بطارية هيدريد النيكل والمعدن

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 10 صور
الموسوعة الحرة

بطارية هيدريد النيكل والمعدن
خلايا Ni-MH القابلة لإعادة الشحن الحديثة
طاقة محددة0.22-0.43 ميجا جول / كجم (60-120 واط / ساعة /كجم)
كثافة الطاقة140–300 واط/ساعة/ لتر
قوة محددة250–1000 واط/كجم
كفاءة الشحن/التفريغ66% [1] –92% [2]
معدل التفريغ الذاتيكل شهر:
  • 13.9-70.6% في درجة حرارة الغرفة
  • 36.4–97.8% عند 45 درجة مئوية (113 درجة فهرنهايت)
  • تفريغ ذاتي منخفض: 0.08-2.9% [3]
متانة الدورة180 [4] –2000 [5] دورة
الجهد الاسمي للخلية1.2 فولت

بطارية هيدريد النيكل والمعدن ( NiMH أو Ni–MH ) هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن . يكون التفاعل الكيميائي عند القطب الموجب مشابهًا لتفاعل خلية النيكل والكادميوم (NiCd)، حيث يستخدم كلاهما هيدروكسيد أكسيد النيكل (NiOOH). ومع ذلك، تستخدم الأقطاب السالبة سبيكة ماصة للهيدروجين بدلاً من الكادميوم . يمكن أن تحتوي بطاريات NiMH على ضعفين إلى ثلاثة أضعاف سعة بطاريات NiCd من نفس الحجم، مع كثافة طاقة أعلى بشكل ملحوظ ، على الرغم من أنها حوالي نصف بطاريات الليثيوم أيون فقط . [6]

تُستخدم عادةً كبديل للبطاريات القلوية غير القابلة لإعادة الشحن ذات الشكل المماثل ، حيث تتميز بجهد خلوي أقل قليلاً ولكنه متوافق بشكل عام وأقل عرضة للتسرب . [7] [8]

تاريخ

بطارية NiMH AA مفككة :
  1. الطرف الموجب
  2. غلاف معدني خارجي (الطرف السالب أيضًا)
  3. القطب الموجب
  4. قطب كهربائي سلبي مع جامع تيار (شبكة معدنية، متصل بغلاف معدني)
  5. فاصل (بين الأقطاب الكهربائية)

بدأ العمل على بطاريات NiMH في مركز أبحاث Battelle -Geneva بعد اختراع التكنولوجيا في عام 1967. واستندت إلى سبائك Ti 2 Ni+TiNi+x المتكلس وأقطاب NiOOH. وقد رعت شركة Daimler-Benz وشركة Volkswagen AG التطوير على مدى ما يقرب من عقدين من الزمان داخل Deutsche Automobilgesellschaft، وهي الآن شركة تابعة لشركة Daimler AG . وصلت الطاقة النوعية للبطاريات إلى 50 وات في الساعة/كجم (180 كيلوجول/كجم)، وقوة نوعية تصل إلى 1000 وات/كجم وعمر 500 دورة شحن (عند عمق تفريغ 100٪ ). تم تقديم طلبات براءات الاختراع في الدول الأوروبية (الأولوية: سويسرا)، والولايات المتحدة، واليابان. تم نقل براءات الاختراع إلى شركة Daimler-Benz. [9]

ازداد الاهتمام في سبعينيات القرن العشرين مع تسويق بطارية النيكل والهيدروجين لتطبيقات الأقمار الصناعية. ووعدت تقنية الهيدريد بطريقة بديلة وأقل حجمًا لتخزين الهيدروجين. طورت الأبحاث التي أجرتها مختبرات فيليبس والمركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي سبائك هجينة جديدة عالية الطاقة تتضمن معادن أرضية نادرة للقطب السالب. ومع ذلك، عانت هذه السبائك من عدم استقرار السبائك في الإلكتروليت القلوي وبالتالي عمر دورة غير كافٍ. في عام 1987، أظهر ويليمز وبوشاو بطارية ناجحة تعتمد على هذا النهج (باستخدام خليط من La 0.8 Nd 0.2 Ni 2.5 Co 2.4 Si 0.1 )، والتي احتفظت بنسبة 84٪ من سعة الشحن بعد 4000 دورة شحن وتفريغ. سرعان ما تم تطوير سبائك أكثر جدوى اقتصاديًا باستخدام ميشميتال بدلاً من اللانثانوم . استندت خلايا NiMH الحديثة إلى هذا التصميم. [10] أصبحت أول خلايا NiMH المخصصة للمستهلك متاحة تجاريًا في عام 1989. [11]

