В современном мире существует большое число различных источников питания для разнообразной техники и электроники. Зачастую взяв в руки такой элемент, мы не знаем какого он вида, из чего он состоит и какие имеет характеристики. Если на аккумуляторе стоит маркировка ni mh ее расшифровка означает, что перед вами металлгидридный АКБ.
- История появления ni mh аккумуляторов
- Металлогидридный аккумулятор
- Цилиндрические ni mh батареи
- Призматические ni mh батареи
- Виды электродов
- Металловодородные электроды
- Оксидноникелевые электроды
- Ламельные
- Спеченные металлокерамические
- Прессованные
- Металловойлочные
- Основные технические характеристики
- Области применения
- Правила зарядки
- Условия безопасной эксплуатации
- Достоинства и недостатки
История появления ni mh аккумуляторов
Начало разработки усовершенствованных никель металлгидридных источников питания относят ко второй половине прошлого века. Тогда были изготовлены первые модели батарей для космической отрасли. Новый способ накопления водорода в составе сплавов некоторых химических элементов позволило значительно увеличить емкость аккумулятора и снизить опасность применения солевых источников питания.
В результате возможности использования различных сочетаний сплавов, увеличилась вероятность совершенствования их основных характеристик. Впервые получилось создать сочетание металлов при низком давлении водорода. Современные технологии позволили создать источник питания с циклами заряд-разряд до 2000 раз, при этом самостоятельное снижение емкости составляет всего 30%, такие свойства приобретает никель в сплаве с редкоземельными металлами. В процессе эволюции данных батарей был изменен анод, что позволило увеличить катод до 2 раз. При этом общая масса осталась неизменной.
Важно! Никель металлгидридный аккумулятор в своем составе не имеет вредных веществ, что сделало его наиболее распространенным в отличие от никель кадмиевых.
Металлогидридный аккумулятор
Источники питания данного типа относятся к щелочным. В качестве отрицательного электрода применяется сплав на основе редкоземельных металлов, содержащих большое количество водорода, а в роли катод выступает никель кадмиевый электрод, между ними находится щелочь гидроксид калия.
В каждом элементе питания происходит реакция восстановления атомов кислорода при заряде до номинального значения. При циркуляции этого элемента происходит увеличение внутренней емкости батареи, так восстанавливается заряд.
Никель металлгидридные аккумуляторные батареи по особенностям конструктивного исполнения разделяют на два вида:
- цилиндрические;
- призматические.
Цилиндрические ni mh батареи
Устройство таких источников питания заключается в том, что электроды изготавливаются в виде металлической ленты. В емкость в виде банки укладывают свернутые электроды, разделяются между собой они специальным сепаратором. В качестве электролита используется щелочной раствор.
Верхняя крышка герметично закрывает батарею, в ней устанавливается предохранительный клапан с установленным значением давления срабатывания до 4 Мпа.
Призматические ni mh батареи
В конструкции такого вида применяются электроды, изготовленные в виде пластин, как и в первом случае пластины разделены между собой специальным сепаратором из полипропилена, произведенного нетканым способом толщиной до 0,25 мм. В верхней крышке устанавливают датчик давления, либо предохранительный клапан, который срабатывает при давлении до 4 Мпа. Благодаря своей форме такой тип ni mh аккумулятора нашел широкое применение как источник питания в бытовой электротехнике.
Виды электродов
Катод в ni mh аккумуляторах произволится из металлокерамики, пенополимеров, а также войлочных материалов. Аноды могут изготавливаться из различных сплавов, в настоящее время различают несколько видов:
- металловодородный;
- оксидноникелевый.
Металловодородные электроды
В качестве анода применяется сплав на основе лантана и никеля, благодаря такому сотрудничеству получилось добиться концентрации водорода в нем значительно превышающий собственный размер электрода. Иногда в целях экономии такого металла, как лантан в производстве АКБ могут применяться соединения редкоземельных элементов в сочетании схожим с природным, к ним относят неодим, цезий, празеодим.
