Нікель-металогідридні Акумулятори, Як Відновити, Як Правильно Заряджати, Який Час Зберігати

Сфера застосування електричних акумуляторів досить широка. Невеликими батареями комплектуються звичні для всіх побутові прилади, АКБ злегка великих розмірів оснащуються автомобілі, ну а дуже великі і ємнісні акумулятори монтують в навантажені роботою промислові станції. Здавалося б, що крім призначення користувача у різних видів АКБ може бути загального? Однак насправді подібностей у подібних батарей більш ніж достатньо. Мабуть, одним із основних серед можливих подібностей акумуляторів є принцип організації їхньої роботи. У сьогоднішньому матеріалі наш ресурс вирішив розглянути саме один із таких. Якщо бути точніше, то нижче йтиметься про функціонування та правила експлуатації нікель-металогідридних батарей.

Історія появи нікель-металогідридних АКБ

Створення нікель-металогідридних акумуляторів почало викликати чималий інтерес у представників інженерії понад 60 років тому, тобто у 50-х роках 20 століття. Вчені, що спеціалізуються на вивчення фізико-хімічних властивостей АКБ, серйозно замислилися над тим, як подолати недоліки популярних на той час нікель-кадмієвих батарей. Мабуть, однією з основних цілей вчених було створення такого акумулятора, який міг би прискорити та спростити процес перебігу всіх реакцій, пов'язаних із електролітичною передачею водню.

У результаті, фахівцям лише до кінця 70-х вдалося спочатку спроектувати, а потім створити і повноцінно випробувати більш-менш якісні нікель-металогідридні батареї. Головна відмінність нового типу АКБ від попередників полягала в тому, що він мав строго певні місця для накопичення основної маси водню. Говорячи точніше, скупчення речовинивідбувалося у сплавах кількох металів, що знаходяться на електродах акумулятора. Склад сплавів мав таку структуру, що один або кілька металів накопичували водень (іноді кілька тисяч разів перевищують їх обсяг), а інші метали виступали в ролі каталізаторів електролітичних реакцій, забезпечуючи перехід водневої речовини в металеві грати електродів.

Зроблений акумулятор, що має воднево-металогідридний анод і нікелевий катод, отримав абревіатуру «Ni-MH» (від назви струмопровідних, накопичувальних речовин). Працюють подібні АКБ на лужному електроліті та забезпечують відмінний цикл «заряд-розряд» – до 2 000 тисяч для однієї повноцінної батареї. Незважаючи на це, шлях до проектування акумуляторів Ni-MH був нелегким, а існуючі на даний момент зразки досі модернізуються. Основний вектор модернізації спрямовано збільшення енергетичної щільності батарей.

Зазначимо, що сьогодні нікель-металогідридні АКБ здебільшого виробляються на основі сплаву металів «LaNi5». Перший зразок подібних акумуляторів був запатентований у 1975 році і почав активно використовуватись у широкій промисловості. Сучасні нікель-металогідридні батареї мають високу енергетичну щільність і складаються з зовсім нетоксичної сировини, що спрощує їхню утилізацію. Мабуть, саме через ці переваги вони стали дуже популярними в багатьох сферах, де потрібне тривале зберігання електричного заряду.

Пристрій та принцип роботи нікель-металогідридної батареї

Нікель-металогідридні акумулятори всіх розмірностей, ємностей та призначень випускають у двох основних типах форм – призматичної та циліндричної. Незалежно від форми, подібні до АКБ складаються з наступних обов'язкових елементів:

металогідридних та нікелевих електродів (катодів та анодів), що утворюють гальванічний елемент сіткової структури, який відповідає за рух та накопичення електричного заряду;
сепараторних областей, що поділяють електроди і беруть участь у процесі електролітичних реакцій;
вивідних контактів, що віддають у довкілля накопичений заряд;
кришки із вмонтованим у неї клапаном, необхідною для скидання зайвого тиску з порожнин акумулятора (тиск понад 2-4 мегапаскаль);
термозахисного та міцного корпусу, що містить описані вище елементи батареї.

