Энергоемкость электроприборов постепенно увеличивается, и им для питания нужны улучшенные батареи. Никель металлогидридные аккумуляторы хоть и относят к устаревшим, продолжают быть востребованными. По конструкции аналогичны никель-кадмиевым, а по принципу работы – никель-водородным. При этом их удельная емкость выше, чем в обоих типах. Как устроены Ni MH аккумуляторы, как функционируют, где их применяют, а также правила эксплуатации и подзарядки – в статье.
Особенности устройства
Первая Ni MH АКБ была выпущена в 1970 году в научно-исследовательском институте Баттеля. Первые модели отличались нестабильным гибридным сплавом, что не давало высокого значения емкости. Спустя 10 лет, когда открыли новые металлы, «выносливость» батареи получилось значительно повысить, а именно на 50 %.
Аккумуляторная батарея включает в себя анод, сделанный из гидрид-лития или никель-латана, и катод – из оксида никеля. Это «плюс» и «минус», располагаемые друг напротив друга. Электролитом, то есть рабочей жидкостью, проводящей ток, служит щелочь. В данном случае это концентрированный гидроксид калия.
Чтобы правильно подключить АКБ к электроприбору, на корпусе есть отметки + и -. Эксплуатация подразумевает соблюдение полярности – это позволяет продлить срок службы гальванического элемента.
Все NiMH источники питания – аккумуляторы (rechargeable battery). Вид у них разный, как и форма, от чего зависит сфера применения. Есть гальванические элементы, которые применяют все реже, или ограничено. Пример – тип «крона» в форме призмы, маркируемая 6KR61. С напряжением в 9 В сейчас их используют преимущественно в старых устройствах.
Ныне востребованы такие виды:
- АА. По-другому называют «пальчиковые». Уровень емкости – от 1700 до 2900 мАч;
- ААА. «Мизинчиковые» источники питания емкостью 800 – 1000 мАч, которые также маркируются как MN2400 или MX2400;
- C. Аккумуляторы средних размеров и емкостью от 4500 до 6000 мАч;
- D. Изделия в форме бочонка, наиболее «выносливые», с запасом емкости в 9000 – 11500 мАч.
Параметр напряжения для всех этих элементов – 1.5 В, но есть модели и на 1.2 В. Практикуют последовательное соединение АКБ, с достижением максимального напряжения 12 В.
Обязательный элемент конструкции – предохранительный клапан, срабатывающий, если в «теле» аккумулятора давление увеличится до значений 2 – 4 МПа.
Принцип работы
В «теле» батареи проходят химические реакции за счет ионов, двигающихся от катода до анода в толще электролита. Так образуется энергия, которая и нужна потребителям, то есть электронным устройствам. Описывать все реакции нет смысла – для этого надо разбираться в химии.
Плюсы и минусы
Никель-металлогидридные элементы питания в сравнении с другими характерны повышенной емкостью. В отличие от кадмиевых аккумуляторов, в этих не используется кадмий – опасное вещество. Вместе с этим проще решить вопрос утилизации, тем не менее, выбросить отслужившую батарею как лом нельзя.
Опять же, сравнивая с кадмиевыми АКБ, NiMH, сделанные из никеля, как более экологического металла, быстро набрали популярность. Рассматривая плюсы и минусы, положительной чертой выступает и другой момент – чтобы уменьшить разрядное напряжение, аккумулятор надо полностью разрядить до 1 В. Процедуру повторяют каждые 20 – 30 дней.
Что до недостатков:
- в конструкции – десять элементов. Если больше, то со временем батарея бы перегревалась или менялась бы полярность;
- уступают никель-кадмиевым аналогам в плане диапазона рабочих температур. Чтобы источник питания не потерял своих свойств, его не используют при -10 или при +40°. В остальном диапазоне свойства стабильны;
- чтобы зарядить изделие, надо специальное зарядное устройство. Батареи быстро нагреваются, поэтому в их конструкции предусмотрены предохранители или температурное реле;
- высокий саморазряд. Если неправильно хранить АКБ, за месяц она потеряет 20 – 30 % от изначальной емкости.
