1. Bateriile cu nichel-cadmiu (NiCd)
Inventat de Waldmar Jungner în 1899, bateria nichel-cadmiu a avut mai multe avantaje față de bateria plumb-acid, singura baterie care exista atunci, dar a fost mai scumpă datorită costului materialelor. Dezvoltarea acestei tehnologii a fost destul de lentă, însă în 1932 sa realizat un progres semnificativ - materialul poros cu substanța activă din interior a fost folosit ca electrod. Îmbunătățirile au fost făcute în 1947 și au rezolvat problema absorbției gazelor, care a permis crearea unei baterii nichel-cadmiu, etanșă, fără întreținere.
seria universală GEL
Standardul NiCd rămâne unul dintre cele mai fiabile și mai modeste dintre baterii, iar industria aviatică rămâne credincioasă acestui sistem. Cu toate acestea, durabilitatea acestor baterii depinde de întreținerea corespunzătoare. NiCd și baterii parțial NiMH sunt afectate de efectul de "memorie", ceea ce duce la pierderea capacității dacă nu efectuați periodic un ciclu de descărcare completă. Dacă modul de încărcare recomandat este întrerupt, bateria reține că, în ciclurile de lucru anterioare, capacitatea sa nu a fost complet utilizată și descarcă electricitatea numai la un anumit nivel atunci când este descărcată. (Consultați: Cum se restabilește bateria nichel). Tabelul 1 prezintă avantajele și dezavantajele unei baterii standard nichel-cadmiu.
de încredere; un număr mare de cicluri cu întreținere corespunzătoare
Singura baterie capabilă de încărcare ultra-rapidă cu stres minim
Caracteristici bune de încărcare, iartă exagerarea lor
Durată de depozitare lungă; capacitatea de stocare într-o stare descărcată
Absența cerințelor speciale pentru depozitare și transport
Performanță bună la temperaturi scăzute
Cel mai mic cost al unui singur ciclu de lucru între toate bateriile
Disponibil într-o gamă largă de dimensiuni și modele
Intensitatea relativ scăzută a energiei în comparație cu sistemele mai noi
Efectul "memoriei"; nevoia de întreținere periodică pentru a evita acest lucru
Cadmiul este un material toxic, este necesară o eliminare specială
De auto-descărcare; Necesită reîncărcare după depozitare
Tensiunea joasă a celulelor de 1,2 volți necesită construirea de sisteme cu mai multe celule pentru asigurarea unei tensiuni înalte
Tabelul 1: Avantajele și dezavantajele bateriilor nichel-cadmiu.
2. Baterii cu nichel-metal hidrură (NiMH)
Studiile privind tehnologia hidrură de nichel-metal au început în 1967. Cu toate acestea, instabilitatea hidrurii metalice a inhibat dezvoltarea, ceea ce la rândul său a dus la dezvoltarea unui sistem de nichel-hidrogen (NiH). Noile aliaje de hidrură găsite în anii 1980 au rezolvat problemele de siguranță și au permis să creeze o baterie cu o intensitate energetică specifică cu 40% mai mare decât bateria standard nichel-cadmiu.
Bateriile cu hidruri de nichel-metal nu sunt lipsite de deficiențe. De exemplu, procesul lor de încărcare este mai complex decât cel al NiCd. Cu auto-descărcare de 20% pentru prima zi și 10% lunar ulterior, NiMH ocupă una dintre pozițiile de lider în clasa sa. Prin modificarea aliajului hidrură, este posibil să se reducă auto-descărcarea și coroziunea, dar acest lucru va adăuga un dezavantaj sub forma unei scăderi a intensității specifice a energiei. Dar, în cazul utilizării în transportul electric, aceste modificări sunt foarte utile, deoarece sporesc fiabilitatea și sporesc durata de viață a bateriilor.
3. Utilizarea în segmentul de consumatori
Bateriile NiMH sunt în prezent printre cele mai ușor disponibile. Aceste giganți din industrie ca Panasonic, Energizer, Duracell și Rayovac a recunoscut necesitatea prezenței pe piața de low-cost și durată lungă de viață a bateriei și oferă un nichel-metal hidrură de surse de alimentare de dimensiuni diferite, cum ar fi AA și AAA. Producătorii depun mult efort pentru a câștiga o parte din piață din baterii alcaline.
