Acumulator de hidrură de nichel-metal

Baterie reîncărcabilă NiMH de mare capacitate.

Acumulatorul de hidrură de nichel-metal (denumit în mod obișnuit, dar necorespunzător, nichel-metalhidrat ), prescurtat NiMH (în engleză: hidrură de nichel-metal ), este un tip de baterie reîncărcabilă similar cu acumulatorul de nichel-cadmiu (prescurtat NiCd), dar anodul , care absoarbe hidrogenul, este mai degrabă un aliaj decât cadmiul . Ca și în bateriile NiCd, catodul este fabricat din oxihidroxid de nichel NiOOH, (Ni (III), în timp ce anodul este fabricat dintr-o hidrură compusă din metale, de obicei amestecuri de lantanide și nichel sau alte metale din prima serie de tranziție și / sau aluminiu O baterie NiMH poate avea de două sau trei ori capacitatea unei baterii NiCd de aceeași dimensiune, iar efectul de memorie este mai puțin semnificativ. Cu toate acestea, densitatea volumetrică a energiei este mai mică decât bateriile Li-Ion , iar descărcarea automată este mai mare.

Bateriile de dimensiuni comune (tip AA) au o capacitate nominală C între 1100 mAh și 2700 mAh cu o tensiune de 1,2 V, livrată de obicei la 0,2 C.

Densitatea energetică pentru NiMH este de aproximativ 70 W · h / kg (250 kJ / kg), cu o densitate a energiei volumului de aproximativ 300 W · h / L (360 MJ / m³).

Istorie

Tehnologia acumulatorului NiMH a fost dezvoltată la sfârșitul anilor 1980 și a fost comercializată pentru prima dată de compania Matsushita .

Aplicații

Aplicațiile pentru acumulatorii de tip NiMH includ vehicule hibride precum Toyota Prius sau Honda Insight / Honda Civic și electronice de larg consum. Tehnologia NiMH va fi de asemenea utilizată pe tramvaiele Alstom Citadis de la un etaj inferior la Nisa ( Franța ); precum și pe prototipul robotului umanoid ASIMO proiectat de Honda . Bateriile obișnuite NiMH funcționează cel mai bine cu dispozitivele care necesită curenți de putere moderate, cum ar fi camerele digitale și electronice de larg consum. Deoarece bateriile NiCd au o rezistență internă mai mică, acestea își găsesc încă aplicarea în acele dispozitive care necesită curenți de alimentare mari (cum ar fi mașinile controlate radio).

Electrochimie

Într-o baterie Ni-MH, în timpul descărcării la anod , are loc oxidarea hidrogenului absorbit pe un aliaj metalic (în mod obișnuit LaNi ₅ H ₆ ):

${\ce {MH + OH- -> M + H_2O + e-}}$ ${\ displaystyle {\ ce {MH + OH- -> M + H_2O + e-}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {MH + OH- -> M + H_2O + e-}}}$

În timp ce la catod există formarea hidroxidului de nichel (II) :

${\ce {NiOOH + H_2O + e- -> Ni(OH)_2 + OH-}}$ ${\ displaystyle {\ ce {NiOOH + H_2O + e- -> Ni (OH) _2 + OH-}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {NiOOH + H_2O + e- -> Ni (OH) _2 + OH-}}}$

Reacția generală de descărcare este:

${\ce {NiOOH + MH -> Ni(OH)_2 + M}}$ ${\ displaystyle {\ ce {NiOOH + MH -> Ni (OH) _2 + M}}}$ ${\ displaystyle {\ ce {NiOOH + MH -> Ni (OH) _2 + M}}}$

În timpul încărcării, reacția are loc în direcția opusă.

„Metalul” din anodul unei baterii Ni-MH este de obicei un compus intermetalic. Mulți compuși diferiți au fost dezvoltați în acest scop, dar cei utilizați în prezent se încadrează în două clase. Cel mai frecvent este AB ₅ , unde A este un amestec de elemente din grupul pământurilor rare (lantanide), cum ar fi lantan , ceriu , neodim , praseodim și B este nichel , cobalt , mangan și / sau aluminiu . Doar câteva baterii utilizează electrozi cu materiale cu capacitate negativă ridicată pe bază de compuși AB ₂ , unde A este titan și / sau vanadiu și B este zirconiu sau nichel, modificat cu crom , cobalt , fier și / sau mangan , datorită duratei reduse de viață pentru acest tip de soluție [1] ( EN )

Bateriile NiMH au un electrolit alcalin , de obicei o pastă de hidroxid de potasiu ~ 6M .

Sarcină

Curba de încărcare a unei baterii NiMH.

Tensiunea de încărcare este de 1,4-1,6V / celulă. [2] ( RO ).

