Никель-металл гидрид (NiMH батарей) технологи нь дахин цэнгэж болдог электрохимийн системүүдийн зрелын, гэтэл шинжлэх ухааны хувьд чухал ангилалыг төлөөлдөг, түүний ажиллах онцлог шинж чанарууд нь хэрэглээний электроник, дагуур-электротехник тээврийн хэрэгсэл, тархмал сарнисан сүүлийн үеийн энергийн нөөцлөлт зүйлсийн хөгжлөд үргэлж нөлөөлж байна. Хэдийн литий-ион системүүдийн хурдан өргөтнөлт нь зарим зах зүйлд түүнийг бүрхжүүрлөж байгаа гэдгийн хамт, NiMH элементүүд нь химийн тогтвортой байдал, орчинд нь хохиролгүй байдал, хэсгийн цэнгэлтүүдийн доторх ажиллах үед тодорхой бүтээмжтэй байдал зэрэг шинж чанаруудын улмаас үл хүрэх технологи юм. Энэ статт нь NiMH хими, түүний механизмийн ажиллах зарчим, материалан бүрдэл, ажиллах онцлог шинж чанарууд, батарейн ерөнхий хүрээ доторх харьцуулалт байрлалын академик хандлагаар судалгаа хийдөг.
NiMH батарей нь урвуу усорхойлт ба усорхойлт үйл явц ашиглан цахилгаан химийн энергийг хадгалдаг дахин цэнхэрлүүлэх щелочин систем юм. Элементийн бүтцэд никель оксигидроксид (NiOOH) бүхий сөрөг электрод ба усорхойлт хадгалах металл хавсралт бүхий сөрөг электрод орно. Эдгээр электродууд ионы зөөлтүүдийг хангах, гэтэд редокс урвалд шууд оролцохгүй концентрацилагдсан калий гидроксидын электролит дотор ажилладаг.
Функцональ үүднээс үзэхэд NiMH элементүүд цэнхэрлүүлэх үед усорт-гидридийн торд усорт интеркаляци хүчлийн химийн потенциалд цахилгаан энергийг хувиргадаг. Урвуу үйл явц нь цэнхэрлүүлэх үед гадаад хэлхээд электронуудыг чөлөөлдөг. Усорт үйл явц нь NiMH-ийг өмнөх Ni-Cd системүүдээс ялгаж, түүний сайжрангуй орчин хамгаалалтын үзүүлэлтүүдэд хувь нэмдөг.
NiMH батареянууд энергийн нягт, аюулгүй байдал, үнэ хоёрын тэнцвэрт байдлаас шалтгаалж гибрид цахилгаан төрөлхийн түүхийн төхөөрөмжүүд, зөөрч бүүрдүүлж болох электрон төхөөрөмжүүд, сэргээж болох энергийн модулиудад өргөн хэрэглэдүүр.
NiMH батареянуудын технологийн холбогдолд дараах онцлогүүд тодорхойлой:
· Түүнүүд дахин цэнгүүлж болох ба кадмиумын хортой байдлыг арилгаж, харьцангуй орчинд нь сайн нөлөө үзүүлдүүр.
· Түүнүүдийн энергийн нягт Ni-Cd элементүүдийнхнээс үлүүр бөгөөд дунд зэрэг-дээд зэрэг чадал шаардуулж болох хэрэглээд тохиромжтой.
· Типичный цикл амьдрал нь унтраалтын гүн ба дулааны нөхцлүүдээс хамаарч ойролцоогоор 500 цикл хүртэл хүрдүүр.
· NiMH хими нь хүчтэй санамсаргүй нөлөө үзүүлдүүр, иймд цэнгүүлж болох хувилбаруудыг хамгийн их төвөгтүй бүүрдүүлж болдүүр.
· Түүнүүдийн хэрэглээний салбар нь хэрэглээний электрон төхөөрөмжүүд, гибрид төрөлхийн түүхийн төхөөрөмжүүд, тархимал сэргээж болох энергийн системүүдийг хамардүүр.
