[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]

Читайте также: Никель-металлгидридные аккумуляторные батареи – особенности конструкции и функционирования

Исследования в области никель-металлгидридных батарей начались в 1970х годах как совершенствование никель-водородных батарей, поскольку вес и объем никель-водородных батарей не удовлетворял производителей (водород в этих батареях находился под высоким давлением, что требовало прочного и тяжелого стального корпуса). Использование водорода в виде гидридов металлов позволило снизить вес и объем батарей, также снизилась и опасность взрыва батареи при перегреве.

Начиная с 1980х была существенно улучшена технология производства NiMH батарей и началось коммерческое использование в различных областях. Успеху NiNH батарей способствовала увеличенная емкость (на 40% по сравнению с NiCd), и использование материалов, годных к вторичной переработке ("дружественность" природной среде).

NiMH батареи могут выдерживать меньшие мощностные нагрузки по сравнению с NiCd батареями. Использование при высокой нагрузке и хранение при повышенной температуре ведет к уменьшению срока жизни батареи. NiMH батареи подвержены бОльшему саморазряду, чем NiCd.

Для создателей электромобилей есть один большой облом: для использования в электромобилях NiMH батареи не продаются. Причина проста - корпорация Texaco выкупила патент на никель-металлгидридные батареи у General Motors и теперь объединенная Texaco/Chevron не дает лицензий на производство аккумуляторных элементов большого размера до конца 2014 года (и кто же после этого скажет, что нет заговора нефтяных корпораций против электромобилестроения).

В заключение - преимущества и недостатки никель-металлгидридных батарей:

Преимущества

• бОльшая емкость на 40% и более, чем обычные NiCd батареи
• меньшая выраженность эффекта "памяти" - циклы обслуживания батареи можно проводить в 2-3 раза реже
• простая возможность транспортировки - авиакомпании перевозят без всяких предварительных условий
• экологически безопасны - возможна переработка

Недостатки

• ограниченное время жизни батареи - обычно около 500 циклов полного заряда/разряда (хотя в зависимости от режимов работы могут быть различия в разы).
• эффект памяти - NiMH батареи требуют периодической тренировки (цикла полного разряда/заряда аккумулятора)
• Относительно малый срок хранения батарей - обычно не более 3х лет, после чего теряются основные характеристики. Хранение в прохладных условиях при частичном заряде в 40% замедляют процесс старения батарей.
• Высокий саморазряд батарей
• Ограниченная мощностная емкость - при превышении допустимых нагрузок уменьшается время жизни батарей.
• Требуется специальное зарядное устройство со стадийным алгоритмом заряда, поскольку при заряде выделяется большое количество тепла и никель-металлгидридные батареи прохо переносят перезаряд.
• Плохая переносимость высоких температур (свыше 25-30 по Цельсию)

Читайте также: Никель-металлгидридные аккумуляторные батареи – особенности конструкции и функционирования

Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor

[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]

[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]

Активные исследования в области никель-металлгидридных аккумуляторов начались в 1970х годах как совершенствование никель-водородных аккумуляторных батарей. Использование водорода в виде гидридов металлов позволило снизить вес и объем батарей, также снизилась и опасность взрыва батареи при перегреве.

Современные никель-металлгидридные аккумуляторы имеют внутреннюю конструкцию, схожую с конструкцией никель-кадмиевых аккумуляторов. Положительный оксидно-никелевый электрод, щелочной электролит и расчетное давление водорода совпадают в обеих аккумуляторных системах. Различны только отрицательные электроды: у никель-кадмиевых аккумуляторов – кадмиевый электрод, у никель-металлгидридных – электрод на базе сплава поглощающих водород металлов.

В современных никель-металлгидридных аккумуляторах используется состав водородоадсорбирующего сплава вида AB₂ и AB₅. Другие сплавы вида AB или A₂B не получили широкого распространения. Что же обозначают загадочные буквы A и B в составе сплава? – Под символом A скрывается металл (или смесь металлов), при образовании гидридов которых выделяется тепло. Соответственно, символ B обозначает металл, который реагирует с водородом эндотермически.