В режиме эксплуатации с каждым циклом происходит расширение и сжимание кристаллической решетки металлов в сплаве электродов. Такие деформации приводят к возникновению микротрещин в металле, в местах их образования увеличивается воздействие щелочи на материал. В результате коррозии происходит снижение внутренней емкости источника питания.
Так как в аккумуляторе применяется определенно количество электролита восстанавливать его в ходе заряда невозможно. Процесс коррозии снижает уровень щелочи, что приводит к повышению внутреннего сопротивления источника питания. Для того, чтобы снизить пагубное влияние таких реакций изготовители используют два способа. В первом случае поверхность сплавов покрывают тонкой медной или никелевой пленкой. При втором способе частицы сплавов обрабатывают в растворе щелочи, в результате образуется защитная пленка.
Интересно знать! При улетучивании электролита восстановить ni mh аккумуляторы невозможно.
Оксидноникелевые электроды
Данный тип исполнения отрицательного элемента источника питания может изготавливаться нескольких видов.
Ламельные
Такие электроды изготавливаются в виде тонкой стальной ленты, покрытой никелем и собранных в коробочки ламели. Толщина таких электродов достигает значения до 0,1 мм.
Спеченные металлокерамические
Данные электроды представляют собой металлокерамические изделия. В основе имеются многочисленные поры, в которых находится масса активных веществ. Основа изготавливается из карбонильного никелевого порошка, такой состав напрессовывается на металлическую сетку.
После напрессовки сетка проходит термическую обработку при температуре 960°С. В результате разложения карбоната аммония происходит спекание никеля. Таким методом получают основу толщиной до 2,3 мм, с радиусом пор не более 20 мкм. Впоследствии материал подвергают пропитке в щелочи, который насыщает поры гидроксидом никеля.
Прессованные
При изготовлении прессованных отрицательных электродов применяют метод воздействия давлением на материал основы. Таким способом металлическая сетка спрессовывается с активной массой, в качестве которой применяется соединения гидроксида никеля и кобальта, а также связывающих веществ. Значение давления, применяемого при этом 60 Мпа.
Металловойлочные
Металлогидридные аккумуляторы за счет применения волокон углерода и никеля приобретают возможность использования металловойлочных электродов. Данные элементы выполняются из углеграфитного фетра, который покрывается никелем, в результате размер электрода достигает значения до 10 мм. Активные вещества внедряются в войлок различными способами.
Интересно знать! Иногда вместо войлочных материалов применяется пеноникель, его получают при никелировании пенополиуретана и дальнейшим отжигом при восстановительной атмосфере.
Основные технические характеристики
К основным техническим параметрам металлгидридных АКБ можно отнести:
- энергетическая плотность до 120 Вт-ч/кг;
- собственное внутреннее сопротивление 300 мОм;
- количество рабочих циклов до 500;
- время быстрого восстановления заряда до 4 ч;
- самостоятельный разряд в течение месяца до 30%;
- номинальное напряжение батарейки до 1,25 В;
- нагрузка оптимальным током до 0,5 значения емкости АКБ;
- максимальный ток имеет значение до 5 значений емкости;
- диапазон рабочих температур от -20°С до +60°С;
- срок службы до 5 лет.
Области применения
Ni mh батареи применяются в качестве источников питания для разнообразной стационарной электроники. В большинстве случаев их изготавливают двух типов ni mh аккумуляторов, имеющих маркировку АА, либо ААА, хотя различают и другие виды исполнения. В результате применения безвредных материалов металлгидридные АКБ имеют большее распространение в отличие от никель кадмиевых.
По значению емкости можно выделить две основные группы батарей:
- до 1000 мАч;
- до 3000 мАч.
Первая группа элементов питания используется для приборов и аппаратов с небольшим потреблением энергии батареи. В такой электронике расход емкости аккумулятора начинается после определенного интервала времени. Используются для навигаторов, фонариков, игрушек.