في عام 1998، قام ستانفورد أوفشينسكي في شركة Ovonic Battery Co. ، والتي كانت تعمل على بطاريات MH-NiOOH منذ منتصف عام 1980، [12] بتحسين بنية وتركيب سبيكة Ti–Ni وحصل على براءة اختراع لابتكاراته. [13]

في عام 2008، تم تصنيع أكثر من مليوني سيارة هجينة في جميع أنحاء العالم باستخدام بطاريات NiMH. [14]

في الاتحاد الأوروبي، بسبب توجيه البطاريات ، حلت بطاريات هيدريد النيكل والمعدن محل بطاريات Ni-Cd للاستخدام المحمول للمستهلك. [15]

حوالي 22% من البطاريات المحمولة القابلة لإعادة الشحن المباعة في اليابان في عام 2010 كانت من نوع NiMH. [16] وفي سويسرا في عام 2009، كانت النسبة المكافئة حوالي 60%. [17] وقد انخفضت هذه النسبة بمرور الوقت بسبب زيادة تصنيع بطاريات الليثيوم أيون : في عام 2000، كان ما يقرب من نصف جميع البطاريات المحمولة القابلة لإعادة الشحن المباعة في اليابان من نوع NiMH. [16]

في عام 2015، أنتجت شركة باسف بنية دقيقة معدلة ساعدت في جعل بطاريات NiMH أكثر متانة، مما سمح بدوره بإجراء تغييرات على تصميم الخلية مما أدى إلى توفير قدر كبير من الوزن، مما سمح للطاقة النوعية بالوصول إلى 140 واط في الساعة لكل كيلوغرام. [18]

الكيمياء الكهربائية

التفاعل القطبي السالب الذي يحدث في خلية NiMH هو

H2O + M + e − ⇌ OH − + MH

على القطب الموجب يتكون هيدروكسيد النيكل NiO(OH):

Ni(OH) 2 + OH − ⇌ NiO(OH) + H 2 O + e −

تستمر التفاعلات من اليسار إلى اليمين أثناء الشحن والعكس أثناء التفريغ. المعدن M في القطب السالب لخلية NiMH هو مركب بين معدني . تم تطوير العديد من المركبات المختلفة لهذا التطبيق، ولكن تلك المستخدمة حاليًا تنقسم إلى فئتين. الأكثر شيوعًا هو AB 5 ، حيث A عبارة عن خليط من العناصر الأرضية النادرة من اللانثانوم والسيريوم والنيوديميوم والبراسيوديميوم ، و B هو النيكل أو الكوبالت أو المنغنيز أو الألومنيوم . تستخدم بعض الخلايا مواد أقطاب سالبة ذات سعة أعلى تعتمد على مركبات AB 2 ، حيث A هو التيتانيوم أو الفاناديوم ، و B هو الزركونيوم أو النيكل، المعدل بالكروم أو الكوبالت أو الحديد أو المنغنيز . [19]

تحتوي خلايا NiMH على إلكتروليت قلوي ، عادةً هيدروكسيد البوتاسيوم . القطب الموجب هو هيدروكسيد النيكل، والقطب السالب هو الهيدروجين في شكل هيدريد معدني بيني. [20] تُستخدم الأقمشة غير المنسوجة المصنوعة من البولي أوليفينات المحبة للماء للفصل. [21]

تكلفة

عند الشحن السريع، يُنصح بشحن خلايا NiMH باستخدام شاحن بطارية ذكي لتجنب الشحن الزائد ، مما قد يؤدي إلى تلف الخلايا. [22]

الشحن بالتنقيط

أبسط طرق الشحن الآمنة هي باستخدام تيار منخفض ثابت، مع أو بدون مؤقت. يزعم معظم المصنعين أن الشحن الزائد آمن عند تيارات منخفضة للغاية، أقل من 0.1  سيليزيوس ( C /10) (حيث C هو المكافئ الحالي لسعة البطارية مقسومًا على ساعة واحدة). [23] يحذر دليل شحن باناسونيك NiMH من أن الشحن الزائد لفترة كافية يمكن أن يتلف البطارية ويقترح الحد من إجمالي وقت الشحن إلى 10-20 ساعة. [22]

