NI MH аккумуляторы ‒ Никель-металлогидридный аккумулятор

Ni-MH аккумуляторы относятся к группе щелочных. Они являются химическими источниками тока, в которых в качестве анода используется водородный металлогидридный электрод, а катод ─ оксид никеля. Электролитом в них является щелочь гидроксид калия (KOH). Конструкция Ni-MH аккумуляторов похожа на конструкцию Ni-Cd аккумуляторов. По протекающим в них процессам аналогичны Ni-H источникам питания. При этом удельная энергоёмкость Ni-MH аккумуляторов превосходит удельную энергоёмкость Ni-Cd и Ni-H аккумуляторов.

NiMH аккумуляторы являются одним из самых эффективных и надежных источников питания для современных устройств. Они предлагают низкую цену, малый вес и увеличенную ёмкость, что делает их более эффективными, чем другие аналогичные продукты. Они также имеют более длительный срок службы и высокую эффективность, поэтому они подходят для постоянного использования во многих устройствах.

Возникновение и развитие Ni-MH аккумуляторов

Никель-металлогидридные аккумуляторы были разработаны в середине прошлого века с целью преодолеть недостатки никель-кадмиевых аккумуляторов. В процессе исследований учёные разработали новые никель-водородные батареи, которые используются в космической технике. Эти аккумуляторы используют специальные сплавы для накопления водорода, которые могут накапливать водород в тысячу раз больше, чем их собственный объем. Эти сплавы состоят из двух или более металлов, один из которых накапливает водород, а другой выступает в роли катализатора, обеспечивающего переход атомов водорода в металлическую решётку.

В Ni-MH аккумуляторах могут использоваться различные комбинации металлов. В результате есть возможности по изменению свойств сплава. Для создания никель-металлогидридных аккумуляторов был налажен выпуск сплавов, которые работают в условиях комнатной температуры и при низком давлении водорода. Разработка различных сплавов и совершенствование технологии производства Ni-MH аккумуляторов ведётся по настоящее время. Современные образцы аккумуляторов этого типа обеспечивают до 2 тысяч циклов заряд-разряд. При этом ёмкость снижается не больше, чем на 30 процентов. Такой результат достигается при использовании сплавов никеля с различными редкоземельными металлами.

В 1975 году Билл получил патент на сплав LaNi5. Это был первый образец никель-металлогидридного аккумулятора, где этот сплав был в роли активного вещества. Что касается более ранних экземпляров из других металлогидридных сплавов, то там не была обеспечена требуемая ёмкость.

Промышленный выпуск Ni-MH аккумуляторов был организован лишь в середине восьмидесятых годов, когда был получен сплав состава La-Ni-Co. Он позволял проводить обратимое абсорбирование водорода больше ста циклов. В дальнейшем все усовершенствования конструкции Ni-MH аккумуляторных батарей сводились к наращиванию энергетической плотности.

Ni-MH аккумуляторы являются одними из наиболее популярных аккумуляторных батарей из-за их высокой энергетической плотности и нетоксичности. Они обладают более высокими удельными энергетическими параметрами, чем никель-кадмиевые аккумуляторы, и имеют более высокую ёмкость. Благодаря усовершенствованию отрицательного электрода удалось увеличить активной массы плюсового электрода в 1,3-2 раза. Эти аккумуляторы легко эксплуатируются и утилизируются, что делает их более привлекательными для потребителей.

Напряжение никель металл гидридного аккумулятора

Напряжение никель металл гидридного аккумулятора Ni-MH: от 1-1,1В (минимальное) до 1,4В (заряжен, без нагрузки). На самих аккумуляторах обычно пишут 1.2 В, либо кратное данному значению число.

При объединении последовательно в батарею напряжение никель металл гидридного аккумулятора становится кратным 1.2 В, например, 2.4 Вольта

Типоразмеры Ni Mh аккумуляторов

Никель-металлогидридные аккумуляторы различаются в зависимости от их вида и могут быть разделены на несколько типов. Ниже представлены основные типоразмеры Ni Mh аккумуляторов:

• Пальчиковые (АА). Напряжение 1.2 В. Ёмкость 1000-3500 мАч.
• Мизинчиковые (ААА). Напряжение 1.2 В. Ёмкость 300-1500 мАч.
• Крона (С). Напряжение 8.4-9 В. Ёмкость 160-300 мАч.
• Бочка (D). Напряжение 1.2 В. Ёмкость от 8500 мАч.