Конструкція нікель-металогідридних акумуляторів, як і багатьох інших типів даного пристрою, досить проста і особливих складнощів у розгляді не представляє. Наочно це показано на наступних конструктивних схемах АКБ:

Принципи роботи аналізованих АКБ, на відміну їх загальної конструктивної схеми, виглядають трохи складніше. Для розуміння їх суті звернемо увагу на поетапне функціонування нікель-металогідридних акумуляторів. У типовому варіанті етапи роботи даних батарей такі:

Позитивний електрод – анод, що здійснює окислювальну реакцію з абсорбцією водню;
Негативний електрод – катод, реалізує відновлювальну реакцію дисабсорбцією водню.

Говорячи простою мовою, електродна сітка організує впорядкований рух частинок (електродів та іонів) у вигляді конкретних хімічних реакцій. При цьому безпосередньо електроліт в основній реакції виділення електрики не бере участі, а включається в роботу лише за певних обставин функціонування акумуляторів Ni-MH (наприклад, при перезарядці, реалізуючи циркуляцію кисню реакцію).Більш докладно розглядати принципи роботи нікель-металогідридних АКБ не будемо, тому що для цього потрібні спеціальні хімічні знання, яких багато читачів нашого ресурсу не мають. За бажання дізнатися про принципи роботи батарей у великих подробицях варто звернутися до технічної літератури, яка максимально докладно висвітлює перебіг кожної реакції на кінцях електрода як при заряді батарей, так і при їх розряді.

Характеристики стандартного АКБ Ni-MH можна побачити в таблиці (стовпець посередині):

Правила експлуатації

Будь-який акумулятор – відносно невибагливий в обслуговуванні та експлуатації. Незважаючи на це, його вартість найчастіше висока, тому кожен власник тієї чи іншої батареї зацікавлений у збільшенні терміну служби. Щодо АКБ формації «Ni-MH» продовжити експлуатаційний період не так складно. Для цього достатньо:

По-перше, дотримуватись правил зарядки акумулятора;
По-друге, правильно його експлуатувати та зберігати при простої.

Про перший аспект обслуговування АКБ поговоримо трохи пізніше, а зараз звернемо увагу на основний перелік правил експлуатації нікель-металогідридних батарей. Шаблонний список даних правил такий:

Зберігання нікель-металогідридних акумуляторів повинно здійснюватися тільки в їх зарядженому стані на рівні 30-50%;
Строго забороняється перегрівати АКБ Ni-MH, тому що в порівнянні з тими ж нікель-кадмієвими батареями, які ми розглядаємо набагато чутливіші до нагрівання. Перевантаженість роботою негативно позначається на всіх процесах, що протікають у порожнинах та на виходах акумулятора. Особливо страждає струмовіддача;
Ніколи не перезаряджайте нікель-металогідридні батареї.Завжди дотримуйтесь правил заряджання, описаних у цій статті або відображених у технічній документації до акумулятора;
У процесі слабкої експлуатації або тривалого зберігання «тренуйте» АКБ. Найчастіше вистачає циклу, що періодично проводиться, «заряд-розряд» (порядку 3-6 разів). Також подібному «тренуванню» бажано піддавати нові батареї Ni-MH;
Зберігати акумулятори нікель-металогідридної формації потрібно в кімнатному температурному режимі. Оптимальна температура – 15-23 градусів за Цельсієм;
Намагайтеся не розряджати акумулятор до мінімальних меж – напруга, менша за 0,9 Вольт для кожної пари «катод-анод». Відновленню нікель-металогідридні АКБ, звичайно, піддаються, але бажано їх не доводити до «мертвого» стану (про те, як відновити батарею, також поговоримо нижче);
Слідкуйте за конструктивною якістю батареї. Не допускається наявність серйозних дефектів, нестача електроліту тощо. Рекомендована періодичність перевірки АКБ дорівнює 2-4 тижням;
У разі використання великих, стаціонарних батарей також важливо дотримуватися правил:

їх поточного ремонту (не менше одного разу на рік):
капітального відновлення (не менше одного разу на 3 роки);
надійного кріплення АКБ у місці використання;
наявності освітлення;
використання правильних зарядних пристроїв;
та дотримання техніки безпеки використання подібних акумуляторів.

Дотримуватись описаних правил важливо не тільки тому, що подібний підхід до експлуатації нікель-металогідридних АКБ суттєво продовжить їх термін служби. Також вони гарантують безпечне та загалом безпроблемне використання батареї.