تقترح شركة دوراسيل كذلك أنه يمكن استخدام الشحن البطيء عند C /300 للبطاريات التي يجب أن تبقى في حالة مشحونة بالكامل. [23] تقوم بعض الشواحن بذلك بعد دورة الشحن، للتعويض عن التفريغ الذاتي الطبيعي. يقترح Energizer نهجًا مشابهًا، [20] مما يشير إلى أن التحفيز الذاتي يمكن أن يعيد تجميع الغاز المتكون عند الأقطاب الكهربائية لمعدلات شحن تصل إلى C/10. يؤدي هذا إلى تسخين الخلية. توصي الشركة باستخدام C /30 أو C /40 للتطبيقات غير المحددة حيث يكون العمر الطويل مهمًا. هذا هو النهج المتبع في تطبيقات الإضاءة الطارئة، حيث يظل التصميم كما هو في الأساس كما هو الحال في وحدات NiCd القديمة، باستثناء زيادة قيمة مقاومة الشحن البطيء. [ بحاجة لمصدر ]

يوصي دليل باناسونيك بشحن بطاريات NiMH الموجودة في وضع الاستعداد باستخدام نهج دورة العمل الأقل ، حيث يتم استخدام نبضة من التيار الأعلى كلما انخفض جهد البطارية إلى أقل من 1.3 فولت. يمكن أن يؤدي هذا إلى إطالة عمر البطارية واستخدام طاقة أقل. [22]

Δالخامسطريقة الشحن

منحنى شحنة NiMH

لمنع تلف الخلايا، يجب على الشواحن السريعة إنهاء دورة الشحن الخاصة بها قبل حدوث الشحن الزائد. إحدى الطرق هي مراقبة تغير الجهد مع الوقت. عندما يتم شحن البطارية بالكامل، ينخفض ​​الجهد عبر أطرافها قليلاً. يمكن للشاحن اكتشاف ذلك وإيقاف الشحن. غالبًا ما تُستخدم هذه الطريقة مع خلايا النيكل والكادميوم، والتي تُظهر انخفاضًا كبيرًا في الجهد عند الشحن الكامل. ومع ذلك، فإن انخفاض الجهد أقل وضوحًا بالنسبة لبطاريات NiMH وقد يكون غير موجود عند معدلات الشحن المنخفضة، مما قد يجعل النهج غير موثوق به. [23]

خيار آخر هو مراقبة تغير الجهد فيما يتعلق بالوقت والتوقف عندما يصبح هذا صفرًا، ولكن هذا يخاطر بالقطع المبكر. [23] باستخدام هذه الطريقة، يمكن استخدام معدل شحن أعلى بكثير من الشحن البطيء، حتى 1  درجة مئوية . عند معدل الشحن هذا، توصي باناسونيك بإنهاء الشحن عندما ينخفض ​​الجهد بمقدار 5-10 مللي فولت لكل خلية من جهد الذروة. [22] نظرًا لأن هذه الطريقة تقيس الجهد عبر البطارية، يتم استخدام دائرة شحن بتيار ثابت (بدلاً من الجهد الثابت).

Δتطريقة الشحن

طريقة تغيير درجة الحرارة مشابهة من حيث المبدأ لطريقة Δ V. نظرًا لأن جهد الشحن ثابت تقريبًا، فإن الشحن بتيار ثابت يسلم الطاقة بمعدل ثابت تقريبًا. عندما لا تكون الخلية مشحونة بالكامل، يتم تحويل معظم هذه الطاقة إلى طاقة كيميائية. ومع ذلك، عندما تصل الخلية إلى الشحن الكامل، يتم تحويل معظم طاقة الشحن إلى حرارة. هذا يزيد من معدل تغير درجة حرارة البطارية، والذي يمكن اكتشافه بواسطة مستشعر مثل الثرمستور . يقترح كل من باناسونيك ودوراسيل أقصى معدل لزيادة درجة الحرارة بمقدار 1 درجة مئوية في الدقيقة. يسمح استخدام مستشعر درجة الحرارة بقطع درجة الحرارة المطلقة، والذي يقترحه دوراسيل عند 60 درجة مئوية. [23] مع كل من طريقتي الشحن Δ T وΔ V ، يوصي كلا المصنعين بفترة إضافية من الشحن البطيء لمتابعة الشحن السريع الأولي. [ بحاجة لمصدر ]