Эти типы батарей различаются по размеру, форме и выходным параметрам напряжения и тока. NiMH аккумуляторы могут быть доступны в различных типоразмерах, включая AAA, AA, C, D и крона 9V, но также встречаются и другие формы источников питания.

Применение никель-металлогидридных аккумуляторов

Ni-MH аккумуляторы являются одними из самых популярных источников питания для различных электронных устройств, работающих в автономном режиме. Они могут быть выполнены в виде АА или ААА батарей. Хотя есть и другие исполнения, в том числе, промышленные аккумуляторные батареи. Сфера применения у них практически полностью совпадает с никель-кадмиевыми и даже шире, поскольку они не содержат токсичных материалов.

Ранее, продаваемые на рынке никель-металлогидридные аккумуляторы можно было разделить на две большие группы по ёмкости:

• 1500‒3000 мАч;
• 300‒1000 мАч.

Первая группа (1500‒3000 мАч) используется в различных устройствах, которые имеют высокое энергопотребление за короткий промежуток времени. При этом, как правило, отсутствует предварительное хранение батареек. В качестве примера можно привести такие устройства, как плееры, фотоаппараты, радиоуправляемые модели и другие гаджеты, где энергия аккумулятора Ni-MH расходуется за короткое время.

Вторая группа (300—1000 мАч) подходит, когда расход энергии начинается после определённого временного интервала. Примером могут служить ручные фонарики, рации, игрушки, GPS-навигаторы и других устройств с умеренным энергопотреблением, долгое время находящихся в автономном режиме.

Сейчас такое деление является условным, так как аккумуляторы приобретают более совершенную конструкцию. Теперь низкий саморазряд и возможность питать малым током доступна и для источников с большой емкостью.

Устройство Ni-MH аккумуляторов

Конструкция никель-металлогидридных аккумуляторов схожа независимо от их формы. Ni-Mh аккумуляторы являются высокоэффективными источниками постоянного тока. Они состоят из анода (гидрид-лития или никель-латан) и катода (оксида никеля), которые помещаются в корпус батареи противоположно друг другу. Для возбуждения химической реакции окислитель и восстановитель помещаются в щелочной раствор (гидроксида калия). Выведенные на корпус контакты соответствуют аноду и катоду и имеют маркировку для соблюдения полярности при подключении батареи.

Ni-MH цилиндрической формы

В этой конструкции разноимённые электроды разделены сепаратором. Все вместе они свёрнуты в рулон. Он помещается в корпус и герметизируется крышкой со специальной прокладкой. В крышке сделан аварийный клапан, рассчитанный на открытие при возрастании давления внутри аккумулятора до 2-4 МПа. На рисунке ниже показана конструкция никель-металлогидридного цилиндрического аккумулятора.

Ni-MH призматической формы

В Ni-MH аккумуляторах призматической формы поочерёдное размещение разноимённых электродов. Их также разделяет сепаратор. Сборка электродов находится в металлическом или пластиковом корпусе, который закрывается герметичной крышкой. В крышке в большинстве случаев ставится датчик или клапан давления. Ниже представлена конструкция никель-металлогидридного аккумулятора призматической формы.

В никель-металлогидридных аккумуляторных батареях в роли электролита выступает щёлочь. По составу это КОН с добавлением LiOH. Материал сепаратора в большинстве случаев это нетканый полиамид и полипропилен, обработанные смачивателем. Толщина сепаратора от 0,12 до 0,25 миллиметров.

Устройство электродов Ni-MH аккумуляторов

Электроды могут быть изготовлены из различных материалов, но чаще всего используются проверенные временем составы для никель-металл-гидридных аккумуляторов. В результате источники питания имеют высокую плотность энергии и долгой срок службы.

Положительный электрод Ni-MH аккумуляторов выполняется из тех же материалов, что используются в Ni-Cd аккумуляторных батареях. Это оксидно-никелевая металлокерамика, пенополимерные и войлочные материалы.