Вторая группа используется для питания электроприборов и аппаратов, которые имеют повышенное потребление энергии аккумулятора за короткий промежуток времени. К такой электронике можно отнести фотоаппараты, модели игрушек с дистанционным управлением, а также различные плееры.
Правила зарядки
Если правильно применять и заряжать ni mh аккумуляторы можно тем самым продлить срок службы батареи. Также могут оказать влияние и такие факторы, как значение глубокого разряда, скорости зарядки и контроль за его окончанием. В зависимости от условий эксплуатации срок службы может составлять значение до 5 лет.
Для восстановления заряда иногда может применяться режим быстрого заряда. Такой режим применяется для электродов с высокой активностью, при этом необходимо контролировать значения температуры и напряжения зарядки. Высокоактивные электроды применяются в АКБ для планшетов, ноутбуков и телефонов.
Быстрый заряд разработчики рекомендуют проводить в три ступени:
- В первом этапе используется ток заряда ni mh аккумуляторов значением немного выше собственной емкости элемента питания.
- Второй этап. В течение не более 30 минут применяется ток заряда величиной 0,1 от емкости.
- Третий этап. Применяется так называемая подзарядка током 0,02 от значения емкости АКБ.
Важно! При использовании нормального режима заряда применяют ток значением до собственной емкости, а напряжение при этом имеет значение 1,5 В.
Для предотвращения выхода из строя источника питания при восстановлении заряда необходимо осуществлять постоянный контроль основных параметров. Производители применяют несколько способов контроля за быстрым зарядом, в результате чего, которого происходит отключение зарядного устройства:
- Максимальное значение температуры электролита. Данный контроль является неточным, так как при заряде при низких температурах может произойти перезаряд, наоборот, при жаре вокруг произойдет недозаряд.
- Производится контроль скорости изменения значения температуры. Применяется при 0°С, что позволяет повысить емкость аккумулятора.
- Показание падения номинального напряжения при окончании восстановления заряда.
- Окончание установленного временного цикла заряда.
- В ni mh аккумуляторов призматической конструкции применяется метод контроля изменения внутреннего давления паров электролита.
- Максимальное значение номинального напряжения.
Важно! Зарядка металлгидридных батарей при пониженных температурах должна происходить с уменьшенной скоростью.
Условия безопасной эксплуатации
Для продления срока службы и сохранения всех технических характеристик металлгидридных АКБ необходимо соблюдать рекомендации производителя. К таким требованиям относят:
- соблюдение нормального температурного режима;
- запрещается разряжать батарею до значения ниже 1В;
- не допускается короткое замыкание электродов между собой, при этом может произойти полное разрушение аккумулятора;
- запрещается применение старых элементов совместно с новыми в батарее;
- не рекомендуется припаивать провода и токоотводы к элементам питания.
Хранение ni mh аккумуляторов следует при нормальной температуре не ниже 0°С, не допускается снижение разряда до нуля, такое неминуемо приведет к потере внутренней емкости. Необходимо раз в месяц проводить подзаряд.
Достоинства и недостатки
Основные преимущества металлгидридных аккумуляторов:
- повышенная энергетическая емкость;
- отсутствие вредных элементов, таких как кадмий;
- практически полное отсутствие «эффекта памяти»;
- для уменьшения разрядного напряжения необходимо снижать уровень собственного напряжения до 1 В.
Основные недостатки никель металлгидридных аккумуляторов:
- функционирование в узком диапазоне значений тока нагрузки;
- в ходе эксплуатации необходимо использовать температурные реле и датчики;
- опасность повреждения элементов при ошибке соединения в батарее;
- повышенные показания самостоятельного разряда, в отличие от никель кадмиевых;
- необходимость применения дорогих легирующих металлов в производстве электродов, чтобы повысить температурный диапазон;
- полная потеря емкости при разряде аккумулятора до нулевого значения.
При выборе того или иного источника питания для различной электротехники необходимо обратить внимание на основные параметры и характеристики. Правильная эксплуатация и контроль заряда значительно продлит срок службы аккумуляторной батареи, а также снизит затраты на его восстановление.