Duracell recomandă „o taxă de întreținere cu durată nelimitată egală cu„ C ”/ 300”. O celulă complet încărcată are o tensiune de 1,35-1,4V (fără sarcină) și oferă o tensiune nominală de 1,2V în timpul descărcării, până la aproximativ 1,0V (descărcarea suplimentară poate provoca daune permanente).

O reducere a tensiunii („ efectul memoriei ”) poate apărea din cauza descărcărilor parțiale repetate, dar poate fi eliminată cu un ciclu de încărcare. ^[1]

Atunci când se aplică o încărcare rapidă la o baterie NiMH, se recomandă un încărcător de baterii „inteligent” care poate evita supraîncărcarea, care poate deteriora bateria și duce la situații periculoase. Bateriile moderne NiMH conțin un catalizator care gestionează imediat gazele produse de o încărcare excesivă, împiedicându-le să producă daune ( 2 H ₂ + O ₂ ---catalizzatore → 2 H ₂ O ). Cu toate acestea, această soluție funcționează numai cu curenți de încărcare de până la C / 10 h (capacitate nominală împărțită pe 10 ore). Ca urmare a acestei reacții, bateriile se încălzesc considerabil, indicând sfârșitul procesului de încărcare. Unele încărcătoare rapide sunt echipate cu un ventilator pentru a răci bateriile în timpul încărcării.

O metodă de încărcare foarte rapidă se numește In-Cell Charge Control și include un presostat în interiorul celulei, care deconectează automat curentul de încărcare în prezența suprapresiunilor.

Unii producători indică faptul că bateriile NiMH pot fi încărcate în siguranță cu un curent de încărcare constant moderat (cu sau fără temporizator) și că supraîncărcarea este acceptabilă pentru curenți de încărcare de până la C / 10 h. De fapt, aceasta este soluția adoptată în cazul încărcătoarelor mai ieftine (cum ar fi baza telefoanelor fără fir). Deși această abordare este sigură, nu este menită să protejeze autonomia bateriei. Potrivit Panasonic , încărcarea manuală și continuă a bateriilor NiMH (cu curenți de supraîncărcare moderată) poate deteriora bateria; pentru a evita deteriorarea, curentul de supraîncărcare trebuie să fie limitat între 0,033 * C / h și 0,05 * C / h și pentru un timp maxim de 20 de ore.

Pentru a proteja durata de viață a bateriilor NiMH, este mai bine să aplicați curenți de încărcare mari, dar cu o durată adecvată (scurtă), mai degrabă decât curenți de încărcare mici, dar aplicați pentru perioade lungi de timp.

Încărcare cu control de tensiune

Acesta constă în controlul variației de tensiune în timpul procesului de încărcare, efectuat la curent constant. Când un acumulator a terminat procesul de încărcare, tensiunea din acesta suferă o ușoară scădere (denumită în mod obișnuit vârf delta ). Încărcătorul trebuie să detecteze această scădere și să oprească încărcarea. Acest proces, mult mai sigur cu NiCd, poate fi utilizat și cu NiMH atâta timp cât asigură curenți de încărcare mari (de ordinul 1 C, adică un curent în A egal cu capacitatea acumulatorului în Ah): o astfel de previziune face este posibil ca scăderea tensiunii să fie detectabilă la sfârșitul încărcării suficient de mare. Valorile tipice ale vârfului delta sunt 7 mV per celulă pentru NiMH, 12 mV pentru NiCd. ^{[ fără sursă ]}

Încărcare cu control al temperaturii

În timpul procesului de încărcare, deoarece tensiunea variază puțin, încărcarea cu curent constant furnizează energie la o rată aproape constantă.

Când celula nu este încărcată, o mare parte din energia furnizată este stocată sub formă de energie chimică. Când celula este încărcată, cea mai mare parte a energiei furnizate este transformată în căldură, astfel încât, măsurând schimbarea temperaturii în timp, puteți decide când să opriți încărcarea. Duracell și Panasonic sugerează oprirea încărcării atunci când schimbarea atinge 1 ° C pe minut. De asemenea, este necesar să introduceți un control asupra temperaturii maxime atinse de celulă, care este în jur de 60 ° C. ^{[ fără sursă ]}

Notă

^ Depresia tensiunii („Efect de memorie”) , pe duracell.com . Adus în iunie 2009 (arhivat din original la 3 martie 2009) .

Elemente conexe

Controlul autorității	LCCN (EN) sh93003489 · GND (DE) 4508373-3

Portalul de electrochimie

Portalul Energiei

Portalul de fizică

[1] Depresia tensiunii („Efect de memorie”) , pe duracell.com . Adus în iunie 2009 (arhivat din original la 3 martie 2009) .

[1]