Batería de hidruro de níquel-metal

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La batería de hidruro metálico de níquel (Ni-MH o NiMH) es una fuente de corriente química secundaria , en la que el ánodo es un electrodo de hidruro metálico de hidrógeno (generalmente hidruro de níquel-lantano o níquel-litio), el electrolito  es hidróxido de potasio y el cátodo  es óxido de níquel .

Historia de la invención

La investigación sobre la tecnología de baterías de NiMH comenzó en la década de 1970 y se llevó a cabo como un intento de superar las deficiencias de las baterías de níquel-cadmio . Sin embargo, los compuestos de hidruro metálico utilizados en ese momento eran inestables y no se logró el rendimiento requerido. Como resultado, el proceso de desarrollo de baterías de NiMH se ha estancado. En la década de 1980 se desarrollaron nuevos compuestos de hidruro metálico lo suficientemente estables para aplicaciones de baterías. Desde finales de la década de 1980, las baterías de NiMH se han mejorado constantemente, principalmente en términos de densidad de energía almacenada . Sus desarrolladores notaron que las tecnologías de NiMH tienen el potencial de lograr densidades de energía aún más altas.

Opciones

Descripción

Para las baterías de hidruro de níquel-metal Krona, por regla general, el voltaje inicial es de 8,4 V, luego el voltaje disminuye gradualmente a 7,2 V y luego, cuando se agota la energía de la batería, el voltaje disminuye rápidamente. Este tipo de batería está diseñada para reemplazar las baterías de níquel-cadmio . Las baterías de hidruro de níquel-metal tienen aproximadamente un 20% más de capacidad con las mismas dimensiones, pero una vida útil más corta: de 200 a 300 ciclos de carga/descarga. La autodescarga es entre 1,5 y 2 veces mayor que la de las baterías de níquel-cadmio.

Las baterías de NiMH están virtualmente libres del " efecto memoria ". Esto significa que puede cargar una batería que no esté completamente descargada si no ha estado guardada durante más de unos días en este estado. Si la batería se descargó parcialmente y luego no se usó durante mucho tiempo (más de 30 días), debe descargarse antes de cargarla.

Amigable con el medio ambiente.

El modo de operación más favorable: carga con una corriente pequeña, 0.1 C (C es la capacidad nominal), el tiempo de carga es de 15 a 16 horas (recomendación típica del fabricante); la corriente máxima permitida - 0.3 C - es declarada por los fabricantes.

Almacenamiento

Las baterías deben almacenarse completamente cargadas en un refrigerador a una temperatura de al menos 0 °C [1] . Durante el almacenamiento, es deseable verificar el voltaje regularmente (cada 1-2 meses). No debe caer por debajo de 1 V [2] . Si el voltaje cae, necesita cargar las baterías nuevamente.

Baterías NiMH de baja autodescarga (LSD NiMH)

Las baterías de hidruro de níquel-metal con autodescarga baja ( batería de hidruro de níquel-metal de baja autodescarga en inglés  , LSD NiMH ) fueron introducidas por primera vez en noviembre de 2005 por Sanyo bajo la marca Eneloop . Luego[ ¿cuándo? ] muchos fabricantes mundiales presentaron sus baterías LSD NiMH.

Este tipo de batería tiene una autodescarga reducida, lo que significa que tiene una vida útil más larga que las NiMH convencionales. Las baterías se comercializan como "listas para usar" o "precargadas" y se comercializan como reemplazo de las baterías alcalinas.

En comparación con las baterías NiMH convencionales, las baterías LSD NiMH son más útiles cuando pueden transcurrir más de tres semanas entre la carga y el uso de la batería. Las baterías de NiMH convencionales pierden hasta un 10 % de la capacidad de carga durante las primeras 24 horas después de la carga, luego la corriente de autodescarga se estabiliza en hasta un 0,5 % de la capacidad por día. Para LSD NiMH, esta configuración suele estar entre 0,04 % y 0,1 % de capacidad por día. Afirmación de los fabricantes que al mejorar el electrolito y el electrodo, se lograron las siguientes ventajas del LSD NiMH sobre la tecnología clásica:

  1. La capacidad de trabajar con altas corrientes de descarga, que pueden exceder la capacidad de la batería en un orden de magnitud. Debido a esta característica, los LSD NiMH funcionan muy bien con potentes linternas, linternas, modelos controlados por radio y cualquier otro dispositivo móvil que requiera una alta salida de corriente.
  2. Alto coeficiente de resistencia a las heladas. A -20 °C, la pérdida de potencia nominal no supera el 12 %, mientras que las mejores muestras Las baterías NiMH convencionales pierden entre un 20 y un 30 %.
  3. Mejor mantenimiento de la tensión de funcionamiento. Muchos dispositivos no tienen controladores de alimentación y se apagan cuando el voltaje de Ni-MH cae a 1,1 V y la advertencia de baja potencia se produce a 1,205 V.
  4. Mayor vida útil: 2-3 veces más ciclos de carga-descarga (hasta 1500 ciclos) y se mantiene una mejor capacidad durante toda la vida útil de la celda.