أمان

خلية NiMH التي انفجر غطاؤها بسبب فشل صمام الأمان

إن الصمامة القابلة لإعادة الضبط في سلسلة مع الخلية، وخاصة من النوع ذي الشريط ثنائي المعدن ، تزيد من الأمان. ينفتح هذا الصمام إذا ارتفع التيار أو درجة الحرارة بشكل كبير. [23]

تحتوي خلايا NiMH الحديثة على محفزات للتعامل مع الغازات الناتجة عن الشحن الزائد ( ). ومع ذلك، فإن هذا لا يعمل إلا مع تيارات الشحن الزائد التي تصل إلى 0.1  درجة مئوية (أي السعة الاسمية مقسومة على عشر ساعات). يتسبب هذا التفاعل في تسخين البطاريات، مما يؤدي إلى إنهاء عملية الشحن. [23]

تتضمن طريقة الشحن السريع للغاية والتي تسمى التحكم في الشحن داخل الخلية مفتاح ضغط داخلي في الخلية، والذي يقوم بفصل تيار الشحن في حالة الضغط الزائد.

أحد المخاطر المتأصلة في كيمياء بطاريات NiMH هو أن الشحن الزائد يتسبب في تكوين غاز الهيدروجين، مما قد يؤدي إلى تمزق الخلية. لذلك، تحتوي الخلايا على فتحة تهوية لإطلاق الغاز في حالة الشحن الزائد الخطير. [24]

تُصنع بطاريات NiMH من مواد صديقة للبيئة. [25] وتحتوي البطاريات على مواد سامة إلى حد ما ويمكن إعادة تدويرها. [20]

فقدان القدرة

يمكن أن يحدث انخفاض في الجهد (غالبًا ما يُعزى خطأً إلى تأثير الذاكرة ) بسبب التفريغ الجزئي المتكرر، ولكنه قابل للعكس مع بضع دورات تفريغ/شحن كاملة. [26]

تسريح

توفر الخلية المشحونة بالكامل متوسط ​​1.25 فولت/خلية أثناء التفريغ، وينخفض ​​إلى حوالي 1.0-1.1 فولت/خلية (قد يتسبب المزيد من التفريغ في تلف دائم في حالة العبوات متعددة الخلايا، بسبب عكس قطبية الخلية الأضعف). تحت حمل خفيف (0.5 أمبير)، يبلغ جهد البدء لخلية NiMH AA مشحونة حديثًا في حالة جيدة حوالي 1.4 فولت. [27]

الإفراط في التفريغ

يمكن أن يؤدي التفريغ الكامل لحزم الخلايا المتعددة إلى عكس القطبية في خلية واحدة أو أكثر، مما قد يؤدي إلى إتلافها بشكل دائم. يمكن أن يحدث هذا الموقف في الترتيب الشائع لأربع خلايا AA في سلسلة، حيث يتم تفريغ خلية واحدة تمامًا قبل الخلايا الأخرى بسبب الاختلافات الصغيرة في السعة بين الخلايا. عندما يحدث هذا، تبدأ الخلايا الجيدة في دفع الخلية المفرغة إلى عكس القطبية (أي الأنود الموجب والكاثود السالب). تكتشف بعض الكاميرات وأجهزة استقبال GPS وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي جهد نهاية التفريغ الآمن للخلايا المتسلسلة وتقوم بإيقاف التشغيل التلقائي، لكن الأجهزة مثل المصابيح الكهربائية وبعض الألعاب لا تفعل ذلك.

