Меню

Гидридные аккумуляторы процесс разрядки анод катод

Гидридные аккумуляторы процесс разрядки анод катод

Никель-металлогидридный (ni-mh) аккумулятор

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.

  1. История появления ni mh аккумуляторов
  2. Металлогидридный аккумулятор
  3. Цилиндрические ni mh батареи
  4. Призматические ni mh батареи
  5. Виды электродов
  6. Металловодородные электроды
  7. Оксидноникелевые электроды
  8. Ламельные
  9. Спеченные металлокерамические
  10. Прессованные
  11. Металловойлочные
  12. Основные технические характеристики
  13. Области применения
  14. Правила зарядки
  15. Условия безопасной эксплуатации
  16. 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.

Металлгидридная батарея

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.

Цилиндрические элементы в батарее

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.

Аккумулятор для электроинструмента

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:

  1. В первом этапе используется ток заряда ni mh аккумуляторов значением немного выше собственной емкости элемента питания.
  2. Второй этап. В течение не более 30 минут применяется ток заряда величиной 0,1 от емкости.
  3. 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.

Читайте также:  Как подзарядить аккумулятор от планшета

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.

Источник



Ni MH аккумуляторы — что это, характеристики, плюсы и минусы

В сферах, где требуется долгое хранение электрического заряда, популярны никель-металлгидридные батареи. Популярность аккумулятора растет из-за высокой энергетической плотности, экологичности сырья, что упрощает утилизацию.

Ni Mh аккумуляторы – описание, история создания, особенности работы

Никель-металлогридные аккумуляторы представляют собой источник тока, только химического типа, где оксид никеля – катод, водородный металлогидридный электрод – анод. Производить аккумуляторы начали в середине 20 века.

Разработка металлгидридных аккумуляторов направлялась на преодоление недостатков, которые были у никель-кадмиевых аккумуляторах. Были разработаны метал и сплавы, которые работают при минимальном водородном давлении при комнатной температуре. Первый аккумулятор с металлогидридными сплавами работал нестабильно.

Промышленное применение началось после изобретения сплава, который позволил электрохимически обратимо абсорбировать водород более чем на 100 циклов.

В 2020 году совершенствуются сплавы и металл для изготовления. Применение никелевых сплавов с редкоземельными металлами создают до 2000 циклов заряд-разряд.

nimh аккумулятор применяется для питания электроники, которая работает в автономном режиме. На рынке предоставлены батареи двух основных групп по емкости:

  1. 1500 – 3000 м А/ч
  2. 300-1000 м А/ч

Для первой группы характерно использование в устройствах, которые расходуют много энергии в короткий период. В этом варианте нет предварительного хранения батареек. Это фотоаппараты, плееры, гаджеты, где энергия очень быстро расходуется за короткое время.

Вторая группа используется в устройствах, где энергия расходуется после временного интервала. Это игрушки, рации, навигаторы, устройства, которые определенное время находятся в автономном режиме.

Характеристики Ni Mh

Характеристика батарей зависит от обработки сплава отрицательного электрода, состава и структуры. Металл для сплава рекомендовано производителям подбирать с особой тщательностью.

Типоразмеры Ni Mh аккумуляторов

Все батареи подразделяются на виды:

  • пальчиковые, емкостью около 3000 м А/ч (А А);

Тип аккумулятора ni mh

  • мизинчиковые, емкостью до 1000 м А/ч ( А А А);

Аккумуляторная батарея ni mh

  • средние, емкостью до 6000 м А/ч (С), по сравнению с пальчиковыми имеют большой размер;
  • большие, с емкостью до 11500 м А/ч (D).

Крупные компании Duracell, Panasonic, Energize выпускают металлогидридные источники питания типоразмеров А А и А А А.

В таблице сравниваются напряжение, саморазряд, энергоемкость, период работы батареек потребительского сегмента. Типоразмеры А А и А А А работают в портативных устройствах. При незначительном отличии вольтажа состояние разряда наступает при 1В. Такая широта допустима из-за того, что портативные устройства имеют гибкость в диапазоне напряжений.

Главное – использовать только однотипные элементы.

