Никель-металлгидридные Ni-MH аккумуляторы начали разрабатываться в 1970 году в результате изобретения способа сохранения водорода в никель-водородных батареях. Никель-водородные батареи используются до сих пор главным образом в спутниковой аппаратуре. Они громоздки, имеют емкости высокого давления для хранения водорода, и каждая из них стоит тысячи долларов.
Никель-металлгидридные Ni-MH аккумуляторы, краткое описание, применение, основные преимущества и недостатки.
В ранних экспериментах с никель-металлгидридными Ni-MH аккумуляторами металлгидридные сплавы в их среде работали нестабильно, и требуемой емкости батарей достичь не удавалось. Поэтому их развитие задерживалось до тех пор, пока в 80-х годах прошлого века не были разработаны новые металлгидридные сплавы, которые работали стабильно. С тех пор конструкция никель-металлгидридных батарей постоянно совершенствовалась в сторону увеличения их энергетической плотности.
Успех распространению никель-металлгидридных Ni-MH батарей обеспечили высокая энергетическая плотность и не токсичность материалов, применяемых при их производстве. По сравнению с никель-кадмиевыми современные никелъ-металлгидридные батареи имеют более высокую — почти на 40 % — энергетическую плотность. Имеется возможность и для дальнейшего ее повышения, но не без некоторых нежелательных побочных эффектов.
Как и никель-кадмиевым, никель-металлгидридным Ni-MH аккумуляторным батареям присущ высокий саморазряд. Если никель-кадмиевые батареи теряют 10 % своей емкости в первые 24 часа после заряда, которая затем снижается примерно на 10 % каждый месяц, то никель-металлгидридные батареи теряют за такое же время в 1,5 раза большую емкость.
Подбор металлгидридных материалов, улучшающих водородные связи и уменьшающих коррозию сплава, позволяет уменьшить скорость саморазряда. Однако при этом увеличивается цена и снижается энергетическая плотность аккумуляторной батареи.
При заряде никель-металлгидридных Ni-MH батарей протекают реакции у положительных пластин:
Ni(OH)2 + ОН — NiOOH + Н2О + е.
У отрицательных пластин:
М + Н2О + е — МНпогл + ОН.
где М — сплав, поглощающий водород. Нпогл — поглощенный сплавом водород.
При разряде протекают обратные реакции. В качестве поглотителя водорода применяются никель-железные, марганцево-цинковые, марганцево-никелевые и лантано-никелевые сплавы.
В свое время никель-металлгидридные Ni-MH батареи постепенно заменяли никель-кадмиевые при использовании их в качестве источника питания. На вопрос о том, улучшатся ли качество и энергетическая емкость никель-металлгидридных батарей в ближайшем будущем, специалисты отвечают, что улучшатся, но незначительно. Поэтому наиболее перспективным считается постепенный переход к более совершенным литий-ионным батареям.
Преимущества никель-металлгидридных Ni-MH аккумуляторов:
Емкость на 30—40 % выше емкости никель-кадмиевых батарей. Имеется потенциал для увеличения их энергетической плотности.
Значительно меньшая, чем у никель-кадмиевых батарей, подверженность «эффекту памяти». Но нельзя сказать о его отсутствии вообще.
Простота хранения и транспортировки. Не требуется регулярного контроля.
Экологически чистые. Содержат только очень слабые токсины, возможна вторичная переработка.
Недостатки никель-металлгидридных Ni-MH аккумуляторов:
Ограниченный срок службы, особенно при высоких токах нагрузки. Емкость снижается уже после 200—300 циклов заряд/разряд. При эксплуатации более предпочтителен частичный разряд, нежели полный.
Ограниченный ток разряда. Хотя никель-металлгидридные Ni-MH аккумуляторы и допускают высокие токи разряда, повторяющиеся разряды при таких токах существенно снижают срок службы батарей. Наилучшие результаты при эксплуатации батарей получаются в том случае, если ток разряда составляет 0,2-0,5С. С — Capacity — емкость батареи.
Необходимость более сложного алгоритма заряда, поскольку в его процессе выделяется большое количество тепла.
Высокий саморазряд. Почти на 50 % больший, чем у никель-кадмиевых батарей. Новые химические добавки снижают саморазряд, но при этом уменьшается и энергетическая плотность батарей.
При хранении при повышенных температурах емкость батарей снижается. Никель-металлгидридные Ni-MH батареи следует хранить в прохладном месте заряженными примерно на 40%.
Необходимость ухода. Никель-металлгидридные аккумуляторы периодически требуют контрольно-тренировочного цикла (полный разряд/заряд) для предупреждения кристаллизации.
Относительно высокие цены. Цены никель-металлгидридные аккумуляторы в среднем на 20 % больше, чем на аналогичные никель-кадмиевые.
По материалам книги Аккумуляторы.
Хрусталев Д.А.