Tabelul 2 compară intensitatea specifică a energiei, tensiunea, auto-descărcare și durata de viață a bateriei segmentului de consum. Prezentate în AA, AAA și alte dimensiuni, aceste surse de alimentare pot fi utilizate în dispozitive portabile. Chiar dacă acestea pot fi ușor diferite tensiuni nominale, starea de evacuare este, de obicei, are loc la aceeași valoare pentru toate combinațiile de tensiune efectivă de 1 V. Această latitudine este valorile admisibile de tensiune, deoarece dispozitivele portabile au o oarecare flexibilitate în ceea ce privește gama de tensiune. Principalul lucru este să folosim împreună numai aceleași elemente electrice împreună. Problemele de securitate și incompatibilitățile de tensiune împiedică dezvoltarea bateriilor litiu-ion în dimensiuni AA și AAA.
Capacitatea versiunii AA
Tabelul 2: Compararea diferitelor baterii AA.
* Eneloop este o marcă comercială a Sanyo Corporation, bazată pe sistemul NiMH.
Rata ridicată de auto-descărcare a NiMH este motivul preocupării continue a consumatorilor. Un lanternă sau un dispozitiv portabil cu o baterie NiMH va fi descărcat dacă nu este utilizat timp de câteva săptămâni. Propunerea de a încărca dispozitivul înainte de fiecare utilizare este puțin probabil să găsească o înțelegere, mai ales în cazul lanternelor, care sunt poziționate ca surse de iluminare de rezervă. Avantajul unei baterii alcaline cu o durată de depozitare de 10 ani pare a fi incontestabil.
În bateria cu nichel-metal hidrură de la Panasonic și Sanyo sub marca Eneloop, a fost posibilă reducerea semnificativă a auto-descărcării. Eneloop poate fi stocat fără reîncărcare de șase ori mai lung decât NiMH convențional. Dar dezavantajul unei baterii îmbunătățite este o intensitate energetică specifică mai mică.
Tabelul 3 prezintă avantajele și dezavantajele sistemului electrochimic hidrură de nichel metal. Tabelul nu ia în considerare caracteristicile Eneloop și alte mărci de consum.
Durată de viață limitată; evacuările profunde contribuie la reducerea acesteia
Algoritm de încărcare complex; sensibile la reîncărcare
Cerințe specifice pentru modul de reîncărcare
Căldura este eliberată în timpul unei încărcări rapide și descărcării de sarcină puternică
Înaltă auto-descărcare
Eficiența de coulomb la 65% (pentru comparație, litiu-ion - 99%)
Tabelul 3: Avantajele și dezavantajele bateriilor NiMH.
4. Bateriile de fier-nichel (NiFe)
După inventarea unei baterii nichel-cadmiu în 1899, inginerul suedez Waldmar Jungner și-a continuat cercetarea și a încercat să înlocuiască cadmiul scump cu fier mai ieftin. Dar eficiența scăzută a încărcării și formarea excesivă de gaze de hidrogen l-au forțat să abandoneze dezvoltarea viitoare a bateriei NiFe. Nici măcar nu a brevetat această tehnologie.
În 1901, Thomas Edison a continuat dezvoltarea acestui sistem electrochimic ca înlocuitor pentru bateria plumb-acid pentru vehiculele electrice. Edison a fost sigur că NiFe depășește cu mult sistemul plumb-acid și a avut un mare succes pe piața emergentă a transportului electric. Dar, în cele din urmă, autovehiculele cu motor cu combustie internă au ocupat complet piața, iar bateria nichel-fier nu a interesat producătorii nici ca o baterie de pornire sau ca o sursă de energie electrică pentru echipamentele de iluminat. (Vezi: istoricul unităților electrice).
Acumulatori EverExceed GEL
pentru centralele solare
Bateria Ni-Ni (NiFe) utilizează ca catod un hidrat de oxid de nichel, un anod - fier și un electrolit - o soluție apoasă de hidroxid de potasiu. Celula unei astfel de baterii generează o tensiune de 1,2 V. NiFe este rezistent la reîncărcare excesivă și descărcare profundă; poate fi exploatată ca sursă de alimentare de rezervă pentru mai mult de 20 de ani. Rezistent la vibrații și la temperaturi ridicate, această baterie este cea mai utilizată în industria minieră din Europa; de asemenea, și-a găsit cererea de a furniza energie pentru semnalizarea căilor ferate, de asemenea utilizată ca baterie de tracțiune pentru stivuitoare. Se poate observa că în timpul celui de-al doilea război mondial, bateriile de fier-nichel au fost folosite în racheta germană V-2.
NiFe are o putere specifică scăzută - aproximativ 50 W / kg. De asemenea, dezavantajele includ performanța slabă la temperaturi scăzute și o rată ridicată de auto-descărcare (20-40 procente pe lună). Acest lucru, împreună cu costul ridicat al producției, încurajează producătorii să rămână fideli bateriilor plumb-acid.