тип батареи емкость А А версии напряжение количество энергии после саморазряда после 1 года количество снимков камерой
NI MH 2700 мА/ч перезаряжаемая 1,2 В 50% 600
Enelloop 2400 мА/ч, перезаряжаемая 1,2 В 85% 500
Обычная щелочная 2800 мА/ч, неперезаряжаемая 1,5 В 95% 100
Щелочная перезаряжаемая 2000 мА/ч, при зарядках уменьшается 1,4 В 95% 100
Литиевая 2400-3400 мА/ч, неперезаряжаемая 1,5 В 10 лет срок хранения, очень низкий саморазряд 700

Высокий показатель саморазряда вызывает недовольство потребителей. Если устройством с NI МН не пользоваться несколько недель, оно разрядится. Перед каждым использованием заряжать батарею не очень удобно, при том, что те же фонари используют как резервное освещение. Преимущество щелочной батареи со сроком 10 лет неоспоримо. В аккумуляторе от Панасоник под маркой Enellop саморазряд ниже. Батарея может дольше в 6 раз хранить заряд, чем обычная NI MH. Но у этой батареи уменьшенная удельная энергоемкость

По форме батареи могут быть цилиндрические и призматические, имеющие электроды в виде лемелей. Используются в портативной электронике, плеерах. Призматические используются в крупных сборках тяговых электродов. Типоразмеры не связаны с электрическими характеристиками.

Правила эксплуатации

Срок службы батареи ni mh определяют условия эксплуатации. Число разрядно-зарядных циклов уменьшается с увеличением глубины и скорости заряда. Аккумуляторы обеспечивают до 1000 разрядно-зарядных циклов с глубиной заряда 80%. Имеют срок службы до 5 лет.

При хранении батареи происходит саморазряд. Через месяц аккумулятор теряет до 30% емкости, в дальнейшем хранении потери уменьшаются до 5%. Чем выше температура, тем быстрее происходит саморазряд. Контроль температурного режима хранения, отсутствие переразрядов, коротких замыканий продлят срок службы акб ni mh.

Быстрый заряд аккумулятора 1 час. Применяется для питания ноутбуков, телефонов, электрических инструментов. Ускоренный заряд происходит за 5 часов. Рекомендуется также трехступенчатый способ заряда: первый этап быстрого заряда (1С и выше), заряд со скоростью 0,1С в течение 0,5-1 ч для заключительной подзарядки, и заряд со скоростью 0,05-0,02С в качестве компенсационного подзаряда.

Для Ni-MH аккумуляторов не рекомендуется заряд при постоянном напряжении, из-за теплового выхода из строя аккумуляторов. Это связано с тем, что в конце заряда происходит повышение тока, который пропорционален разности между напряжением электропитания и напряжением аккумулятора, а напряжение батареи в конце заряда понижается из-за повышения температуры.

Хранить аккумуляторы рекомендуют только в прохладном и сухом месте. При более высокой температуре NI MH разряжается. Батарея хранится в любом состоянии, но не в полном разряде или заряде. Оптимальный вариант заряда 50 %. Каждые 3 месяца рекомендуют проводить дозаряд, разряд и опять заряд до 60 % емкости. Хранение до пяти лет. После этого срока батарею полностью разряжают, потом заряжают и используют в обычном режиме.

Никель- металлогидридные аккумуляторы или ионные, что лучше

Работа аккумулятора оптимальна, если он соответствует требованиям эксплуатации. По запросам потребителей нельзя сказать, что аккумуляторы дотягивают до их требований. Правильно хранить электричество до конца не научились. Никель-металлогидридные аккумуляторы по сравнению с ионными имеют меньший срок службы и сроки хранения заряда до начала работы. Хотя обладают высокой экологичностью.

Батарея этого вида практична, долговечна. Разница в быстрой зарядке. Металлогидридные заряжаются за 1 час, а ионные за 2 часа.

Источник

Ni mh аккумуляторы: основные параметры

Щелочные Ni-Mh аккумуляторы, оборудованные корпусами герметичной конструкции, предназначены для питания электронных устройств бытового и промышленного назначения. Устройства отличаются повышенными характеристиками плотности запасаемой энергии, что позволяет применять изделия в приборах с увеличенным потреблением электроэнергии.

Виды Ni-Mh аккумуляторы.

Что представляет собой Ni-Mh аккумулятор

Никель-металлогидридная батарея представляет собой источник постоянного тока, допускающий многократную подзарядку. Устройства появились в 70-е годы прошлого столетия в рамках работ по усовершенствованию аккумуляторов на базе никеля и кадмия.

Производители выпускают батареи цилиндрической конфигурации (например, стандарта АА или AAA), в форме прямоугольного параллелепипеда (для сотовых телефонов) или в виде сложных геометрических фигур (для фототехники или специального оборудования).

Конструкция никель-металл-гидридной аккумуляторной батареи

Никель-металлогидридный аккумулятор оборудован герметичным металлическим корпусом, между полюсами установлена прокладка из диэлектрического материала. Положительный сигнал подается от электрода, выполненного из гидрида сплава никеля с лантаном или литием.