Правила заряджання

Раніше було відзначено,що правила експлуатації - це далеко не єдине, що потрібно для досягнення максимального експлуатаційного терміну нікель-металогідридних АКБ. Крім грамотного використання, подібні батареї дуже важливо грамотно заряджати. Взагалі, відповісти на питання - "Як правильно заряджати акумулятор Ni-MH?", Досить-таки складно. Річ у тім, кожен тип сплавів, використовуваний на електродах батареї, вимагає певних правил цього процесу.

Узагальнивши та усереднивши їх, можна виділити такі фундаментальні основи зарядки нікель-металогідридних акумуляторів:

По-перше, потрібно дотримуватися правильного часу заряджання. Для більшості АКБ Ni-MH воно становить або 15 годин при зарядному струмі близько 0,1°С, або 1-5 годин при зарядному струмі в межах 0,1-1°С для батарей з високоактивними електродами. Винятками є акумулятори, що відновлюються, які можуть заряджатися більше 30 годин;
По-друге, важливо відстежувати температуру батареї в процесі заряджання. Багато виробників не рекомендують перевищувати температурний максимум 50-60 градусів за Цельсієм;
І по-третє, слід безпосередньо враховувати порядок проведення зарядки. Оптимальним вважається такий підхід, коли АКБ розряджається номінальним струмом до напруги на виходах 0,9-1 Вольт, після чого заряджається на 75-80% від своєї максимальної ємності. При цьому важливо враховувати, що при швидкій зарядці (струм, що подається більше 0,1) важливо організувати передзарядку з подачею високого струму на акумулятор близько 8-10 хвилин. Після цього процес зарядки варто організувати з плавним підвищенням напруги, що подається на АКБ, до 1,6-1,8 Вольт. До речі, при звичайній підзарядці нікель-металогідридного акумулятора напруга часто не змінюється і в нормі становить 0,3-1 Вольт.

Примітка! Зазначені вище правила зарядки батарей мають усереднений характер. Не забувайте, що для конкретної марки нікель-металогідридної АКБ вони можуть трохи відрізнятися.

Відновлення акумулятора

Поряд із дорожнечею та швидким саморозрядом, у акумуляторів Ni-MH є ще один недолік – яскраво виражений «ефект пам'яті». Його суть полягає в тому, що при систематичній зарядці не повністю розрядженої батареї вона як би запам'ятовує це і з часом істотно втрачає свою ємність. Для нейтралізації подібних ризиків власникам подібних АКБ потрібно заряджати максимально розряджені батареї, а також періодично тренувати їх шляхом процесу відновлення.

Відновлювати нікель-металогідридні акумулятори при «тренуванні» або при їх сильному розряді необхідно наступним чином:

Насамперед необхідно підготуватися. Для відновлення знадобляться:
якісний та, бажано, розумний зарядний прилад;
інструменти для вимірювання напруги та сила струму;
будь-який пристрій, здатний споживати енергію з АКБ.
Після підготовки можна вже поставити запитання щодо того, як відновити батарею. Спочатку необхідно за всіма правилами зарядити акумулятор, а потім розрядити його по напругі на виходах батареї в 0,8-1 Вольт;
Потім починається безпосередньо відновлення, яке, знову ж таки, повинно проводитись відповідно до всіх правил зарядки нікель-металогідридних акумуляторів. Стандартний процес відновлення може бути проведений двома способами:
Перший - якщо АКБ подає ознаки "життя" (як правило, при розряді на рівні 0,8-1 Вольт). Зарядка проходить з постійним збільшенням напруги, що подається з 0,3 до 1 Вольта зсилою струму 0,1 З протягом 30-60 хвилин, після чого вольтаж залишається незмінним, а сила струму збільшується до 0,3-0,5 З;
Другий - якщо АКБ не подає ознак "життя" (при розряді менше 0,8 Вольт). У такому випадку заряджання здійснюється з 10-хвилинною перед-зарядкою високим струмом протягом 10-15 хвилин. Після цього проводяться описані вище дії.

Варто розуміти, що відновлення нікель-металогідридних АКБ – це процедура, яку потрібно періодично проводити для всіх акумуляторів (і «живих», і «неживих»). Тільки такий підхід до експлуатації даного типу батарей допоможе "вичавити" з них максимум.

Мабуть, на цьому оповідання на сьогоднішню тему можна завершувати. Сподіваємося, представлений вище матеріал був для вас корисним і дав відповіді на запитання, що цікавлять.