Никел-металхидридни батерии, как да възстановите, как да зареждате правилно, колко дълго да съхранявате

Обхватът на приложение на електрическите батерии е доста широк. Малките батерии са оборудвани с домакински уреди, които са познати на всички, малко по-големите батерии са оборудвани с автомобили, а много големите и капацитивни батерии са монтирани в промишлени станции, натоварени с работа. Изглежда, че в допълнение към потребителската цел, различните видове батерии могат да имат нещо общо? Всъщност обаче такива батерии имат повече от достатъчно прилики. Може би едно от основните сред възможните прилики на батериите е принципът на организиране на тяхната работа. В днешния материал нашият ресурс реши да разгледа само един от тях. За да бъдем по-точни, по-долу ще говорим за правилата за функциониране и работа на никел-метал хидридни батерии.

Историята на появата на никел-метал хидридни батерии

Създаването на никел-метал-хидридни батерии започна да предизвиква значителен интерес сред инженерните представители преди повече от 60 години, тоест през 50-те години на 20 век. Учените, специализирани в изследването на физичните и химичните свойства на батериите, сериозно се замислиха как да преодолеят недостатъците на популярните по това време никел-кадмиеви батерии. Може би една от основните цели на учените беше да създадат такава батерия, която да ускори и опрости процеса на всички реакции, свързани с електролитния пренос на водород.

В резултат на това едва в края на 70-те години специалистите успяха първо да проектират, а след това да създадат и напълно тестват повече или по-малко висококачествени никел-метал-хидридни батерии. Основната разлика между новия тип батерия и нейните предшественици беше, че имаше строго определени места за натрупване на по-голямата част от водорода. По-точно натрупването на материявъзникнали в сплави от няколко метала, разположени върху електродите на батерията. Съставът на сплавите имаше такава структура, че един или повече метали натрупваха водород (понякога няколко хиляди пъти по-голям от обема си), докато други метали действаха като катализатори за електролитни реакции, осигурявайки прехода на водородното вещество в решетката на металния електрод.

Направената батерия, която има водородно-метален хидрид анод и никелов катод, получи съкращението "Ni-MH" (от наименованието на проводими, акумулиращи вещества). Такива батерии работят върху алкален електролит и осигуряват отличен цикъл на зареждане и разреждане - до 2000 хиляди за една пълноценна батерия. Въпреки това пътят към дизайна на Ni-MH батерии не беше лесен и съществуващите в момента дизайни все още се надграждат. Основният вектор на модернизация е насочен към увеличаване на енергийната плътност на батериите.

Имайте предвид, че днес никел-метал хидридни батерии се произвеждат предимно на базата на метална сплав LaNi5. Първата проба от такива батерии е патентована през 1975 г. и започва да се използва активно в общата индустрия. Съвременните никел-металхидридни батерии имат висока енергийна плътност и се състоят от напълно нетоксични суровини, което ги прави лесни за изхвърляне. Може би точно поради тези предимства те станаха много популярни в много области, където се изисква дългосрочно съхранение на електрически заряд.

Устройството и принципът на работа на никел-метал хидридната батерия

Никел-метал хидридни батерии с всякакви размери, мощности и предназначения се произвеждат в два основни вида форми - призматична и цилиндрична. Независимо от формата, такива батерии се състоят от следните задължителни елементи:

металохидридни и никелови електроди (катоди и аноди), които образуват галваничен елемент от мрежовата структура, който е отговорен за движението и натрупването на електрически заряд;
сепараторни зони, разделящи електродите и също участващи в процеса на електролитни реакции;
изходни контакти, които отдават натрупания заряд във външната среда;
капаци с вграден клапан, необходим за освобождаване на излишното налягане от акумулаторните кухини (налягане над 2-4 мегапаскала);
термично защитен и здрав калъф, съдържащ описаните по-горе батерийни клетки.