Sistemul electrochimic de fier-nichel se dezvoltă în mod activ și în viitorul apropiat este capabil să devină o alternativă la acidul plumb în unele industrii. Se pare modelul promițător experimental de structură lamelară, a reușit să reducă bateria se descarcă, el a devenit practic imun la efectele nocive ale supra- și undercharge, și este de așteptat durata sa de viață să fie de 50 de ani, care este comparabil cu durata de viață de 12 ani a unui mod acumulator plumb-acid lucrați cu descărcări ciclice profunde. Prețul preconizat al unei astfel de baterii NiFe va fi comparabil cu prețul unei baterii litiu-ion și doar de patru ori prețul de plumb-acid.
Baterii NiFe, precum și NiCd și NiMH. necesită reguli speciale de încărcare - curba de tensiune are o formă sinusoidală. În consecință, utilizarea unui încărcător pentru o baterie plumb-acid sau litiu-ion nu va funcționa, poate chiar face mult rău. La fel ca toate bateriile pe bază de nichel, NiFe se teme de supraîncărcare - cauzează descompunerea apei în electrolit și duce la pierderea acestuia.
Acumulatoare Victron Energy
Reducerea ca urmare a funcționării necorespunzătoare poate duce la restabilirea capacității unei astfel de baterii prin aplicarea unor curenți de descărcare înalți (proporțional cu valoarea capacității bateriei). Această procedură trebuie efectuată de până la trei ori cu o durată a perioadei de descărcare de 30 de minute. De asemenea, ar trebui să monitorizați temperatura electrolitului - nu trebuie să depășească 46 ° C.
5. Baterii nichel-zinc (NiZn)
acumulator din nichel-zinc este similar cu nichel-cadmiu care utilizează un electrolit alcalin și un electrod de nichel, dar diferă tensiunea - NiZn furnizează 1,65 V per celulă, în timp ce un NiCd și NiMH au indice de 1,20 V per celulă. Încărcați bateria NiZn cu un curent constant de 1,9 V pe celulă, rețineți că acest tip de baterie nu este proiectat să funcționeze în modul de reîncărcare. Energia specifică a energiei este de 100W / kg, iar numărul de cicluri posibile este de 200-300 de ori. NiZn nu conține materiale toxice și poate fi ușor eliminat. Disponibil în diverse dimensiuni, inclusiv în AA.
În 1901, Thomas Edison a primit un brevet american pentru o baterie reîncărcabilă nichel-zinc. Ulterior, evoluțiile sale au fost perfecționate de chimistul irlandez James Drumm, care a instalat aceste baterii pentru vagoanele care au călătorit de-a lungul rutei Dublin-Bray în perioada 1932-1948. nu NiZn bine dezvoltat datorită puternic de auto-descărcare de gestiune și ciclul de viață scurtă, duce la formarea de dendrite care de multe ori duce la un scurt-circuit. Dar îmbunătățirea compoziției electrolitului a redus această problemă, ceea ce a determinat din nou luarea în considerare a NiZn pentru uz comercial. Un cost redus, o putere mare de ieșire și o gamă largă de temperaturi de funcționare fac ca acest sistem electrochimic să fie extrem de atractiv.
6. Bateriile cu nichel-hidrogen (NiH)
Când în 1967 a început dezvoltarea de nichel-metal hidrură, cercetătorii se confruntă cu o instabilitate gidritov metal, provocând o schimbare spre dezvoltarea de nichel-hidrogen baterie (nih). Celula bateriei include un electrolit este încapsulat într-un vas, nichel și hidrogen (hidrogen din oțel cilindru presurizat la 8207 bar) electrozi.
NiH are o tensiune nominală a celulei de 1,25 V, iar intensitatea energetică specifică este de 40-75 W / kg. Avantajele sunt o durată lungă de viață, chiar și în cicluri cu descărcare profunde, rezistență la influențele mediului datorită ratei scăzute de coroziune, debitul minim de sine și o gamă excepțională de temperatură de funcționare - de la -28 ° C până la 54 ° C Aceste proprietăți fac bateriile NiH ideale pentru utilizarea în sateliți. Oamenii de știință au încercat să dezvolte o versiune pentru utilizare la sol, dar de joasă densitate de energie și costuri ridicate ca rezultat nepotrivit în această direcție. Costul unei celule a unei astfel de baterii poate ajunge la mii de dolari. În timp, bateriile NiMH au fost înlocuite cu nichel-cadmiu în sateliți, acum există o tendință de a înlocui NiH cu cele cu ioni litiu. (Vezi: Sisteme electrochimice alternative).
Monitorizarea și protecția bateriilor
Trimiteți-le prietenilor: