Никель-металлгидридные аккумуляторы (NiМН)

Никель-металлгидридная технология разви­валась, по существу, как альтернатива ни­кель-кадмиевой — для преодоления вы­шеописанных недостатков. «Неэкологич­ный» кадмиевый анод был заменен на анод на основе сплава, абсорбирующего водород. Напряжение этих двух систем одинаковое, а изменение в химическом составе позволило реализовать новый внутренний баланс эле­мента при значительном увеличении плотно­сти энергии. Новый катодный материал вы­сокой плотности на основе сферического гидрата закиси никеля с войлочной основой позволил существенно улучшить характери­стики NiCd-аккумуляторов. Кроме того, у NiМН-технологии имеется потенциальная возможность для достижения более высокой удельной емкости, чем у NiCd-технологии, что позволило никель-металлгидридным аккумуляторам серьезно конкурировать с никель-кадмиевыми и вытеснить их из це­лого ряда областей портативной техники, особенно там, где не требуется высокого тока отдачи, а более важным является вре­мя непрерывной работы.

Отличительные особенности современных NiМН-аккумуляторов:

высокая удельная энергия по массе и объ­ему (емкость в 1,5-2 раза больше, чем у стандартных NiCd-аккумуляторов тех же габаритов);

диапазон рабочих температур от -10 до
+40 ⁰C;

меньшая склонность к эффекту памяти, чем у NiCd-батарей (то есть периодичес­ких циклов восстановления практически не требуется);

устойчивость к длительному перезаряду
малыми токами;

механическая прочность и устойчивость к
механическим нагрузкам;

длительный срок службы и хранения (в
разряженном состоянии);

меньшая токсичность при утилизации.

К сожалению, NiМН-аккумуляторы имеют недостатки и по некоторым параметрам проиг­рывают NiCd-батареям. Так, число циклов за­ряда-разряда для NiМН-аккумуляторов замет­но меньше, чем у никель-кадмиевых, и гаран­тируется примерно 500 циклов, в то время как для NiCd-аккумуляторов оно может доходить и до 1000. К тому же для NiMН-аккумуляторов, в отличие от NiCd-батарей, предпочтительнее поверхностный, чем глубокий разряд, а ведь долговечность аккумуляторов непосредствен­но связана именно с глубиной разряда.

При быстром заряде NiМН-аккумулятора выделяется значительно большее количество тепла, чем во время заряда NiCd-батареи, по­этому никель-металлгидридные аккумуляторы предъявляют к зарядным устройствам повы­шенные требования — необходимы более сложные алгоритмы для обнаружения момен­та полного заряда и контроль температуры (впрочем, большинство современных NiМН-аккумуляторов оборудовано внутренним температурным датчиком для получения дополни­тельного критерия обнаружения полного заря­да), По той же причине NiМН-аккумулятор не может заряжаться так быстро, как никель-кад­миевый, — время заряда NiМН-батареи той же емкости обычно в 2 раза больше.

И как мы уже отмечали, рекомендуемый ток разряда для NiМН-аккумуляторов значитель­но меньше, чем для NiCd-батарей, и большин­ство изготовителей рекомендуют ток нагруз­ки от 0,2 до 0,5 Сн (то есть от одной пятой до половины номинальной емкости). Этот недо­статок не столь критичен, если требуемый ток нагрузки низок, а для тех устройств, которые требуют высокого тока нагрузки или имеют импульсную нагрузку, вроде переносных ра­диостанций и мощных инструментов с элект­родвигателями, рекомендуются специальные типы NiМН-аккумуляторов, такие как выше­описанные изделия компании Раnasonic, или NiCd-аккумуляторы.

Кроме того, как для NiCd-, так и для NiМН-аккумуляторов характерен высокий самораз­ряд. Однако если NiCd-батарея теряет около 10% своей емкости в течение первых суток, после чего саморазряд укладывается пример­но в 10% в месяц, то саморазряд у NiМН-аккумуляторов примерно в 1,5-2 раза выше. Ко­нечно, для некоторых типов NiМН-батарей применяются гидридные материалы, улучша­ющие связывание водорода для уменьшения саморазряда, но это обычно приводит к умень­шению емкости аккумулятора, то есть к поте­ре главного преимущества по сравнению с NiCd-технологией.

Диапазон рабочих температур у NiМН-аккумуляторов также меньше, чем у NiCd-батарей. Так, если температура -20 °С является преде­лом, при котором NiМН- и NiCd-аккумуляторы прекращают функционировать, то NiCd-батареи могут продолжать работать при ее снижении до -40°С.

И как мы уже отмечали, рекомендуемый ток разряда для NiМН-аккумуляторов значитель­но меньше, чем для NiCd-батарей, и большин­ство изготовителей рекомендуют ток нагруз­ки от 0,2 до 0,5 Сн (то есть от одной пятой до половины номинальной емкости). Этот недо­статок не столь критичен, если требуемый ток нагрузки низок, а для тех устройств, которые требуют высокого тока нагрузки или имеют импульсную нагрузку, вроде переносных ра­диостанций и мощных инструментов с элект­родвигателями, рекомендуются специальные типы NiМН-аккумуляторов, такие как выше­описанные изделия компании Раnasonic, или NiCd-аккумуляторы.

Кроме того, как для NiCd-, так и для NiМН-аккумуляторов характерен высокий самораз­ряд. Однако если NiCd-батарея теряет около 10% своей емкости в течение первых суток, после чего саморазряд укладывается пример­но в 10% в месяц, то саморазряд у NiМН-ак-кумуляторов примерно в 1,5-2 раза выше. Ко­нечно, для некоторых типов NiМН-батарей применяются гидридные материалы, улучша­ющие связывание водорода для уменьшения саморазряда, но это обычно приводит к умень­шению емкости аккумулятора, то есть к поте­ре главного преимущества по сравнению с NiCd-технологией.

Диапазон рабочих температур у NiМH-аккумуляторов также меньше, чем у NiCd-батарей. Так, если температура -20 °С является преде­лом, при котором NiМН- и NiCd-аккумуляторы прекращают функционировать, то NiCd-батареи могут продолжать работать при ее снижении до -40°С.

Ну и, наконец, цена NiМН-аккумуляторов приблизительно на треть выше, чем NiCd-батарей, и даже современные NiCd-аккумуляторы большой емкости, которые дороже стандартных, по соотношению «емкость/цена» все равно опережают NiМН.

Рис. 6-5

Лекция 13

Дата добавления: 2014-01-07