3. NiMH батареянуудын үндсэн онцлогүүд
NiMH батарейнууд нь энергийн нягт, хүч чадал, ажиллах үед аюулгүй байхыг хангах зорилгоор төлөвлөгдсөн. Тэднүүдийн цахилгаан-химийн үйл ажиллагаа электродын найрлал, устөрөгч хадгалах хавьсрын бүтэц, электролитын концентрацияас хүчтэй хамаардаг.
· Напряжениеийн хүрээ: 0.9–1.5 В
· Номиналь напряжение: 1.2 В
· Энергийн нягт: 60–120 Вт·ц/кг
· Цикл амьдрал: ~500 цикл
· Календарь амьдрал: 3–5 жил
· Өөрөө идэх хурд: Li-ion-той харьцуулахад өөрөө идэх хурд өндөр, гэтэд современ бага өөрөө идэх хувилбаруудад түүн дээрх хурд нь хүчтэй бууржээ
Техникийн үзүүлэлтүүдийн хүснэгт
Тодорхойлолт |
Типичный NiMH утга |
Нэрлэсэн хүчдэл |
1.2 V |
Үйл ажиллагааны цар хүрээ |
0.9–1.5 В |
Энергийн үр дүн |
60–120 Вт·ц/кг |
Эрчим хүчний чадвар |
Өндөр |
Цаг агаарын үйл ажиллагаа |
~500 цикл |
Өөрөө цэнэгээ алдах |
сард 15–30% |
Хамгийн сайн температур |
0–40°C |
4. Бүрдэл ба ажиллах механизм
NiMH элементүүд нь устөрөгчийн нөөцлөл, электрон шилжүүлэлт ба бүтцэн тогтвортой байдалд хамгийн сайн үр дүн үзүүлэхийн тулд инженерийн аргаар хиймэл материалын олонлогийг агуулна.
Компонент |
Функц |
NiOOH катод |
Дисконнект үед устөрөгчтэй холбоотой цэнзгийн хүлээн авуулах |
Металл-устөрөгч хавтгай анод |
Устөрөгчийг урвуу хадгалах |
Харагдах |
Дотоодын богино холболтыг саатгах |
KOH электролит |
Ионы дамжуулалт үзүүрлэд |
Ган цайт |
Механик бүтэн бүүлгийн хангамж |
Дараах бүтцүүрт электрохимийн процессын нийлбэр тайлбар:
· Сөрөг электрод: NiOOH + H₂O + e⁻ → Ni(OH)₂ + OH⁻
· Дөрвөлжин электрод: MH + OH⁻ → M + H₂O + e⁻
Эдгээр урвалууд цэнхэрлүүрт урвуу явлагдаж, устөрөгчийн хаягдмуйн шүүлтүүрт дахин шингэхийг хангамжилна.
4.3 Цэнхэрлүүрт ба гадаагүйрт механизм
Цэнхрүүлэх үед электронууд сөрвөг электрод руу хөдөлж, утас-гидрид матриц дотор утасын шингэлэлтийг дэмжинэ. Нарийн талд нь эергүүр электрод окисдож, NiOOH үүсгэнэ. Гальванийн элементийн хүчдэл ихэвчлэн 1.45–1.5 В хүртэл өснө.
Цэнхрүүлэх үед утас сплаваас чөлөөлөгдөж, NiOOH-той урвалд орж, гадаад хэлхээд электронууд үүсгэнэ. Ачаалал доор хүчдэл постепенно 1.0 В хүртэл буурна; практикт 0.9 В-ийг цэнхрүүлэх төгсгөл гэж тооцдог.
· Бүтнэд цэнхрүүлсэн: 1.45–1.5 В
· Бүтнэд цэнхрүүлэхгүй: 0.9–1.0 В
5. Давуу талууд ба хязгаарлалтууд
NiMH батарейнууд хамгийн сайн ажиллах чадвар ба орчинд нь хоёр талаас нь давуу талууд үзүүлдөг:
· Орчинд нь хоёр талаас нь хүндрүүлэлт үзүүлдөг, кадмийг агуурахгүй ба дахин боловсруулж болдог.
· Ni-Cd системүүдтэй харьцуулж өндөр энергийн нягт.