Отрицательные электроды для Ni-MH аккумуляторов могут быть следующих вариантов:

• ламель. Водород-абсорбирующий сплав в виде порошка запрессовывается в сетку из никеля;
• пеноникелевый. Паста из сплава и связующего вещества вводится в пеноникелевую основу с последующей сушкой и прессованием;
• фольга. Паста из сплава и связующего вещества наносится на перфорированную фольгу (из никеля или стали) с последующей сушкой и прессованием;
• вальцованный. Порошок из сплава и связующего посредством прокатки (вальцевание) наносится на решётку или сетку (медную или никелевую);
• спечённый. Сплав в порошкообразном виде напрессовывается на сетку Ni и затем обжигается в водороде.

Удельные ёмкости у всех этих вариантов электродов близки по значению. Они зависят в основном от ёмкости используемого сплава.

Устройство металловодородного электрода

Основной материал, который определяет характеристики Ni-MH аккумуляторов, это сплав, поглощающий водород. Он может абсорбировать объем водорода в тысячу раз больший, чем его собственный объем. Наиболее распространённым сплавом для производства металловодородных электродов стал LaNi5. Так обозначается группа сплавом, где никель частично заменён на кобальт, марганец и алюминий. Это сделано для увеличения его активности и стабильности. В целях экономии ряд производителей используют не лантана, а Мm (миш-металл). Он представляет собой смесь редкоземельных элементов в соотношении, близком к тому, что есть в природной руде. Там кроме La есть неодим, церий, празеодим.

Во время прохождения цикла заряд-разряд кристаллическая решётка сплава сжимается и расширяется на 15-25 процентов. Это обусловлено процессами десорбции и абсорбции водорода. В результате растёт внутреннее напряжение и в сплаве образуются трещины. Из-за образования трещин растёт площадь поверхности, подвергающейся коррозии из-за реакции со щёлочью (электролит). В результате происходит постепенное снижение разрядной ёмкости отрицательного электрода.

Поскольку в аккумуляторной батарее имеется ограниченное количество электролита, все описанные процессы порождают проблемы, которые связаны с его перераспределением. В результате коррозии сплава его поверхность становится химически пассивной. На ней образуются оксиды и гидроксиды, стойкие к коррозии. Они увеличивают перенапряжение при реакции на металлогидридном электроде. Продукты коррозии образуются с потреблением водорода и кислорода из щелочи. Это ведёт к уменьшению количества электролита в батарее и увеличению её внутреннего сопротивления. Все эти процессы отрицательно сказываются на сроке эксплуатации Ni-MH аккумуляторов.

Чтобы снизить нежелательные процессы коррозии и диспергирования, производители используют 2 методики. Первая включает в себя микрокапсулирование частиц сплава. Это значит, что поверхность покрывается пористым слоем меди или никеля малой толщины (5-10 процентов). Более распространена вторая методика. Эта технология подразумевает обработку частиц сплава в щелочном растворе. В результате образуется защитная плёнка, которая проницаема для водорода.

Устройство оксидно-никелевого электрода

Оксидно-никелевые электроды можно встретить в следующих исполнениях:

• ламельные;
• безламельные металлокерамические спечёные;
• прессованные.

Всё большую популярность обретают пенополимерные и безламельные войлочные электроды.

Конструктивно ламельные оксидно-никелевые электроды состоят из соединённых ламелей. Ламель – это перфорированные коробочки из тонкой стальной никелированной ленты. Её толщина составляет 0,1 миллиметра.

Металлокерамические спечённые электроды имеют пористую структуру металлокерамической основы. В порах, которых в основе не менее 70 процентов, находится активная масса. Материал основы – это карбонильный никелевый мелкодисперсный порошок (60-65 процентов) и карбонат аммония (или карбамид). Этот порошок напрессовывается, накатывается на сетку из никеля или стали. Также может выполняться его напыление.

Далее по технологии сетка с порошком проходит термообработку в атмосфере водорода. Температура при этом составляет 800-960 градусов Цельсия. Карбамид или карбонат аммония разлагается и происходит спекание никеля. В результате получается основа толщиной 1-2,3 миллиметра. Пористость получаемой основы составляет 80-85 процентов, а радиус пор равен 5-20 микрометров. Далее полученная основа пропитывается нагретым до 60-90 градусов раствором сульфата или нитрата никеля. А затем ещё делается пропитка раствором щелочи, осаждающей оксиды и гидроксиды никеля.

На современных производствах применяется электрохимическая технология пропитки. Электрод в растворе нитрата никеля подвергают катодной обработке. В результате в порах выделяется водород и пластины подщелачиваются. В порах пластины происходит осаждение гидроксидов и оксидов никеля.