إن الضرر غير القابل للإصلاح الناتج عن عكس القطبية يشكل خطرًا خاصًا، حتى عند استخدام قاطع جهد منخفض العتبة، عندما تختلف الخلايا في درجة الحرارة. وذلك لأن السعة تنخفض بشكل كبير مع تبريد الخلايا. ويؤدي هذا إلى انخفاض الجهد تحت الحمل على الخلايا الأكثر برودة. [28]

التفريغ الذاتي

تاريخيًا، كانت خلايا NiMH تتمتع بمعدل تفريغ ذاتي أعلى إلى حد ما (مكافئ للتسرب الداخلي) من خلايا NiCd. يختلف معدل التفريغ الذاتي بشكل كبير مع درجة الحرارة، حيث تؤدي درجة حرارة التخزين المنخفضة إلى تفريغ أبطأ وعمر بطارية أطول. يبلغ معدل التفريغ الذاتي 5-20٪ في اليوم الأول ويستقر عند حوالي 0.5-4٪ يوميًا في درجة حرارة الغرفة . [29] [30] [31] [32] [33] ولكن عند 45 درجة مئوية (113 درجة فهرنهايت) يكون أعلى بثلاث مرات تقريبًا. [23]

انخفاض التفريغ الذاتي

تتميز بطارية هيدريد النيكل والمعدن منخفضة التفريغ الذاتي ( LSD NiMH ) بمعدل تفريغ ذاتي أقل بكثير. تم تقديم الابتكار في عام 2005 بواسطة Sanyo ، التي تحمل العلامة التجارية Eneloop . [34] من خلال استخدام تحسينات على فاصل الأقطاب الكهربائية والقطب الموجب والمكونات الأخرى، يدعي المصنعون أن الخلايا تحتفظ بنسبة 70-85٪ من سعتها عند تخزينها لمدة عام واحد عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت)، مقارنة بحوالي النصف لبطاريات NiMH العادية. وهي تشبه بطاريات NiMH القياسية، ويمكن شحنها في شواحن NiMH القياسية. يتم تسويق هذه الخلايا على أنها قابلة لإعادة الشحن "هجينة" أو "جاهزة للاستخدام" أو "مشحونة مسبقًا". يعتمد الاحتفاظ بالشحنة إلى حد كبير على مقاومة البطارية للتسرب (كلما زادت كانت أفضل) وعلى حجمها المادي وسعة الشحن.

تحافظ الفواصل على فصل القطبين عن بعضهما لإبطاء التفريغ الكهربائي مع السماح بنقل حاملات الشحنة الأيونية التي تغلق الدائرة أثناء مرور التيار . [35] تعد الفواصل عالية الجودة ضرورية لأداء البطارية.

يعتمد معدل التفريغ الذاتي على سمك الفاصل؛ حيث تعمل الفواصل الأكثر سمكًا على تقليل التفريغ الذاتي، ولكنها تقلل أيضًا من السعة لأنها تترك مساحة أقل للمكونات النشطة، وتؤدي الفواصل الرقيقة إلى تفريغ ذاتي أعلى. ربما تغلبت بعض البطاريات على هذه المقايضة باستخدام فواصل رقيقة مصنعة بدقة أكبر، وفاصل بولي أوليفين مسلفن، وهو تحسن على البولي أوليفين المحب للماء القائم على كحول فينيل الإيثيلين . [36]

تتمتع الخلايا ذات التفريغ الذاتي المنخفض بسعة أقل إلى حد ما من خلايا NiMH المكافئة لها بسبب الحجم الأكبر للفاصل. تتمتع خلايا AA ذات التفريغ الذاتي المنخفض ذات السعة الأعلى بسعة 2500 مللي أمبير في الساعة، مقارنة بسعة 2700 مللي أمبير في الساعة لخلايا NiMH ذات السعة العالية. [37]

تتضمن الطرق الشائعة لتحسين التفريغ الذاتي ما يلي: استخدام فاصل مسلفن (يسبب إزالة المركبات المحتوية على النيتروجين)، واستخدام فاصل PP المطعم بحمض الأكريليك (يسبب تقليل تكوين حطام الألومنيوم والمنجنيز في الفاصل)، وإزالة الكوبلت والمنجنيز في سبيكة A 2 B 7 MH، (يسبب تقليل تكوين الحطام في الفاصل)، وزيادة كمية الإلكتروليت (يسبب تقليل انتشار الهيدروجين في الإلكتروليت)، وإزالة المكونات المحتوية على النحاس (يسبب تقليل الميكرو شورت)، وطلاء PTFE على القطب الموجب (يسبب قمع التفاعل بين NiOOH وH 2 )، وغمس محلول CMC (يسبب قمع تطور الأكسجين)، والتغليف الدقيق للنحاس على سبيكة MH (يسبب انخفاض H 2 المنطلق من سبيكة MH)، وطلاء سبيكة Ni-B على سبيكة MH (يسبب تكوين طبقة حماية)، والمعالجة القلوية للقطب السالب (يسبب تقليل إن معظم هذه التحسينات لا تؤثر على التكلفة أو لها تأثير ضئيل؛ فبعضها يزيد التكلفة بشكل متواضع . [ 38 ]