Otro beneficio de las baterías de NiMH de baja autodescarga (LSD NiMH) es que, por lo general, tienen una resistencia interna significativamente menor que las baterías de NiMH convencionales. Esto tiene un efecto muy positivo en dispositivos con alto consumo de corriente:

Métodos de carga

La carga se realiza mediante corriente eléctrica a un voltaje en la celda de hasta 1,4-1,6 V. El voltaje en una celda completamente cargada sin carga es de 1,4 V. El voltaje con carga varía de 0,9 a 1,4 V. El voltaje sin carga es completamente la batería descargada es de 1,0-1,1 V (una descarga adicional puede dañar la celda). Para cargar la batería, se utiliza corriente continua o pulsada con pulsos negativos de corta duración (para evitar el efecto "memoria", el método de carga de baterías con corriente alterna asimétrica).

Control del final de la carga por cambio de tensión

Uno de los métodos para determinar el final de la carga es el método -ΔV. La imagen muestra un gráfico del voltaje en la celda cuando se está cargando. El cargador carga la batería con corriente continua. Una vez que la batería está completamente cargada, el voltaje comienza a caer. El efecto se observa solo con corrientes de carga suficientemente altas (0.5C - 1C). El cargador debe detectar esta caída y apagar la carga.

También existe la llamada "inflexión", un método para determinar el final de la carga rápida. La esencia del método es que no es el voltaje máximo de la batería lo que se analiza, sino el cambio en la derivada del voltaje con respecto al tiempo. Es decir, la carga rápida se detendrá en el momento en que la tasa de crecimiento del voltaje sea mínima. Esto le permite completar la fase de carga rápida antes, cuando la temperatura de la batería aún no ha aumentado significativamente. Sin embargo, el método requiere una medida de tensión con mayor precisión y algunos cálculos matemáticos (cálculo de la derivada y filtrado digital del valor obtenido).

Control del final de la carga por cambio de temperatura

Al cargar una celda con corriente continua, la mayor parte de la energía eléctrica se convierte en energía química. Cuando la batería esté completamente cargada, la energía eléctrica de entrada se convertirá en calor. Con una corriente de carga suficientemente grande, puede determinar el final de la carga mediante un fuerte aumento en la temperatura de la celda instalando un sensor de temperatura de la batería. La temperatura máxima permitida de la batería es de +60 °C.

Cálculo del tiempo de carga

La siguiente fórmula se utiliza para calcular el tiempo de carga de la batería: t = 1,3*(capacidad de la batería/corriente de carga)

Aplicaciones

Reemplazo de una celda galvánica estándar, vehículos eléctricos, desfibriladores, tecnología espacial y de cohetes, sistemas de suministro de energía autónomos, equipos de radio, equipos de iluminación, modelos con accionamiento eléctrico.

Elección de la capacidad de la batería

Cuando se utilizan baterías de NiMH, no siempre es necesario buscar una gran capacidad. Cuanto mayor sea la capacidad de la batería, mayor (ceteris paribus) su corriente de autodescarga. Por ejemplo, considere baterías con una capacidad de 2500 mAh y 1900 mAh. Las baterías totalmente cargadas y no utilizadas durante, por ejemplo, un mes, perderán parte de su capacidad eléctrica por autodescarga. Una batería más grande perderá carga mucho más rápido que una más pequeña. Así, después de un mes, por ejemplo, las baterías tendrán aproximadamente la misma carga, y después de más tiempo, la batería inicialmente de mayor capacidad contendrá una carga menor.

Desde un punto de vista práctico, las baterías de alta capacidad (1500-3000 mAh tamaño AA ) tienen sentido para usar en dispositivos con un alto consumo de energía por poco tiempo y sin almacenamiento previo. Por ejemplo:

Las baterías de baja capacidad (300-1000 mAh tamaño AA) son más adecuadas para los siguientes casos:

Véase también

Notas

  1. Recomendaciones de batería GP (enlace no disponible) . Consultado el 25 de mayo de 2011. Archivado desde el original el 7 de febrero de 2011. 
  2. Baterías de hidruro metálico de níquel (ni-mh) . www.powerinfo.ru Fecha de acceso: 19 de enero de 2017. Archivado desde el original el 19 de noviembre de 2016.

Literatura

Enlaces