электрод не ухудшается, что делает ее батареей с длительным сроком службы.

3. Электроды никель-металлогидридной батареи

В прошлом для отрицательного электрода в основном использовались сплавы Co для достижения высокой емкости, но сейчас наблюдается тенденция к электродам без Co, в основном из-за соображений стоимости. Однако использование сплавов с меньшим содержанием Co прогрессирует, в основном из-за соображений стоимости. Что касается катода, оксигидроксид никеля в заряженном состоянии обладает высокой проводимостью, но гидроксид никеля в разряженном состоянии является изолятором, что вызывает такие проблемы, как потеря электронных путей во время разряда. По этой причине для обеспечения проводимости добавляют оксигидроксид кобальта или другие материалы.

Другая информация о никель-металлогидридных аккумуляторах

Характеристики никель-металлогидридных аккумуляторов

1. Характеристики аккумулятора
Номинальное напряжение никель-металлогидридной батареи составляет 1,2 В, что равно напряжению никель-кадмиевой батареи. Это связано с тем, что реакции, используемые для зарядки и разрядки, схожи. Поскольку номинальное напряжение свинцово-кислотных батарей составляет 2,0 В, а номинальное напряжение литий-ионных батарей составляет 3,7 В, они являются относительно низковольтными батареями. Поскольку эти батареи могут легко переносить большой ток, их используют в оборудовании, требующем высокой выходной мощности, например, в гибридных автомобилях.

Никель-металлогидридные аккумуляторы обладают эффектом памяти (напряжение аккумулятора падает при многократной перезарядке, что приводит к снижению полезной емкости и инертному эффекту. Поэтому понимание характеристик аккумулятора при его использовании позволит максимально продлить срок его службы.

Рисунок 2. Эффект памяти

2. Безопасность
В основном взрывы и пожары аккумуляторов вызваны воспламенением органических растворителей, которые являются растворителями электролита, искрами, создаваемыми короткими замыканиями.

Растворителем электролита в никель-металлгидридных батареях является вода, поэтому даже если возникнет искра, она не воспламенится. Поэтому механизмы управления током и напряжением не нужно проектировать так же строго, как в литий-ионных батареях, что снижает стоимость производства. Эта низкая стоимость является одной из причин, по которой никель-металлгидридные батареи по-прежнему широко используются в промышленности.

Рисунок 3. Сравнение литий-ионных и никель-металлгидридных батарей

3. Воздействие на окружающую среду
Литий-ионные батареи, свинцово-кислотные батареи и никель-кадмиевые батареи содержат опасные вещества с высоким воздействием на окружающую среду (например, кадмий в никель-кадмиевых батареях является возбудителем болезни итай-итай, одной из четырех основных болезней, связанных с загрязнением). Электролит также является экологически чистой аккумуляторной батареей, поскольку в нем не используются органические растворители.