مقارنة بأنواع البطاريات الأخرى

البطاريات القلوية

تُستخدم خلايا NiMH غالبًا في الكاميرات الرقمية وغيرها من الأجهزة عالية الاستنزاف، حيث تتفوق على البطاريات الأساسية (مثل البطاريات القلوية) خلال مدة الاستخدام بشحنة واحدة.

تعتبر خلايا NiMH مفيدة للتطبيقات التي تتطلب استنزافًا عاليًا للتيار مقارنة بالبطاريات القلوية، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى مقاومتها الداخلية المنخفضة. توفر البطاريات القلوية النموذجية بحجم AA، والتي توفر سعة تبلغ حوالي 2.6 أمبير عند الطلب المنخفض للتيار (25 مللي أمبير)، سعة 1.3 أمبير فقط مع حمل 500 مللي أمبير. [39] يمكن للكاميرات الرقمية ذات شاشات LCD والمصابيح الكاشفة أن تستهلك أكثر من 1 أمبير، مما يؤدي إلى استنزافها بسرعة. يمكن لخلايا NiMH توفير مستويات التيار هذه دون فقدان مماثل للسعة. [20]

قد لا تعمل الأجهزة المصممة للعمل باستخدام خلايا الكيمياء القلوية الأولية (أو خلايا الزنك والكربون/الكلوريد) مع خلايا NiMH. ومع ذلك، فإن معظم الأجهزة تعوض عن انخفاض الجهد في البطارية القلوية عندما تفرغ حتى حوالي 1 فولت. تسمح المقاومة الداخلية المنخفضة لخلايا NiMH بتوصيل جهد ثابت تقريبًا حتى يتم تفريغها بالكامل تقريبًا. وبالتالي فإن مؤشرات مستوى البطارية المصممة لقراءة الخلايا القلوية تبالغ في تقدير الشحنة المتبقية عند استخدامها مع خلايا NiMH، حيث ينخفض ​​جهد الخلايا القلوية بشكل مطرد خلال معظم دورة التفريغ.

بطاريات ليثيوم أيون

يمكن لبطاريات الليثيوم أيون توفير طاقة عالية للغاية ولديها طاقة نوعية أعلى من بطاريات هيدريد النيكل والمعدن، [40] لكنها كانت في الأصل أكثر تكلفة بشكل كبير. [41] انخفضت تكلفة بطاريات الليثيوم بشكل كبير خلال العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، والآن تحتوي العديد من الأجهزة الاستهلاكية الصغيرة على بطاريات ليثيوم غير قابلة للاستبدال من قبل المستهلك نتيجة لذلك. تنتج بطاريات الليثيوم جهدًا أعلى (3.2-3.7 فولت اسميًا)، وبالتالي فهي ليست بديلاً مباشرًا لبطاريات AA (القلوية أو NiMH) بدون دوائر لتقليل الجهد. على الرغم من أن خلية ليثيوم واحدة ستوفر عادةً طاقة مثالية لاستبدال 3 خلايا NiMH، إلا أن عامل الشكل يعني أن الجهاز لا يزال بحاجة إلى تعديل.

بطاريات الرصاص

يمكن بسهولة تصنيع بطاريات NiMH لتكون أصغر حجمًا وأخف وزنًا من بطاريات الرصاص الحمضية، وقد حلت محلها تمامًا في الأجهزة الصغيرة. ومع ذلك، يمكن لبطاريات الرصاص الحمضية توفير تيار هائل بتكلفة منخفضة، مما يجعل بطاريات الرصاص الحمضية أكثر ملاءمة لمحركات التشغيل في المركبات التي تعمل بالاحتراق.