Дизайнът на никел-метал хидридни батерии, както и много други видове на това устройство, е доста прост и не създава особени затруднения при разглеждане. Това е ясно показано в следните диаграми на дизайна на батерията:

Принципите на работа на разглежданите батерии, за разлика от тяхната обща конструктивна схема, изглеждат малко по-сложни. За да разберем същността им, нека обърнем внимание на поетапното функциониране на никел-металхидридни батерии. В типично изпълнение, етапите на работа за тези батерии са както следва:

Положителен електрод - анод, извършва окислителна реакция с абсорбция на водород;
Отрицателният електрод, катодът, осъществява реакция на редукция при деабсорбцията на водород.

С прости думи, електродната решетка организира подреденото движение на частици (електроди и йони) чрез специфични химични реакции. В същото време електролитът не участва пряко в основната реакция на генериране на електроенергия, но се включва в работата само при определени обстоятелства на работа на Ni-MH батерии (например при презареждане, реализиране на реакцията на циркулация на кислород).Няма да разглеждаме по-подробно принципите на работа на никел-метал хидридни батерии, тъй като това изисква специални химически познания, които много читатели на нашия ресурс нямат. Ако искате да научите по-подробно за принципите на работа на батерията, трябва да се обърнете към техническата литература, която обхваща възможно най-подробно хода на всяка реакция в краищата на електродите, когато батериите се зареждат и когато се разреждат.

Спецификациите на стандартна Ni-MH батерия могат да се видят в следната таблица (средна колона):

Правила за работа

Всяка батерия е сравнително непретенциозно устройство в поддръжката и експлоатацията. Въпреки това цената му често е висока, така че всеки собственик на определена батерия се интересува от увеличаване на нейния експлоатационен живот. По отношение на батериите от формацията Ni-MH не е толкова трудно да се удължи експлоатационният период. За това е достатъчно:

Първо, спазвайте правилата за зареждане на батерията;
Второ, правилно е да работите и съхранявате, когато не работи.

Ще говорим за първия аспект на поддръжката на батерията малко по-късно, но сега нека обърнем внимание на основния списък с правила за работа с никел-метални хидридни батерии. Списъкът с шаблони на тези правила е както следва:

Съхранението на никел-метал хидридни батерии трябва да се извършва само в заредено състояние на ниво 30-50%;
Строго е забранено прегряването на Ni-MH батериите, тъй като в сравнение със същите никел-кадмиеви батерии, тези, които обмисляме, са много по-чувствителни към топлина. Претоварването при работа има отрицателен ефект върху всички процеси, протичащи в кухините и на изходите на батерията. Текущият изход е особено засегнат;
Никога не презареждайте никел-метал хидридни батерии.Винаги спазвайте правилата за зареждане, описани в тази статия или отразени в техническата документация за батерията;
В процеса на слаба работа или дългосрочно съхранение, "тренирайте" батерията. Често е достатъчен периодично провеждан цикъл "зареждане-разреждане" (около 3-6 пъти). Също така е желателно новите Ni-MH батерии да бъдат подложени на такова "обучение";
Никел-метал хидридните батерии трябва да се съхраняват при стайна температура. Оптималната температура е 15-23 градуса по Целзий;
Опитайте се да не разреждате батерията до минималните граници - напрежение по-малко от 0,9 волта за всяка двойка катод-анод. Разбира се, никел-металхидридни батерии могат да бъдат възстановени, но е препоръчително да не ги довеждате до „мъртво“ състояние (ще говорим и за това как да възстановим батерията по-долу);
Проследявайте структурното качество на батерията. Не се допускат сериозни дефекти, липса на електролит и други подобни. Препоръчителната честота на проверки на батерията е 2-4 седмици;
В случай на използване на големи стационарни батерии също е важно да се спазват правилата:

текущият им ремонт (поне веднъж годишно):
възстановяване на капитала (поне веднъж на всеки 3 години);
надеждно закрепване на батерията на мястото на употреба;
наличието на осветление;
използване на правилните зарядни устройства;
и спазване на правилата за безопасност при използването на такива батерии.

Важно е да се придържате към описаните правила не само защото такъв подход към работата на никел-метал хидридни батерии значително ще удължи техния експлоатационен живот. Те също така гарантират безопасно и като цяло безпроблемно използване на батерията.