Фольговые электроды являются разновидностью спечённых электродов. Их производят следующим образом. На перфорированную ленту из никеля толщиной около 0,05 миллиметра с двух сторон наносится спиртовая эмульсия никелевого карбонильного порошка со связующими веществами. Далее проводится спекание и пропитка реагентами (химическая или электрохимическая). Толщина электрода равна 0,4-0,6 миллиметра.

Прессованные электроды производятся путём напрессовки на ленту или сетку из стали активной массы. Давление при этом составляет 35-60 МПа. В качестве активной массы используется смесь гидроксидов никеля и кобальта, графита, связующих веществ.

Металловойлочные электроды представляют собой высокопористую основу, состоящую из волокон углерода или никеля. Пористость основы составляет от 95 процентов. Войлочный электрод делается на основе углеграфитового или полимерного фетра, покрытого никелем. Толщина электрода может быть от 0,8 до 10 миллиметров. Активная масса внедряется в войлок различными методиками.

Есть технология, где вместо войлока используют пеноникель. Его делают никелированием пенополиуретана и дальнейшим отжигом в восстановительной атмосфере. В высокопористую среду вносят добавки посредством намазки. Это паста, включающая в себя гидроксид никеля со связкой. Далее основу сушат и вальцуют. Электроды металловойлочного и пеноникелевых типов имеют высокую удельную ёмкость и существенный ресурс работы.

Реакции в никель-металлогидридных аккумуляторах

Ni-MH аккумуляторы имеют положительный электрод из оксидно-никелевого сплава и отрицательный электрод из никелевого сплава с добавлением редкоземельных элементов. Ниже представлено какие реакции протекают в Ni-MH аккумуляторах при заряде им разряде.

На оксидно-никелевом электроде (положительный) протекает реакция:

При заряде

Ni(OH)2 + OH−- ⇒ NiOOH + H2O + e−

При разряде

NiOOH + H2O + e− ⇒ Ni(OH)2 + OH−

На электроде из никелевого сплава (отрицательный) протекает реакция:

При заряде

M + H2O + e− ⇒ MH + OH−-

При разряде

MH + OH− ⇒ M + H2O + e−

Суммарная реакция, протекающая в Ni-MH аккумуляторе, выглядит следующим образом:

При заряде

Ni(OH)2 + M ⇒ NiOOH + MH

При разряде

NiOOH + MH ⇒ Ni(OH)2 + M

При этом щелочной электролит не принимает участия в реакции образования тока.

После того, как при заряде аккумулятора до уровня 70-80 процентов на оксидно-никелевом запускается выделение кислорода в соответствии со следующей реакцией:

2OH− ⇒ 1/2O2 + H2O + 2e−

На отрицательном электроде происходит реакция восстановления этого кислорода:

1/2O2 + H2O + 2e− ⇒ 2OH−

Так описывается процесс перезарядки никель-металлогидридного аккумулятора. Эти реакции образуют собой замкнутую циркуляцию кислорода. В процессе восстановления кислорода происходит увеличение ёмкости металлогидридного электрода благодаря выделению группы ОН−.

Характеристики Ni-MH аккумуляторов

Основные параметры никель-металлогидридных и никель-кадмиевых аккумуляторов приводятся в следующей таблице.

Таблица — Ni Mh аккумуляторы характеристики

Характеристика	Ni Mh
Плотность энергии, Вт-ч/кг	60-120
Внутреннее сопротивление (при 1.2В), мОм	200-300
Количество циклов заряда (70-80% от номинальной емкости)	300-500
Время полной зарядки, ч	2-16
Устойчивость к перегрузкам	Низкая
Саморазрядная способность при температуре (20-25 С)	30% в течение 30 дней
Напряжение, В	1.2
Ток нагрузки максимальный;	5°С
Ток нагрузки номинальный.	0.5°С и ниже
Температура разряда, С	От -20 до +60
Время повторного использования, дней	60-90
Срок эксплуатации, лет	1-5
Удельная энергия, Вт-ч/литр.	100-270

Электрические характеристики

Ni-MH аккумуляторы имеют несколько электрических характеристик, которые делают их подходящими для различных электронных устройств. Они имеют высокую ёмкость, высокую плотность энергии и отменную стабильность во время зарядки и разрядки. Они также имеют отличную производительность и низкую стоимость.