· Хыстрый цэнхэрлэх чадвар, хүртэл 1C хүртэлх цэнхэрлэх хурдны дэмжлэг.
· Өндөр аюулгүй байдлын маргин, дулааны галхайралт (thermal-runaway) аюулгүй.
· Урт үйлдлийн нүүрс, ойролцоогоор 500 цикл.
Дөрвөлжин |
Тайлбар |
Байгаль орчинд ээлтэй |
Кадмиум агуулдаггүй; дахин боловсруулж болой. |
Эрчим хүчний өндөр нягтрал |
Ni-Cd-түүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүүснүү...... |
Хурдан цэнэглэлт |
1C хурдны дэмжлэг үзүүрлүүд. |
Урт циклийн амьдрал |
~500 цикл |
ӨНДӨР АЮУЛГҮЙ БАЙДАЛ |
Дулааны галхайралт (thermal runaway) байхгүй. |
5.2 Хязгаарлалтууд
Түүнчлэн давуу талуудынх нь хамт, NiMH батарейнууд нийтдээ хэдэн хязгаарлалт үзүүрлүүд.
· Литий-ион системүүдтэй харьцуулж өндөр дотоод цэнхэрлэл.
· Хамгийн сүүлийн литийн хими нь бүр өндөр энергийн нягт.
· Дулааны мөчлөгт майхан, түүн дотроо хүйтэн температурт.
· Хурдан цэнхэрлэл үед дулаан ялгаруулалт.
Сул тал |
Анх амын үзүүлэлт |
Өндөр дотоод цэнхэрлэл |
Хадгалан бүрдүүлэх үед цэнхэрлэл алдагдаж буй. |
Хүйтний майхан |
Багасган бүрдүүлэл |
Литий-ионтой харьцуулж бүр доод энергийн нягт |
Бүрдүүлсэн электроник төхөөрөмжүүдтүүн зориулж тохиромжгүй |
Хувийн үндэс |
Цэнгэлтүүдийн хяналт шаардагдана |
5.3 Санамжийн үйлдлийн нөлөөлөл
NiMH батарейнуудын санамжийн үйлдлийн нөлөөлөл бүрмөсөн хөнгөвчлөгдсөн бөөр, Ni-Cd системүүдтэй харьцуулж үл мэдэгдэхүүн түвшинд байдаг. Энэ шинж чанар нь урт хугацааны багтаамжийн бүүрхүүлдүүрлэлгүйгүүр нисгүүрт цэнгэлтүүдийн хийгүүрлэх боломжийг олгох бөөр, NiMH-ийг гибрид төрлийн түүхүүрт ашиглалтад тохиромжтой болгох бөөр.
6. NiMH батарейнуудын хэрэглээ
6.1 Хэрэглээний электроник төхөөрөмжүүд
NiMH элементүүд нь дунд зэрэгс-их гүйдэл үүсгэх шаардлагатай төхөөрөмжүүдэд өргөн ашигладаг, түүнд орно:
· Тоглоомын удирдлагын төхөөрөмжүүд
· Зөөврийн хянах төхөөрөмжүүд
· Утасгүй холболтын төхөөрөмжүүд
Түүнд өндөр гадаагаа хаях хурд төдийлүүн хадгалах чадвар бүхд нь түүнийг шаардлагатай хэрэглээсүүдэд щелочин батарейнуудаас дэлгэрүүн бүхд нь хийдэг.
6.2 Соронзон энергийн системүүд
NiMH технологи Австрали, Чили зэрэг холын бүснүүдэд жижиг масштабын нарны ба салхины нууцлах системүүдэд ашиглагдаж иржээ. Түүний дулаан тогтвортой бүхд нь ба аюулгүй бүхд нь түүнийг цахилгаан холбоотой бүснүүдэд ашиглахад тохиромжтой болгож иржээ.
