ما در این مقاله قصد داریم در مورد باتری نیکل متال هیدرید صحبت کنیم؛ ساختار و ویژگی ها، نحوه شارژ و دشارژ و نهایتا شیوه نگهداری اون رو بررسی خواهیم کرد.
باتری نیکل متال هیبرید چیست؟
باتری نیکل-متال هیدرید، به اختصار NiMH یا Ni-MH، یک نوع باتری قابل شارژ است. واکنش شیمیایی در الکترودهای مثبت شبیه به سلول نیکل کادمیوم (NiCd) است،با استفاده از هر دو،هیدروکسید اکسید نیکل (NiOOH) الکترود های منفی و آلیاژی جهت جذب هیدروژن، به جای کادمیوم استفاده می کنند. یک باتری NiMH می تواند معادل دو تا سه برابر ظرفیت یک NiCd را داشته باشد و تراکم انرژی آن می تواند به یک باتری لیتیوم یونی نزدیک باشد.
کاریردهای باتری نیکل هیبرید
برخی از کاربردها:
- تلفن های بی سیم خانگی
- خودروهای برقی
تاریخچه باتری های Ni-MH
کار بر روی باتری NiMH در مرکز تحقیقات Battelle-Geneva در سال ۱۹۶۷ به دنبال اختراع تکنولوژی شروع شد. این کار براساس تیتانیومهای Ti2Ni + TiNi + x و الکترودهای NiOH ساخته شد. توسعه بیش از دو دهه توسط Daimler-Benz و Volkswagen AG که در Deutsche Automobilgesellschaft انجام شد ،مورد حمایت Daimler AG بود.انرژی خاص باتری به ۵۰ W · h / kg (180 kJ / kg)، تراکم قدرت تا ۱۰۰۰ W / kg و عمر ۵۰۰ چرخه شارژ (در عمق ۱۰۰٪ تخلیه) رسید. درخواست های ثبت اختراع در کشورهای اروپایی (اولویت: سوئیس)، ایالات متحده و ژاپن ثبت شده است. اختراعات به دایملر بنز منتقل شده است.
علاقه تجاری در سال ۱۹۷۰ با استفاده از باتری نیکل هیدروژن برای برنامه های کاربردی ماهواره ای افزایش یافت.فن آوری هیدرید وعده داد که یک راه جایگزین و کم حجم برای ذخیره هیدروژن است.
تحقیقات انجام شده توسط آزمایشگاه Philips و CNRS فرانسه، منجر به پیدایش آلیاژهای جدید هیبرید با انرژی بالا با استفاده از فلزات نادر خاک برای الکترود منفی شد. با این حال،از بی ثباتی آلیاژ در الکترولیت قلیایی و در نتیجه ناکافی بودن دوره چرخه زیان می دیدند.
آلیاژهای ارزان تر از لحاظ اقتصادی، به جای لانتانیم، توسعه یافتند.سلول های NiMH مدرن بر اساس این مدل طراحی شدند.اولین سلولهای NiMH مصرفی در سال ۱۹۸۹ به صورت تجاری عرضه شد.
در سال ۱۹۹۸ شرکت باتری Ovonic ساختار و ترکیب آلیاژ Ti-Ni را بهبود بخشید و نوآوری هایی در آن ایجاد کرد. در سال ۲۰۰۸ بیش از دو میلیون خودروی هیبریدی در سراسر جهان با باتری های NiMH تولید شده است.
در اتحادیه اروپا و با توجه به دستورالعمل باتری آن، باتری های نیکل هیدرید فلزی باتری های Ni-Cd را برای استفاده های قابل حمل مصرف کننده جایگزین کردند.
حدود ۲۲ درصد از باتری های قابل شارژ قابل حمل قابل فروش در ژاپن در سال ۲۰۱۰ NiMH بودند. در سوئیس در سال ۲۰۰۹، آمار معادل حدود ۶۰ درصد بود. این درصد در طول زمان با توجه به افزایش تولید باتری های لیتیوم یون کاهش یافته است: در سال ۲۰۰۰، تقریبا نیمی از باتری های قابل شارژ قابل حمل که در ژاپن فروخته می شد، NiMH بودند.
در سال ۲۰۱۵، BASF یک میکروساختار اصلاح شده را ایجاد کرد که باعث شد تا باتری های NiMH با دوام بیشتری تولید شوند و به نوبه خود باعث تغییرات در طراحی سلول ها شد که وزن قابل توجهی را ذخیره می کردند و تراکم انرژی گرانوی به ۱۴۰ وات ساعت بر کیلوگرم رسید.
تفاوت باتری نیکل کادمیوم و نیکل متال
این باتری ها از لحاظ چگالی انرژی نسبت به وزن باتری در جایگاه ضعیف تری نسبت به باتری های لیتیومی و نسبت به باتری های نیکل کادمیومی در جایگاه بهتری قرار دارند. ولتاژ نامی سل برای این باتری ها مشابه با باتری های نیکل کادمیومی و برابر با ۱٫۲ ولت است .