Ёмкость аккумулятора

При повышении нагрузки и понижении температуры ОС ёмкость никель-металлогидридного аккумулятора снижается в соответствии с графиком ниже.

Эффект снижения ёмкости особенно заметен при существенной скорости разряда в области отрицательных температур.

Номинальное разрядное напряжение

Номинальное разрядное напряжение (Uр) обычно находится в пределах 1,2-1,25 вольта при токе разряда (Iр), определяемом по формуле:

Ip = 0,1-0,2С, где

С — номинальная ёмкость батареи при температуре 25 градусов Цельсия.

Конечное напряжение разряда составляет 1 вольт. Как можно видеть на графике ниже, напряжение снижается при возрастании нагрузки.

Напряжение разомкнутой цепи

Напряжение разомкнутой цепи Ni-MH аккумуляторов определить достаточно сложно. Связанно это тем, что равновесный потенциал оксидно-никелевого электрода во многом зависит от степени окисленности Ni.

Важную роль играет и равновесный потенциал отрицательного электрода, который определяется степенью насыщенности водородом. Спустя сутки после заряда батареи напряжение разомкнутой никель-металлогидридного аккумулятора находится в пределах 1,30-1,35 вольта.

Лучшие аккумуляторы NI MH

Лучшие производители аккумуляторов NiMH включают Camelion, Panasonic, Videx, Sanyo, Ufo, Energizer, GP, Duracell, Varta и Ansmann. Все эти производители производят высококачественные аккумуляторы NiMH, которые обладают долговечностью и надежностью.

Рейтинг производителей Ni Mh постоянно меняется. По состоянии на 2023 год он такой:

1. GP.
2. Videx.
3. Varta.
4. Ufo.
5. Panasonic-Eneloop.
6. Energizer.
7. Duracel.
8. Camelion.

Определить аккумулятор Ni Mh какие лучше поможет голосование. Давайте вместе составим рейтинг производителей никель-металлогидридных аккумуляторов.

Также следует принимать во внимание, что на рынке источников питания существует более сотни фирм, чья продукция по качеству не соответствует заявленным характеристикам.

Хранение и срок эксплуатации Ni-MH

Саморазряд является неизбежным процессом при хранении Ni-MH аккумулятора. При комнатной температуре за первый месяц хранения такой аккумулятор теряет 20-30 процентов ёмкости, а в дальнейшем каждый месяц ёмкость падает на 3-7 процентов. Кроме того, интенсивность саморазряда увеличивается с ростом температуры.

Особенности зарядки никель-металлогидридных аккумуляторов

Количество циклов заряд-разряд и срок эксплуатации Ni-MH аккумулятора во многом зависят от условий его использования. Эти две величины сокращаются при увеличении скорости разряда и его глубины. Также прямое влияние оказывают скорость заряда и контроль его окончания. Типы никель-металлогидридных аккумуляторов различаются. В зависимости от типа и условий эксплуатации наработка может составлять 500-1000 циклов заряд-разряд и время службы 3-5 лет. Эти данные справедливы при глубине разряда на 80 процентов.

Чтобы Ni-MH аккумулятор надёжно работал в течение всего срока эксплуатации необходимо выполнять определённые рекомендации производителей батарей. Особенно следует соблюдать температурный режим. Не следует допускать сильного разряда (менее 1 вольта) и короткого замыкания. Нельзя использовать новые никель-металлогидридные аккумуляторы в сочетании с использованными. Не допускается также припаивать к аккумуляторам провода и другие элементы.

Перезаряд для Ni-MH аккумуляторов гораздо более чувствительная вещь, чем для Ni-Cd. Для этого типа аккумуляторов перезаряд может вызвать тепловой разгон. В большинстве случаев зарядка выполняется током величиной 0,1*С в течение 15 часов. Если это компенсационная подзарядка, то величина тока составляет 0,01-0,03С в течение 30 часов.

Есть ещё ускоренный (4-5 часов) и быстрый (один час) режимы заряда. Их, возможно, использовать для никель-металлогидридных аккумуляторов с высокоактивными электродами. В случае использования таких режимов нужно контролировать процесс по изменению напряжения, температуры и прочих параметров. Быстрый заряд используется для зарядки Ni-MH аккумуляторов, работающих в сотовых телефонах, ноутбуках, электроинструменте. Но в этих устройствах доминирующими уже стали различные типы литиевых аккумуляторов.