Катод (отрицательный вывод) выполнен из оксида никеля. Между анодом и катодом находится загущенный щелочной электролит на основе гидроксида калия. В конструкцию батареи введен предохранительный клапан, который срабатывает при повышении давления газов до 4 МПа.

Встречаются изделия с катодами, изготовленными по 5 технологиям:

  1. Ламельная конструкция, основанная на металлической сетке из никеля. Сверху поверхность покрывается порошкообразным оксидом никеля, который затем сжимается прессом.
  2. Пеноникеливая схема, в основе конструкции лежит пористый элемент из никеля. Полости заполняются специальной пастой, состоящей из оксида никеля и дополнительных присадок.
  3. Фольгированная конструкция, построенная на базе фольги из никеля или сплава никеля со сталью. На поверхность материала наносится оксид никеля, который затем прокатывается и сушится.
  4. Вальцованные детали, оксид никеля крепится на металлическом (медном или никелевом) основании путем прокатки.
  5. Элементы, выполненные методом спекания порошка оксида никеля и металлического основания. Процедура выполняется в атмосфере, состоящей из чистого водорода, при температурах от 1500°С.

Материал анода обладает способностью сохранять ионы водорода, объем абсорбируемого вещества превышает емкость электрода в 10³ раз. Введение небольшого количества металлического лития или лантана в состав материала анода позволяет стабилизировать работу аккумулятора и увеличивает срок службы изделия.

Разные объемы Ni-Mh аккумуляторы.

Внутри корпуса размещен сепаратор, обеспечивающий разделение анода и катода.

Схема аккумулятора не зависит от внешней конфигурации корпуса, на части изделий применяются дополнительные выводы (зависит от типа устройства, в которое устанавливается батарея).

Основные параметры и характеристика

Технические параметры никель-металлогидридных батарей:

  • номинальное напряжение (через 24 часа после зарядки) – не менее 1,3 В;
  • напряжение при разрядке током 0,2 А – до 1,25 В;
  • удельная энергетическая емкость – 50-80 Вт*ч/кг;
  • интенсивность саморазряда – 20-40% емкости за 28 суток;
  • температура эксплуатации – от -40° до 60°С;
  • количество циклов зарядки и разрядки – до 2000;
  • срок годности изделий – до 5 лет.
Читайте также:  Если машина постоит то садится аккумулятор

Как хранить Ni-Mh аккумуляторы

Рекомендации по хранению аккумуляторных батарей:

  • изделие хранится вне электрического прибора;
  • место складирования не должно подвергаться воздействию влаги;
  • перед началом хранения аккумулятор заряжается на 40-50%;
  • в процессе хранения проводится проверка состояния изделия и периодическая подзарядка;
  • запрещается нагревать аккумуляторы (длительное повышение температуры до 45°С вызывает деградацию химических веществ и снижает число рабочих циклов на 60%);
  • для снижения явления саморазряда допускается хранение устройств при температуре около 0°С.

Достоинства и недостатки

Преимущества никель-металлогидридных аккумуляторов:

  1. Отсутствует явный “эффект памяти”, пагубно влияющий на емкость и рабочие параметры батареи.
  2. Низкая стоимость изделий (по сравнению с Li-Ion аккумуляторами).
  3. Нет проблем с утилизацией отслуживших или вышедших из строя изделий.

Недостатки никель-металлогидридных батарей:

  1. Узкий диапазон рабочего тока (по сравнению с изделиями на основе никеля и кадмия). Проблема возникает из-за ограничения скорости выделения водорода при повышенной интенсивности разряда.
  2. Температура эксплуатации деталей лежит в диапазоне от -10° до +40°С. Существуют специальные серии аккумуляторов, рассчитанных на расширенный интервал температур.
  3. В процессе восстановления заряда наблюдается интенсивное выделение тепла (выше, чем у других типов никелевых аккумуляторов). Для предотвращения повреждения батарейки или воспламенения корпуса зарядного устройства от перегрева предусматривается биметаллический предохранитель, расположенный в корпусе аккумулятора.

Не рекомендуется создание батареи из более чем 10 элементов питания, поскольку повышается риск локального перегрева полученной аккумуляторной банки.
При разрядке одного из элементов возникает вероятность переполюсовки и разрушения устройства.