Для отрицательных электродов типа AB₅ используется смесь редкоземельных элементов группы лантана (компонент А) и никель с примесями других металлов (кобальт, алюминий, марганец) – компонент B. Для электродов типа AB₂ используются титан и никель с примесями циркония, ванадия, железа, марганца, хрома.

Никель-металлгидридные аккумуляторы с электродами типа AB₅ имеют большее распространение из-за лучших показателей циклируемости, несмотря на то, что аккумуляторы с электродами типа AB₂ более дешевы, имеют большую емкость и лучшие мощностные показатели.

В процессе циклирования происходит колебания объема отрицательного электрода до 15-25% от исходного за счет поглощения/выделения водорода. В результате колебаний объема возникает большое количество микротрещин в материале электрода. Это явление объясняет, почему для нового никель-металлгидридного аккумулятора необходимо произвести несколько циклов "тренировочных" циклов заряда/разряда для приведения значений мощности и емкости аккумулятора к номинальным. Также у образования микротрещин есть и отрицательная сторона – увеличивается площадь поверхности электрода, которая подвергается коррозии с расходованием электролита, что приводит к постепенному увеличению внутреннего сопротивления элемента и снижению емкости. Для уменьшения скорости коррозийных процессов рекомендуется хранить никель-металлгидридные аккумуляторы в заряженном состоянии.

Отрицательный электрод имеет избыточную емкость по отношению к положительному как по перезаряду, так и по переразряду для обеспечения приемлемого уровня выделения водорода. Из-за коррозии сплава постепенно уменьшается емкость по перезаряду отрицательного электрода. Как только избыточная емкость по перезаряду исчерпается, на отрицательном электроде в конце заряда начнет выделяться большое количество водорода, что приведет к стравливанию избыточного количества водорода через клапаны элемента, "выкипанию" электролита и выходу аккумулятора из строя. Поэтому для заряда никель-металлгидридных аккумуляторов необходимо специальное зарядное усройство, учитывающее специфику поведения аккумулятора для избегания опасности саморазрушения аккумуляторного элемента. При сборе батареи аккумуляторов необходимо предусмотреть хорошую вентиляцию элементов и не курить рядом с заряжающейся никель-металлгидридной батареей большой емкости.

Со временем в результате циклирования возрастает и саморазряд аккумулятора за счет появления больших пор в материале сепаратора и образовании электрического соединения между пластинами электродов. Эта проблема может быть временно решена путем нескольких циклов глубокого разряда аккумулятора с последующим полным зарядом.

При заряде никель-металлгидридных аккумуляторов выделяется достаточно большое количество тепла, особенно в конце заряда, что является одним из признаков необходимости завершения заряда. При собирании нескольких аккумуляторных элементов в батарею необходима система контроля параметров батареи (BMS), а также наличие терморазмыкающихся токопроводящих соединительных перемычек между частью аккумуляторных элементов. Также желательно соединять аккумуляторы в батарее путем точечной сварки перемычек, а не пайки.

Разряд никель-металлгидридных аккумуляторов при низких температурах лимитируется тем фактом, что эта реакция эндотермическая и на отрицательном электроде образуется вода, разбавляющая электролит, что приводит к высокой вероятности замерзания электролита. Поэтому, чем меньше температура окружающей среды, тем меньше отдаваемая мощность и емкость аккумулятора. Напротив, при повышенной температуре в процессе разряда разрядная емкость никель-металлгидридного аккумулятора будет максимальной.

Знание конструкции и принципов работы позволит с большим пониманием отнестись к процессу эксплуатации никель-металлгидридных аккумуляторов. Надеюсь, информация, почерпнутая в статье, позволит продлить жизнь вашей аккумуляторной батареи и избежать возможных опасных последствий из-за недопонимания принципов безопасного использования никель-металлгидридных аккумуляторов.

Читайте также: Электрохимические процессы, протекающие внутри аккумуляторов

Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor

[NiCd] [NiMH] [Lead Acid] [LiON] [NaNiCl] [SuperCap]