2020-06-29
134
Батареи
Разработка никель-металлгидридных аккумуляторных батарей началась в 1970 г. в результате изобретения способа сохранения водорода в никель-водородных батареях. Никель-водородные батареи используются до сих пор главным образом в спутниковой аппаратуре. Они громоздки, имеют емкости высокого давления для хранения водорода, и каждая из них стоит тысячи долларов.
В ранних экспериментах с никель-металлгидридными аккумуляторами металлгидридные сплавы в их среде работали нестабильно, и требуемой емкости батарей достичь не удавалось. Поэтому их развитие задерживалось до тех пор, пока в 80-х годах прошлого века не были разработаны новые металлгидридные сплавы, которые работали стабильно. С тех пор конструкция никель-металлгидридных батарей постоянно совершенствовалась в сторону увеличения их энергетической плотности.
Успех распространению никель-металлгидридных батарей обеспечили высокая энергетическая плотность и нетоксичность материалов, применяемых при их производстве. По сравнению с
14
Никель-кадмиевые и никель-метамгидридные батареи
Никель-кадмиевые и никель-металлгидридные батареи
15
Фото 2
никель-кадмиевыми современные никель-металлгидридные батареи имеют более высокую — почти на 40 % — энергетическую плотность. Имеется возможность и для дальнейшего ее повышения, но не без некоторых нежелательных побочных эффектов.
Как и никель-кадмиевым, никель-металлгидридным аккумуляторным батареям присущ высокий саморазряд. Если никель-кадмиевые батареи теряют 10 % своей емкости в первые 24 часа после заряда, которая затем снижается примерно на 10 % каждый месяц, то никель-металлгидридные батареи теряют за такое же время в 1,5 раза большую емкость. Подбор металлгид-ридных материалов, улучшающих водородные связи и уменьшающих коррозию сплава, позволяет уменьшить скорость саморазряда, однако при этом увеличивается цена и снижается энергетическая плотность аккумуляторной батареи.
При заряде никель-металлгидридных батарей протекают реакции у положительных пластин:
Ni(OH)2 + ОН- -> NiOOH + Н2О + е-; у отрицательных пластин:
М + Н2О + е- -> МНП0ГЛ + ОН-,
где М — сплав, поглощающий водород; Нпогл — поглощенный сплавом водород.
При разряде протекают обратные реакции. В качестве поглотителя водорода применяются никель-железные, марганцево-цинко-вые, марганцево-никелевые и лантано-никелевые сплавы.
В настоящее время никель-металлгидридные батареи постепенно заменяют никель-кадмиевые при использовании их в качестве источника питания беспроводных средств связи и мобильных компьютеров. И во многих странах этот процесс поддерживается законодательно с целью защиты окружающей среды от вредного воздействия токсичных отходов.
На вопрос о том, улучшатся ли качество и энергетическая емкость никель-металлгидридных батарей в ближайшем будущем, специалисты отвечают, что улучшатся, но незначительно. Поэтому наиболее перспективным считается постепенный переход к более совершенным литий-ионным батареям.
В настоящее время цена на никель-металлгидридные батареи практически сравнялась с ценой на никель-кадмиевые батареи. Это произошло благодаря большим объемам их производства и стимуляции процесса перехода на их использование. По окончании перехода цены на них, возможно, возрастут.
Преимущества никель-металлгидридных аккумуляторных батарей:
• емкость на 30—40 % выше емкости никель-кадмиевых ба
тарей, и имеется потенциал для увеличения их энергетиче
ской плотности;
• значительно меньшая, чем у никель-кадмиевых батарей,
подверженность «эффекту памяти» (но нельзя сказать о
его отсутствии вообще);
• простота хранения и транспортировки — не требуется ре
гулярного контроля;
• экологически чистые — содержат только очень слабые
токсины, возможна вторичная переработка.
Недостатки никель-металлгидридных аккумуляторных батарей:
• ограниченный срок службы, особенно при высоких токах
нагрузки. Емкость снижается уже после 200—300 циклов
заряд/разряд. При эксплуатации более предпочтителен ча
стичный разряд, нежели полный;
• ограниченный ток разряда — хотя эти аккумуляторы и до
пускают высокие токи разряда, повторяющиеся разряды
16