  • Склонность к саморазряду, поэтому при длительном хранении требуется периодическая подзарядка изделий. В ходе эксплуатации следует учитывать, что после 270-300 циклов заряда и разряда начинается естественное старение аккумулятора, которое сопровождается падением емкости.
  • Потеря емкости отрицательного вывода при глубоком разряде. Из-за этой особенности требуется проводить жесткий подбор элементов, которые будут собраны в банку.
  • Деформация и растрескивание поверхности катода и анода в процессе работы устройства, что приводит к коррозии деталей из-за воздействия приникающего в поры агрессивного электролита. Протекающие химические процессы приводят к поглощению газообразного кислорода и водорода. Из-за падения объема электролита растет внутреннее сопротивление батареи и падает напряжение.
  • Зарядка никель-металлгидридного аккумулятора

    Новые батареи, а также изделия после долговременного хранения следует несколько раз разрядить до минимального уровня. Для зарядки изделий применяются стандартные зарядные приспособления или специальные блоки, контролирующие рабочий процесс.

    Длительность эксплуатации аккумулятора зависит от интенсивности зарядки и алгоритма завершения восстановления емкости. В процессе зарядки требуется избегать коротких замыканий, не рекомендуется припаивать к контактным площадкам дополнительные проводники.

    Капельный тип

    Методика предусматривает компенсацию саморазряда батареи путем подачи тока малой величины (до 5% от номинальной емкости изделия), который не позволит нагреться корпусу элемента питания. Используемое зарядное устройство для Ni-Mh элементов должно оснащаться электронным контроллером. Устройство фиксирует момент полной зарядки батареи и автоматически отключает подачу напряжения на клеммы батареи. КПД устройства с электронным управлением не превышает 75%.

    Если используется устройство с ручным управлением, то производится ручная корректировка параметров (с соответствующим снижением КПД до 40-50% и ниже). Применение упрощенного оборудования приводит к снижению ресурса батареи, поэтому изготовители источников тока не рекомендуют использовать капельную методику.

    Если в прибор, предназначенный для зарядки источников большой емкости, установить батареи с уменьшенной емкостью, то происходит перегрев изделий выше допустимой температуры.

    При чрезмерном занижении токовых параметров происходит увеличение времени восстановления заряда до нескольких суток или недель. При коммутации устройства с повышенной емкость в маломощное зарядное устройство складывается ситуация, при которой источник тока полностью не зарядится никогда (из-за постоянного саморазряда). При длительном подключении батареи к зарядному устройству начинается деградация изделия, заключающаяся в падении емкости.

    Аккумулятор Ni-MH 3,6В 65мАч диам. 16×18мм 3 выв.

    Быстрая подзарядка

    При быстрой подзарядке требуется установить токовые параметры в диапазоне 0,75-1,0 от номинальной емкости батареи. Производитель рекомендуют устанавливать минимальное значение параметра, что позволит снизить вероятность перегрева элемента питания и выброса излишка газа и электролита из корпуса (через дренажный предохранительный клапан).

    Температура заряжаемых изделий должна находиться в интервале от 0° до 40°С, а напряжение на выводах – в диапазоне от 0,8 до 1,8 В.

    На начальном этапе зарядки КПД устройства достигает 90%, что обеспечивает пониженный нагрев корпуса. По мере восполнения емкости начинается падение эффективности работы устройства, сопровождаемое повышением тепловых потерь.

    При чрезмерном нагреве корпуса возможно срабатывание предохранительного клапана, приводящее к падению эффективности работы батареи и снижению срока службы. При использовании блока с ручным управлением время окончания зарядки определяет оператор (по времени зарядки или температуре корпуса).

    Алгоритм работы электронного блока быстрой подзарядки включает этапы:

    1. Фиксация установки аккумулятора в полость зарядного устройства. Микропроцессор измеряет токовые параметры и напряжение на клеммах, определяя состояние установленного элемента питания. Включение питания производится только после определения напряжения ниже запрограммированного порога (0,8 В).
      В процессе выполнения зарядки производится периодический опрос напряжения, что позволяет выключить устройство при досрочной выемке аккумулятора.
    2. Грубая оценка состояния заряда батареи. При фиксации напряжения ниже 0,8 В включается режим предварительного восстановления параметров. Ток в цепи не превышает 10-25% от номинальной емкости, время восстановления не более 30 минут. Контроллер проверяет напряжение на клеммах батареи, если параметр не увеличивается, а происходит нагрев корпуса, то изделие считается непригодным к дальнейшей эксплуатации.
    3. Фаза быстрой зарядки начинается с плавного повышения токовых параметров. Контроллер отслеживает температуру корпуса и напряжение на выходах аккумулятора. При завершении зарядки наблюдается снижение напряжения, после чего фаза быстрого заряда подходит к концу.
    4. Дозарядка аккумулятора, которая занимает до 30 минут. Фаза позволяет выровнять параметры элементов, установленных параллельно или последовательно в общую банку. Заряженные батареи теряют в первые сутки до 15% емкости из-за эффекта саморазряда, затем процесс замедляется (за месяц потеря заряда не превышает 10-15%).
      Существуют зарядные устройства, предназначенные для хранения аккумуляторов. Микропроцессор автоматически включает питание, компенсируя саморазряд батареи.