Онцлог |
Холбоотой бүхд нь |
Урт циклийн амьдрал |
Өдөрт нь циклд оруулахад тохиромжтой |
Өнгөрөөний стабильдэгдэх чадвар |
Хүнд климатын нөхцөлд ажилладаг |
Аюулгүй байдал |
Галын аюулгүй |
6.3 Үйлдвэрлэл ба тээврийн хэрэглээсүүд
NiMH батарейнууд нь дараах зүйлсд интеграл хэсэг:
· Дундаж цахилгаан тээврийн хэрэгсэл
· Авиацоны нөөц системүүд
· Медицинин багаж хэрэгсэл
Дуусгах циклд оролцох тоо их бөөрсгөн, газархан деградаци үүсгүйн Нийм-Нийм батарейн чадварын улмаас гибрид төрлийн түүхүүртүүд онцгой ашиг ташиг оршуулж байна.
7. Бусад батарейн технологиудтай харьцуулалт
7.1 Нийм-Нийм vs. Литий-ион
Параметр |
Нийм-Нийм |
Li-ion |
Энергийн үр дүн |
Эрүүл мэнд |
Өндөр |
Аюулгүй байдал |
Маш өндөр |
Дунд шатны |
Зардал |
Бага |
Их |
Цаг агаарын үйл ажиллагаа |
~500 |
500–1500 |
Өөрөө цэнэгээ алдах |
Өндөр |
Бага |
Хэрэглээ |
Гибрид, хэрэгсэл |
Утас, ноутбук |
7.2 Нийм-Нийм vs. Алкалин
Онцлог |
Нийм-Нийм |
Химийн |
Уусгах боломжтой |
Тийм |
No |
Вольт |
1.2 V |
1.5 В |
Өндөр хуурдаг үйлдлийн чадвар |
Гайхалтай |
Зөвхөн буурсан |
Цагийн үеэрх үнэ |
Бага |
Өндөр |
7.3 NiMH vs. Ni-Cd
Онцлог |
Нийм-Нийм |
Ni-Cd |
Явцтай |
Кадмиум агуулж не |
Кадмиум агуулж |
Энергийн үр дүн |
Их |
Бага |
Санамсаргүй нөлөө |
Бага |
Чухал |
Цаг агаарын үйл ажиллагаа |
Дунд шатны |
Маш өндөр |
7.4 Ni-Cd-тэй солилцооны боломж
NiMH элементүүд нь олон хэрэглээний салбарт Ni-Cd-тэй солилцож болно, гэтэдүүр түүний өөртөө урсгал, цэнхэрлүүр дүрэм, температурт хариу үйлдлийн ялгаа зөвхөн тооцон үзэх ёстой.
NiMH батарейнууд нь шинжлэх ухааны ба технологийн хувьд хүч хадгалах системд илүүдүүр хүчирхүүл бүхий үлдмүүр. Түүний аюулгүй байдал, орчинд нийцүүр чанар, бат бүтээмжтүүр циклд ажиллах чадвар нь гибрид төрлийн түүхийн машинууд, сүүлийн үеийн сүүлийн үеийн энергийн модулууд, хэрэглээний электрон төхөөрөмжүүдтд ашиглалт үргэлжлүүр. Харин литий-ион технологи нь олон өндөр энергийн хэрэглээний салбарт доминант бүхий, NiMH хими нь бат бүтээмж, аюулгүй байдал, үр ашгийн хувьд онцгой анхаарал тавигдаж буй хэрэглээний салбарт үлдмүүр.
NiMH батарейнууд ус төрүүлэгчийг урвуу хадгалахын тулд никель оксигидроксид ба метал-гидрид холимогуудыг ашигладаг, үүнээс үүдэн аюулгүй, тогтвортой дахин цэнгүүлэх үйл ажиллагаа боломжтой. Түүнд дундаж энергийн нягт, хүчтэр хүчдүүр гаралт, орчинд хохироо үүсгэхгүй давуу талууд байдаг. Электроник төхөөрөмжүүд, гибрид төрлийн түүхийн хэрэгсэл, сарнисан энергийн системүүдэд өргөн ашигладаг; түүнд өндөр өөртөө цэнгүүлэх хурд ба литий-ион батарейнуудаас доод энергийн нягт байхад ч түүнд түүхийн хэрэгсэл, аюулгүй байх, үнэд хамаарах түүхийн хэрэгсэл зүйлүүдийн хооронд тэнцвэр байгуулж үлдмүүд.
EN
