Элементы питания. Прошлое, будущее и настоящее

Никель-металлгидридные аккумуляторы (Ni-MH)

С точки зрения химии, лучшим материалом для катода батареек был бы водород. Но создать такой катод проблематично. При обычных температуре и давлении водород легче воздуха, и его очень трудно удержать.

В конце шестидесятых ученые обнаружили, что некоторые металлические сплавы позволяют хранить атомарный водород в объёмах, в тысячи раз превосходящие собственные. Эти сплавы называются гидридами и обычно состоят из таких соединений как LiNi5 или ZrNi2. В хорошо продуманных системах гидриды могут позволить хранить много водорода, который может вступить в обратимые реакции.

В большинство аккумуляторов, использующих гидридные катоды, аноды сделаны из никеля - как и в никель-кадмиевых. Обычно в качестве электролита в таких элементах используется разбавленный раствор гидроксида калия, щелочь по природе. На рисунке представлено устройство никель-металлгидридной батарейки Duracell.

Никель-металлгидридная батарейка Duracell

При замене кадмия гидридом достигаются некоторые преимущества. Во-первых, конечно же, это удаление токсичного кадмия. Отсутствие кадмия означает также и то, что у аккумулятора не должен наблюдаться эффект памяти. Вдобавок, использование водорода в катодах приводит к тому, что плотность у аккумуляторов повышается на пятьдесят процентов в сравнении с никель-кадмиевыми элементами. Практически это означает, что батарейка такого же размера и такого же веса может питать ноутбук в полтора раза дольше.

Никель-металлгидридные аккумуляторы, часто обозначаемые как Ni-MH, всё же не совершенны. Основным недостатком таких элементов является большая, в сравнении с никель-кадмиевыми элементами, скорость саморазряда. Некоторые никель-металлгидридные элементы теряют до пяти процентов своей емкости за сутки. Заметьте, это показатели современных аккумуляторов.

Как и в никель-кадмиевых элементах, в никель-металлгидридных выходное напряжение составляет 1,2 вольта, и оно остаётся относительно постоянным в течение всего цикла разряда. При дальнейшем разряде оно резко падает. (В полностью заряженном состоянии никель-металлгидридные элементы вырабатывают напряжение в 1,4 вольта, но оно быстро снижается до 1,2 - такой уровень считается основным на протяжении всего цикла разрядки.)

Во многих случаях никель-металлгидридные аккумуляторы можно заменять никель-кадмиевыми. У них практически одинаковые электрические показатели - и те, и другие способны вырабатывать высокие токи, хотя у никель-кадмиевых этот показатель и выше. Никель-металлгидридные аккумуляторы могут выдержать большое количество циклов подзарядки, обычно до 500, но всё равно с никель-кадмиевыми их не сравнить.

Несмотря на то, что характеристики разряда никель-металлгидридных и никель-кадмиевых элементов практически одинаковы, процесс заряда этих аккумуляторов различен. Особенно эта разница заметна в тепловых режимах - никель-кадмиевые аккумуляторы эндотермичны, а никель-металлгидридные - экзотермичны, то есть при подзарядке они выделяют тепло. Как только они приближаются к состоянию полного заряда, их температура значительно увеличиваются. Соответственно, для каждого из этих типов аккумуляторов должны быть разработаны свои зарядные устройства.

Лучше всего подзаряжать никель-металлгидридные аккумуляторы с помощью специальных зарядных устройств. Тем не менее, они прекрасно выносят и непрерывную подзарядку малым током.