    Ускоренная зарядка

    Ni-Mh аккумуляторы размера D (R20) Soshine RTU на 11000 mAh c низким саморазрядом.

    Методика ускоренной зарядки основана на подаче тока, в несколько раз превышающего номинальную емкость батареи.

    Бесконечно увеличивать токовые характеристики невозможно из-за ограничений, накладываемых скоростью протекания химических процессов в батарее.

    КПД зарядного оборудования составляет до 100%, после восполнения заряда на 2/3 емкости начинается падение эффективности работы, сопровождаемое нагревом аккумулятора.

    К минусам методики относят:

    • трудности с определением момента прекращения зарядки;
    • проблемы с восстановлением аккумуляторных банок, поскольку степень разряда элементов различна;
    • дополнительные тепловые нагрузки на точках контакта корпуса аккумулятора и металлических пластин зарядного приспособления.

    Рекомендации по разрядке и зарядке АКБ

    В процессе эксплуатации изделий следует соблюдать правила:

    • не допускать перегрева батареи при зарядке;
    • запрещается осуществлять перезаряд изделия;
    • не допускается глубокий разряд аккумулятора.

    Восстановление никель-металлогидридных источников питания

    При многократных циклах частичной зарядки и разрядки никель-металлогидридные аккумуляторы теряют емкость, “запоминая” меньшую границу разрядки. Для устранения дефекта применяется цикл тренировки с последующим восстановлением заводских характеристик.

    Процедура начинается со снижения напряжения на клеммах батареи до 0,801 В (путем установки малогабаритной лампы или нагрузочного сопротивления). Если изделие долгое время не восстанавливалось, то рекомендуется произвести 2-3 цикла полной разрядки с последующим набором емкости.

    Для тренировки АКБ рекомендуется использовать зарядное приспособление, поддерживающее функцию разряда аккумулятора. Если пользователь не знает степень разряда элемента питания, то рекомендуется подключение лампы и вольтметра.

    При установке такого изделия в зарядное устройство для тренировки возможен чрезмерный разряд, приводящий к выходу аккумулятора из строя. Со временем электролит, залитый в батарею, теряет свои характеристики, восстановление подобных изделий невозможно.

    Правила использования аккумуляторных батарей

    Для обеспечения заявленного заводом срока службы NiMh батарей требуется произвести стартовую “раскачку” изделий, одновременно обеспечивающую достижение расчетной емкости.

    Изделие заряжается на зарядном устройстве, а затем разряжается при помощи встроенного в блок сопротивления. Допускается разряжать аккумулятор путем установки нагрузки с максимально допустимой мощностью. В зависимости от состояния батареи проводится до 5-6 подобных циклов подряд.

    Для восстановления емкости разрешается использовать штатный зарядный блок или устройство, рекомендованное изготовителем батарей. В процессе эксплуатации не требуется разряжать батареи на 100% (из-за риска выхода из строя), максимальный ресурс достигается при снижении емкости на 85-90%.

    В процессе восстановления параметров учитывается время зарядки, рабочий ток и температура корпуса аккумулятора. Извлекать из зарядного блока батарею с частично восстановленной емкостью не рекомендуется.

    Источник

    Никель-металлогидридный (ni-mh) аккумулятор

    Никель-металлогидридный (ni-mh) аккумулятор

    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.

    1. История появления ni mh аккумуляторов
    2. Металлогидридный аккумулятор
    3. Цилиндрические ni mh батареи
    4. Призматические ni mh батареи
    5. Виды электродов
    6. Металловодородные электроды
    7. Оксидноникелевые электроды
    8. Ламельные
    9. Спеченные металлокерамические
    10. Прессованные
    11. Металловойлочные
    12. Основные технические характеристики
    13. Области применения
    14. Правила зарядки
    15. Условия безопасной эксплуатации
    16. 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.

    Читайте также:  Как заряжать usb устройство от аккумулятора

    Металлгидридная батарея

    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.

    Цилиндрические элементы в батарее

    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.

    Аккумулятор для электроинструмента

    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:

    1. В первом этапе используется ток заряда ni mh аккумуляторов значением немного выше собственной емкости элемента питания.
    2. Второй этап. В течение не более 30 минут применяется ток заряда величиной 0,1 от емкости.
    3. 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.

    Источник