Производители рекомендуют использовать быстрый заряд в три ступени:

1. Первая ступень. Заряд током 1С и более;
2. Вторая ступень. Заряд током 0,1С (по времени от 30 минут до одного часа);
3. Заключительная подзарядка. Заряд током 0,05-0,02С (компенсационный подзаряд).

Как правило, вся основная информация о методике заряда никель-металлогидридных аккумуляторов находится в инструкции производителя. Рекомендуемый ток зарядки наносится на корпусе батареи. Также рекомендуем прочитать отдельный материал о том, как заряжать Ni-MH аккумуляторы.

В общем случае напряжение заряда при токе зарядки 0,3-1С находится в пределах 1,4-1,5 вольта. Поскольку на положительном электроде выделяется кислород, электричество, передаваемое при заряде, превышает величину разрядной ёмкости. Отдача по ёмкости определяется, как разрядная ёмкость / величину переданного при заряде электричества. При умножении на 100 получаем отдачу в процентах. Для цилиндрических и дисковых Ni-MH аккумуляторов эта величина отличается и равна 85-90 и 75-80, соответственно.

Зарядка никель-металлогидридных аккумуляторов должна выполняться с правильным контролем времени и температуры. Это позволит достичь максимальной производительности и длительной срок службы аккумулятора. При соблюдении всех правил срок эксплуатации составляет от 5 до 7 лет при наработке от 800 до 1000 циклов и глубине разрядки питания от 75 до 80%.

Для надёжной работы компонентов во время зарядки необходимо выполнить следующие рекомендации:

1. Следите за температурным режимом, так как повышенный износ может сократить срок службы компонентов.
2. Разряд батареи не должен опускаться до 1 В, так как зарядное устройство не сможет определить, находится ли батарея в разъеме или нет.
3. Не помещайте батареи с самостоятельно припаянными проводами в зарядное устройство.
4. Вовремя снимайте источник с зарядки, так как после полной зарядки лишняя энергия преобразовывается в тепловую и может привести к взрыву.

Внимание! После полной зарядки лишняя энергия преобразовывается в тепловую. Если вовремя не снять устройство с разъема, оно может взорваться.

При использовании функции быстрой двухчасовой зарядки Ni-Mh необходимо полностью контролировать весь процесс.

Как контролируется заряд и разряд Ni Mh аккумуляторов

Чтобы предотвратить перезаряд Ni-MH аккумуляторов производители применяют способы контроля заряда с установкой датчиков в батареях или зарядных устройствах. Вот основные способы:

• Заряд останавливается по значению абсолютной температуры. В ходе зарядки температура аккумулятора постоянно контролируется и при достижении максимально допустимого значения быстрый заряд останавливается;
• Заряд останавливается в зависимости от скорости изменения температуры. В данном случае контролируется крутизна кривой температуры аккумулятора. При достижении определённого порогового значения, зарядка останавливается;
• Заряд останавливается по падению напряжения. Когда процесс заряда никель-металлогидридного аккумулятора подходит к концу, увеличивается температура и уменьшается напряжение, по снижению которого и работает этот метод;
• Заряд останавливается просто по достижении максимального времени, отведённого на заряд;
• Заряд останавливается по величине максимального давления. Такой способ контроля применяется в Ni-MH аккумуляторах призматической конструкции. Величина допустимого давления в таких аккумуляторах находится в пределах 0,05-0,8 МПа и определяется конструкцией батареи;
• Заряд останавливается по значению максимального напряжения. Этот метод используется в аккумуляторах с большим внутренним сопротивлением.

Метод по контролю максимальной температуры имеет недостаточную точность. При нём аккумулятор может перезарядиться лишнего, если вокруг холодно, или получить недостаточный заряд, если вокруг жарко.

Способ контроля по изменению температуры хорошо показывает себя, когда процесс зарядки ведётся при низкой температуре ОС. Если использовать его при высокой температуре окружающей среды, то аккумулятор может излишне нагреваться перед тем, как отключиться. При таком методе контроля при низкой температуре аккумулятор получает большую входную ёмкость, чем при высокой.

На начальном и конечном этапе заряда Ni-MH аккумуляторных батарей быстро увеличивается температура. Это может привести к срабатыванию датчика. Поэтому производители применяют специальные таймеры для защиты срабатывания датчика.