Если часто разряжать и заряжать источник питания, в его корпусе будут проходить необратимые реакции. Изменение объема кристаллической решетки приведет к снижению уровня электролита, вместе с этим повысится внутреннее сопротивление.
Также учитывают, что параметры изделия во многом зависят от того, по какой технологии обрабатывался сплав «минусового» электрода, какова его текстура и состав. Металл, из которого делают сплавы, важен, и покупатели должны это учитывать.
Области применения
Сфера использования повсеместная, что обеспечивает высокий запас емкости элементов. Ni-MH АКБ ставят в портативные строительные инструменты, например, шуруповерты, измерительные устройства и т.д.
В быту их применяют для питания осветительных приборов, радиоаппаратуры, пультов ДУ, колонок, ноутбуков. В последних доминирующими стали литий-ионные батареи (Li Ion). Тем не менее, потребительские свойства сохраняются надолго. И это касается как одноразовых батареек, так и перезаряжаемых аккумуляторов.
За счет значения емкости подходят и к медицинским приборам, например, тонометрам, глюкометрам. Ток заряда стабильный, что не влияет на результаты измерения. Немало измерительных устройств применяют на улице, порой в неблагоприятных условиях, при минусовой температуре – никель-металлогидридные аккумуляторы хорошо справляются с такими условиями.
Правила эксплуатации
NiMH аккумуляторы характерны высоким внутренним сопротивлением элементов, а значит их компоненты теряют в эффективности. Нивелируют этот момент процессом под названием «циклование» – когда изделие разряжают до 3 – 5 %, а после полностью заряжают.
Как заявляют производители, выпускаемую ими продукцию стоит разряжать хотя-бы раз в месяц. Таким образом устраняют «эффект памяти», что позволяет продлить срок службы на 30 %.
Если батарея долго хранилась, восстанавливают ее емкость, используя всю энергию. После «раскачки» восстанавливается 90 – 95 % общего заряда.
Как правильно заряжать АКБ
Если грамотно эксплуатировать аккумулятор, он дольше прослужит. Важный момент – контроль времени и температуры в ходе зарядки. Если придерживаться всех правил, NiMH изделия служат 5 – 7 лет (это 800 – 1000 рабочих циклов).
Рекомендации по зарядке:
- следят за температурой;
- предельный уровень разряда – 1 В. Если превысить, источник питания уже не зарядить, так как зарядное устройство просто его не воспримет;
- не стоит модернизировать конструкцию – это может кончиться плохо;
- на зарядку уходит определенное время – это учитывают. При перезаряде батарея начнет выделять тепло.
Выпускаемые зарядные устройства автоматически выключаются, когда элемент питания получит нужный запас заряда.
Хранение
Если оставить батарею надолго – уровень ее заряда упадет. Если она хранилась в течение месяца при температуре +25° — примерно на 25 %. Последующие месяцы – плюс 7 – 10 %. Оптимальные условия хранения – теплое прохладное место.
Когда АКБ «отживет свое», ее утилизируют. Последующая эксплуатация не рекомендуется, так как из корпуса может вытечь опасный для здоровья электролит, который еще и зальет аппаратуру.
Утилизация
Выбрасывать отслужившую батарею в мусорник нельзя по причине ее химического состава, неблагоприятного для экологии. Аккумуляторы используют как вторичное сырье, отправляя на переработку. Для этого их сдают в специальные пункты приема, откуда их вывозят на предприятия.
Никель-металлогидридные АКБ уступают литий-ионным, но ими продолжают пользоваться ввиду соотношения цены к характеристикам. Параметры элементов питания во многом зависят от технологии обработки сплава отрицательного электрода, структуры, состава и используемого металла сплавов. Их производят более 20 компаний, а выделяют Panasonic и Varta.