در بیشتر کاربردها توانسته جایگاه باتری های نیکل کادومیومی را از آن خود کند. برتری این نوع باتری بر باتریهای نیکل کادمیومی نداشتن حافظه ی شارژ است. یعنی بر خلاف باتری های نیکل کادمیومی می توان آنها را در هر زمانی به شارژر متصل کرد.
مزایا باتری نیکل هیبرید فلز
- ثبات ولتاژ بالا در چرخه ی شارژ و دشارژ
- مقاومت داخلی کم و امکان جریان دهی بالا
- دوست دار طبیعت
معایب باتری نیکل متال هیبرید
- کاهش شدید بازده شارژ در دماهای بالا ی ۴۰ درجه تا ۱/۳
- چگالی انرژی پایین
در مقایسه با سایر انواع باتری
سلول های NiMH اغلب در دوربین های دیجیتال و سایر دستگاه های با خلوص بالا استفاده می شوند که در طول مدت استفاده از یک بار، از باتری های غیر قابل شارژ (مانند قلیایی) بهتر عمل می کنند.
سلول های NiMH برای برنامه های کاربردی جریانی جریان بالا مفیدند، عمدتا به دلیل مقاومت داخلی آنها کمتر است. باتری های معمولی قلیایی AA که ظرفیت تقریبی ۲۶۰۰ میلی آمپر را در تقاضای کم جریان (۲۵ میلی آمپر) ارائه می دهند، فقط ۱۳۰۰ میلی آمپر ظرفیت با بار ۵۰۰ میلی آمپر ظرفیت دارند. دوربین های دیجیتال با LCD ها و چراغ قوه می توانند بیش از ۱۰۰۰ میلی آمپر مصرف کنند و به سرعت آنها را تخلیه کنند. سلول های NiMH می توانند این سطوح را بدون از دست دادن ظرفیت مشابه تحویل دهند.
دستگاه هایی که برای کار با مواد شیمیایی قلیایی اولیه (یا سلولهای روی-کربن / کلرید) طراحی شده اند ممکن است با سلول های NiMH کار نکنند. با این حال، اکثر دستگاه ها افت ولتاژ یک باتری قلیایی به عنوان تخلیه را تا حدود ۱ ولت جبران می کنند.
مقاومت داخلی پایین اجازه می دهد تا NiMH سلول ولتاژ ثابت تقریبا ثابت باقی بماند تا تقریبا به طور کامل تخلیه شود. بنابراین شاخص های باتری سطح طراحی شده برای خواندن قلیایی سلول بیش از حد شارژ باقی مانده در هنگام استفاده با سلول های NiMH، به عنوان ولتاژ سلول های قلیایی در طول اکثر چرخه تخلیه به طور مداوم کاهش می یابد.
باتری های لیتیوم یون دارای انرژی خاصتری نسبت به باتری های فلزی هیدرید فلز نیکل هستند، اما آنها به طور قابل توجهی گران تر هستند. همچنین ولتاژ بالاتر (۳٫۲-۳٫۷V اسمی) تولید می کنند و بنابراین جایگزین مناسبی برای باتری های قلیایی بدون مدار برای کاهش ولتاژ نمی باشند.
از سال ۲۰۰۵، باتری های فلزی هیدرید نیکل سه درصد از بازار باتری را تشکیل دادند.
عمر باتری نیکل متال هیبرید
طول عمر: ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ بار شارژ و دشارژ کامل ، این عدد بسته به کیفیت ساخت و برند سازنده و شرایط نگهداری می تواند تا ۴۰۰۰ بار شارژ و دشارژ کامل هم افزایش یابد.
نگهداری باطری نیکل متال
باطری نیکل متال در دماهای کاری بیشتر از 50 درجه سانتی گراد و محیط های پر تنش عملکرد ضعیف تری نسبت به دو نوع باطری قبلی ( باطری نیکل کادمیوم وباطری eneloop) دارد.
در صورت بلا استفاده گذاشتن آن به مدت بیشتر از 2 سال ظرفیت آن کاهش می یابد. حتی ممکن است بر اثر تخلیه شارژ، ولتاژ خروجی آن از حد مجاز کمتر و باتری در اصطلاح “بمیرد” (dead battery). پس از اتصال کوتاه شدن آن خودداری شود.
نحوه ی شارژ صحیح باتری نیکل متال هیدرید
روش دلتا وی: در نمودار شارژ با طی زمان ولتاژ باتری به آرامی افزایش می یابد ولی در پایان منحنی نمودار ثابت شده و با ادامه ی شارژ ولتاژ باتری حتی کمتر هم میشود این قسمت از منحنی دقیقا جایی است که بایستی شارژر هوشمند آن را ملاک پر شدن باتری قرار دهد.
متناظر با این رفتار باتری دمای باتری هم شروع به افزایش می کند و نمودار دمای باتری نیز متاثر از همین دلتا وی می باشد:
- منحنی شارژ باتری نیکل متال هیدرید / کامیوم
- بیشینه ی ولتاژ باتری در چرخه ی شارژ از ۱٫۴ تا ۱٫۶ ولت است.
- و کمینه ی ولتاژ باتری نیز در حدود ۱ یا ۱٫۱ ولت می باشد.
عالی ممنون از ارائه علمی مطلب