Метод по падению напряжения хорошо показывает себя при низкой температуре ОС и имеет много схожего с контролем по изменению температуры.

Чтобы обеспечить прекращения заряда в случае, если не сработает нормальное прерывание, используется контроль по времени проведения зарядки.

Специалисты дают несколько рекомендаций по зарядке Ni-MH аккумуляторов. Для быстрого заряда аккумуляторов током 0,5-1С при температуре от ноля до 50 градусов Цельсия рекомендуется совместное использование следующих методов отключения:

• по максимальной температуре (предел 50-60 градусов);
• по снижению напряжения (5-15 мВ);
• по максимальному времени заряда (берётся в расчёте для получения ёмкости 120 процентов от номинальной);
• по максимальному напряжению (1,6-1,8 В).

Метод снижения напряжения может меняться на разницу температур за определённое время (1-2 градуса в минуту). При этом ставится начальная задержка около 5-10 минут. После того, как проведён быстрый заряд аккумулятора, зарядное устройство может перейти в режим его подзарядки током 0,1С-0,2С на определённый временной интервал. Не рекомендуется вести заряд Ni-MH аккумуляторов при постоянном напряжении. Это может вызвать выход из строя. На конечном этапе зарядке ток увеличивается. Он пропорционален дельте напряжений аккумулятора и электропитания. А из-за повышения температуры в конце зарядки напряжение аккумулятора снижается. Если его держать постоянным, то может наступить тепловой выход из строя.

Если зарядка никель-металлогидридного аккумулятора ведётся при низкой температуре ОС, то скорость заряда нужно снижать. Если этого не сделать, то кислород не будет успевать рекомбинироваться. Это вызовет рост давления в нём. Для таких условий эксплуатации специалисты рекомендуют использовать Ni-MH аккумуляторы с электродами, имеющими высокую пористость.

Плюсы и минусы Ni-MH аккумуляторов

Среди плюсов никель-металлогидридных аккумуляторов стоит отметить рост удельных энергетических характеристик, но это не единственное преимущество перед никель-кадмиевыми батареями.

Важным плюсом является то, что удалось отказаться от использования кадмия. Это сделало производство более экологически чистым. При этом значительно упростилась технология утилизации отработавших аккумуляторов.

Благодаря этим плюсам Ni-MH аккумуляторов, объём их производства резко вырос по сравнению с никель-кадмиевыми аккумуляторами.

Стоит также отметить, что Ni-MH аккумуляторы не имеют столь сильного  «эффекта памяти», как Ni-Cd батарей. У них это явление обуславливается образованием никелата в кадмиевом электроде. Но проблемы, касающиеся перезаряда оксидно-никелевых электродов, сохранились.

Чтобы уменьшить разрядное напряжение при длительных перезарядах, нужно периодически (раз в месяц) проводить разряд аккумулятора до 1 вольта. Здесь всё так же, как у никель-кадмиевых аккумуляторов.

Стоит отметить и некоторые минусы никель-металлогидридных аккумуляторов. По некоторым параметрам они уступают Ni-Cd. Поэтому не могут полностью их заменить. Вот некоторые минусы и ограничения:

• Никель-металлогидридные аккумуляторы достаточно эффективно функционируют в узком интервале токов. Это объясняется ограниченной десорбцией водорода при большой скорости разряда;
• При заряде этот тип батарей выделяет больше тепла, чем никель-кадмиевые аккумуляторов. Из-за этого требуется установка в них температурных реле или предохранителей. Производители ставят их на стенке в центральной части аккумулятора;
• Опасность переполюсовки и перегрева элементов в Ni-MH батарее растёт с увеличением срока службы и количества циклов заряд-разряд. Поэтому производители ограничивают аккумуляторные батареи десятью элементами;
• У Ni-MH аккумуляторов достаточно высокий саморазряд. Это обусловлено реакцией водорода из электролита с оксидно-никелевым электродом. В современных моделях эта проблема решается изменением состава сплавов отрицательных электродов. Решается не полностью, но результаты получаются приемлемыми;
• Никель-металлогидридные аккумуляторы функционируют в более узком диапазоне температур. При минус 10 C практически все они становятся неработоспособными. Такая же картина наблюдается при температуре выше 40 С. Но есть некоторые серии аккумуляторов, для которых температурный диапазон расширяется легирующими добавками;
• Присутствует необратимая потеря ёмкости отрицательного электрода при разрядке аккумулятора «в ноль». Та, что требования по процессу разряда здесь более жёсткие, чем у Ni-Cd аккумуляторов. Производители рекомендуют разряд элемента до 1 вольта в аккумуляторах с малым напряжением или до 1,1 вольта в батареях из семи-десяти элементов.