Правила за зареждане

По-рано беше отбелязаноче правилата за работа далеч не са единственото нещо, необходимо за постигане на максимален експлоатационен живот на никел-метал хидридни батерии. В допълнение към правилното използване е изключително важно правилното зареждане на такива батерии. Като цяло отговорът на въпроса - „Как правилно да заредите Ni-MH батерия?“ е доста труден. Факт е, че всеки тип сплав, използван върху електродите на батериите, изисква определени правила за този процес.

Обобщавайки и осреднявайки ги, можем да различим следните основни принципи на зареждане на никел-метал хидридни батерии:

Първо, трябва да спазвате правилното време за зареждане. За повечето Ni-MH батерии това е или 15 часа при ток на зареждане от около 0,1 C, или 1-5 часа при ток на зареждане в диапазона 0,1-1 C за батерии с електроди с висока активност. Изключение правят акумулаторните батерии, чието зареждане може да отнеме повече от 30 часа;
Второ, важно е да наблюдавате температурата на батерията по време на процеса на зареждане. Много производители не препоръчват превишаване на температурен максимум от 50-60 градуса по Целзий;
И трето, трябва да се вземе предвид директно редът на таксуване. Този подход се счита за оптимален, когато батерията се разрежда с номинален ток до напрежение на изходите от 0,9-1 волта, след което се зарежда с 75-80% от максималния си капацитет. В същото време е важно да се има предвид, че по време на бързо зареждане (доставеният ток е повече от 0,1) е важно да се организира предварително зареждане с висок ток към батерията за около 8-10 минути. След това процесът на зареждане трябва да се организира с плавно увеличаване на напрежението, подавано към батерията, до 1,6-1,8 волта. Между другото, по време на нормално презареждане на никел-метална хидридна батерия напрежението често не се променя и обикновено е 0,3-1 волта.

Забележка! Правилата за зареждане на батерията, отбелязани по-горе, са от среден характер. Имайте предвид, че за конкретна марка никел-метал хидридни батерии те може леко да се различават.

Възстановяване на батерията

Наред с високата цена и бързото саморазреждане, Ni-MH батериите имат още един недостатък - подчертан "ефект на паметта". Същността му се състои в това, че при систематичното зареждане на ненапълно разредена батерия, тя като че ли помни това и с течение на времето значително губи капацитета си. За да неутрализират подобни рискове, собствениците на такива батерии трябва да зареждат най-разредените батерии, както и периодично да ги „обучават“ в процеса на възстановяване.

За да възстановите никел-метал хидридни батерии по време на "обучение" или когато са силно разредени, е необходимо както следва:

На първо място, трябва да се подготвите. За възстановяване ще ви трябва:
висококачествено и за предпочитане интелигентно зарядно устройство;
инструменти за измерване на напрежение и ток;
всяко устройство, способно да черпи енергия от батерия.
След подготовката вече можете да се чудите как да възстановите батерията. Първо е необходимо да заредите батерията в съответствие с всички правила и след това да я разредите според напрежението на изходите на батерията от 0,8-1 волта;
След това възстановяването започва директно, което отново трябва да се извърши в съответствие с всички правила за зареждане на никел-метал хидридни батерии. Стандартният процес на възстановяване може да се извърши по два начина:
Първият е, ако батерията показва признаци на "живот" (като правило, когато е разредена на ниво от 0,8-1 волта). Зареждането се извършва с постоянно увеличаване на приложеното напрежение от 0,3 до 1 волт ссила на тока от 0,1 C за 30-60 минути, след което напрежението остава непроменено и силата на тока се увеличава до 0,3-0,5 C;
Вторият - ако батерията не показва признаци на "живот" (с разреждане по-малко от 0,8 волта). В този случай зареждането се извършва с 10-минутно предварително зареждане с висок ток за 10-15 минути. След това се изпълняват горните стъпки.

Трябва да се разбере, че възстановяването на никел-метал хидридни батерии е процедура, която трябва да се извършва периодично за абсолютно всички батерии (както „живи“, така и „неживи“). Само такъв подход към работата на този тип батерии ще помогне да се „изцеди“ максимумът от тях.

Може би тази история по днешната тема може да бъде завършена. Надяваме се, че представеният по-горе материал е бил полезен за вас и е дал отговори на вашите въпроси.