Никель-металлгидридные аккумуляторы заменили никель-кадмиевые и никель-водородные батареи. В Ni-MH аккумуляторах положительный электрод, как и в никель-кадмиевом, изготавливается из оксидно-никелевого сплава, а отрицательный – из сплава никеля с редкоземельными металлами, который поглощает водород. Ключевым материалом, который определяет характеристики Ni-MH аккумулятора, является именно водородопоглощающий сплав, способный вбирать объем водорода, в 1000 раз превышающий свой собственный объем.
Эти сплавы формируются из двух или нескольких металлов, один из которых поглощает водород, а другой выступает в роли катализатора, способствующего диффузии атомов водорода в металлическую решетку. Число возможных сочетаний используемых металлов практически безгранично, что предоставляет возможность оптимизировать характеристики сплава. Использование этих материалов для создания отрицательного электрода дало возможность увеличить в 1,3-2 раза закладку активных масс положительного электрода, который и определяет емкость аккумуляторной батареи.
Таким образом, никель-металлгидридные аккумуляторы характеризуются высокой энергетической плотностью по сравнению с предыдущими моделями. Поскольку в их производстве задействованы нетоксичные материалы, проще решается проблема утилизации использованных аккумуляторов. У Ni-MH аккумуляторов, в отличие от Ni-Cd, отсутствует “эффект памяти”.
Технические характеристики
Наработка (число разрядно-зарядных циклов) и срок службы Ni-MH аккумулятора в значительной степени зависят от условий эксплуатации. Наработка снижается с увеличением глубины и скорости разряда и определяется скоростью заряда. Ускоренный (за 4 – 5 часов) и быстрый (за 1 час) заряды возможны для Ni-MH аккумуляторов с высокоактивными électrodami. В зависимости от типа, режима работы и условий эксплуатации аккумуляторы обеспечивают от 500 до 1000 разрядно-зарядных циклов при глубине разряда в 80% и могут иметь срок службы от 3 до 5 лет. С увеличением нагрузки (уменьшение времени разряда) и при снижении температуры емкость Ni-MH аккумулятора уменьшается. Особенно выражено влияние снижения температуры на емкость при больших скоростях разряда.
Условия эксплуатации и хранения
При хранении Ni-MH аккумуляторы подвергаются саморазряду. В течение месяца при обычной комнатной температуре емкость теряется на 20-30%, а при длительном хранении потери снижаются до 3-7% в месяц. При повышении температуры скорость саморазряда возрастает. Эти аккумуляторы восприимчивы к перезарядке. В процессе зарядки Ni-MH аккумуляторов выделяется тепло, поэтому для предотвращения перегрева в батареях из Ni-MH во время быстрого заряда и/или значительного перезаряда устанавливают термопредохранители или термореле. Ni-MH аккумуляторы имеют довольно узкий диапазон температур для работы: большая их часть не функционирует при температуре ниже -10 градусов и выше +40 градусов.
Применение в гибридных автомобилях
Ni-MH батарея
В гибридных автомобилях используются Ni-MH аккумуляторы прямоугольной формы. В этих устройствах положительные и отрицательные электроды расположены поочередно, а между ними находится сепаратор. Конструкция блока электродов помещена в металлический или пластиковый корпус и накрыта герметичной крышкой. В Ni-MH аккумуляторах применяется щелочной электролит, состоящий из КОН с добавлением LiOH. Несмотря на то что многие специалисты считают, что будущее принадлежит литий-ионным батареям, на ряде гибридных автомобилей все еще применяются никель-металлгидридные аккумуляторы. Они значительно дешевле, и методы их производства хорошо отработаны. Однако они уступают в весовом качестве (отношение запасенной энергии к массе) и диапазоне зарядки (от 40 до 60%) – всего 20% общей емкости.
История создания
Начало разработок никель-кадмиевых аккумуляторов относится к 50-м годам. Тем не менее, лишь к середине 70-х появились сплавы, способные абсорбировать водород в значительных количествах. Однако аккумуляторы, основанные на этих спладах, обладали менее высокой емкостью по сравнению с никель-кадмиевыми.
Тем не менее, исследования продолжались, что привело к разработке сплава La-Ni-Co, способного электрохимически обратимо абсорбировать водород более чем на 100 циклах. В массовое производство Ni-MH аккумуляторы начали поступать в середине 80-х годов. С тех пор их конструкция постоянно улучшается с применением новых сплавов. Сплавы никеля с редкоземельными металлами способны обеспечить до 2000 циклов заряда и разряда аккумулятора при снижении емкости отрицательного электрода не более 30 %.