Деградация никель-металлогидридных аккумуляторов определяется снижением сорбирования отрицательным электродов при эксплуатации. При прохождении цикла заряд-разряд объем кристаллической решётки электрода меняется. Это вызывает образование трещин, идёт коррозия при взаимодействии со щелочным электролитом. При этом продукты коррозии проходят с расходом водорода и кислорода из электролита. В результате объём электролита снижается и растёт внутреннее сопротивление батареи.

Параметры Ni-MH аккумуляторов в значительной степени зависят от состава сплава отрицательного электрода. Также сильное влияние оказывает технология обработки сплава, которая определяет стабильность его состава и структуру. Поэтому производители аккумуляторов серьёзно подходят к выбору поставщиков сплава для своей продукции.

Особенности эксплуатации

При эксплуатации никель-металлогидридных аккумуляторов рекомендуется периодически производить процесс «циклования». Это помогает снизить внутреннее сопротивление аккумуляторов и улучшить их эффективность. Для циклования необходимо полностью разрядить источник питания немного не доводя до нуля и затем полностью зарядить.

Для поддержания аккумулятора в хорошем состоянии рекомендуется делать полную разрядку-зарядку раз в месяц. Однако, всегда важно оставлять 3-10 процентов заряда, чтобы в банке не начались необратимые процессы потери емкости. Полный цикл разрядки-зарядки позволит уменьшить последствия от «эффекта памяти» и увеличит срок эксплуатации аккумулятора на 20-45%.

Для восстановления ёмкости Ni-Mh аккумуляторов необходимо использовать всю энергию, которая накопилась в них во время длительного хранения. Для этого необходимо раскачать аккумулятор, что позволит восстановить до 90-95% максимального заряда.

Хранение Ni Mh аккумулятора

Для правильного хранения Ni Mh аккумулятора необходимо помещать их в темное и прохладное место. Первые 30 дней хранения при температуре 25 градусов по Цельсию заряд уменьшается на 20-35%. Каждый следующий месяц ёмкость падает на 7-10%. По истечении срока годности использовать источник питания не рекомендуется, так как из корпуса может протекать щелочной раствор, который негативно повлияет на электронное устройство.

Есть особые требования для хранения Ni-Mh. Когда нужно максимально сберечь штатные характеристики аккумуляторов, следует придерживаться некоторых рекомендаций от производителей. Хранение Ni Mh аккумулятора предполагает:

• Нахождение батарейки в сухом прохладном месте (при высоких температурах усиливается саморазряд).
• Заряд с любым промежуточным процентом заряда (кроме полного разряда или полного заряда).
• Оптимально зарядить до уровня 40%-60%.
• В процессе хранения 1 раз в 3 месяца необходимо дозаряжать(иначе саморазряд сократит процент).
• хранение до эксплуатации NiMh не дольше 5 лет.

Перед началом эксплуатации после длительного хранения требуется раскачать NiMh аккумулятор. Для этого необходимо полностью разрядить и зарядить его.

Утилизация

Утилизация аккумуляторов – очень важный процесс, который позволяет повторно использовать ресурсы и защищает окружающую среду. Чтобы правильно утилизировать аккумуляторы, необходимо их отнести в специальные пункты, где они будут правильно переработаны. Также можно отдать их в специальные магазины, которые предлагают программы по утилизации. Это поможет избежать нанесения вреда окружающей среде и предотвратит возможное загрязнение.

Видео

Заключение

Ni-Mh батареи могут быть использованы в широком спектре приложений, включая электроинструменты, портативное освещение, пульты управления, ноутбуки, музыкальные колонки и другие устройства, требующие малых габаритов и высокой мощности. Они также могут использоваться для длительного срока службы и пропускной способности. Никель-металлогидридные батареи используются в различных устройствах из-за отсутствия в них токсичных веществ, например кадмия. Они широко применяются в медицинских тонометрах и мультиметрах, а также в измерительных приборах.