اعتبارًا من عام 2005 ، شكلت بطاريات هيدريد النيكل والمعدن ثلاثة بالمائة من سوق البطاريات. [25]

التطبيقات

بطارية Ni-MH عالية القدرة لسيارة تويوتا NHW20 بريوس ، اليابان
مجموعة بطاريات 24 فولت من هيدريد النيكل والمعدن من إنتاج شركة VARTA ، متحف Autovision ، ألتلوسهايم ، ألمانيا

الالكترونيات الاستهلاكية

حلت بطاريات NiMH محل NiCd في العديد من الأدوار، ولا سيما البطاريات الصغيرة القابلة لإعادة الشحن. تتوفر بطاريات NiMH عادةً في بطاريات AA (بحجم قلم الضوء ). تتمتع هذه البطاريات بسعات شحن اسمية ( C ) تتراوح من 1.1 إلى 2.8 أمبير عند 1.2 فولت، مقاسة بالمعدل الذي يفرغ الخلية في 5 ساعات. سعة التفريغ المفيدة هي دالة تناقصية لمعدل التفريغ، ولكن حتى معدل حوالي 1× C (التفريغ الكامل في ساعة واحدة)، فإنها لا تختلف بشكل كبير عن السعة الاسمية. [26] تعمل بطاريات NiMH اسميًا عند 1.2 فولت لكل خلية، وهو أقل إلى حد ما من خلايا 1.5 فولت التقليدية، ولكن يمكنها تشغيل العديد من الأجهزة المصممة لهذا الجهد .

السيارات الكهربائية

وحدة بطارية NiMH من GM Ovonic

استُخدمت بطاريات NiMH بشكل متكرر في المركبات الكهربائية والهجينة من الجيل السابق؛ واعتبارًا من عام 2020، حلت بطاريات الليثيوم أيون محلها بالكامل تقريبًا في المركبات الكهربائية بالكامل والهجينة القابلة للشحن، لكنها لا تزال قيد الاستخدام في بعض المركبات الهجينة (تويوتا هايلاندر 2020، على سبيل المثال). [42] تضمنت المركبات الكهربائية بالكامل السابقة القابلة للشحن جنرال موتورز EV1 ، والجيل الأول من تويوتا RAV4 EV ، وهوندا EV Plus ، وفورد رينجر EV ، وسكوتر فيكتريكس . استخدمت كل مركبة هجينة من الجيل الأول بطاريات NIMH، وأبرزها تويوتا بريوس وهوندا إنسايت ، بالإضافة إلى الموديلات اللاحقة بما في ذلك فورد إسكيب هايبرد وشيفروليه ماليبو هايبرد وهوندا سيفيك هايبرد تستخدمها أيضًا.

قضايا براءات الاختراع

اخترع ستانفورد ر. أوفشينسكي وحصل على براءة اختراع لتحسين شائع لبطارية NiMH وأسس شركة Ovonic Battery Company في عام 1982. اشترت شركة جنرال موتورز براءة اختراع Ovonics في عام 1994. وبحلول أواخر التسعينيات، تم استخدام بطاريات NiMH بنجاح في العديد من المركبات الكهربائية بالكامل، مثل جنرال موتورز EV1 وسيارة Dodge Caravan EPIC الصغيرة.

على الرغم من نجاح هذا الجيل من السيارات الكهربائية، فقد تم سحبه فجأة من السوق. [ بحاجة لمصدر ]

في أكتوبر 2000، تم بيع براءة الاختراع لشركة تكساكو ، وبعد أسبوع استحوذت شركة شيفرون على شركة تكساكو . توفر شركة Cobasys التابعة لشركة شيفرون هذه البطاريات فقط لطلبيات OEM الكبيرة. أوقفت شركة جنرال موتورز إنتاج EV1 ، مشيرة إلى نقص توفر البطاريات كعقبة رئيسية. خلق سيطرة Cobasys على بطاريات NiMH عبئًا على براءة الاختراع لبطاريات NiMH للسيارات الكبيرة. [43] [44] [45] [46] [47]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ "أساسيات شحن بطارية NiMH". PowerStream.com .
  2. ^ "كفاءة الطاقة والاحتفاظ بالسعة لبطاريات Ni-MH لتطبيقات التخزين".
  3. ^ "أفضل البطاريات القابلة لإعادة الشحن (10+ مخططات ونظرة عامة ومقارنات)". eneloop101.com . 14 فبراير 2017 . تم الاسترجاع في 2019-02-09 .
  4. ^ "اختبار دورة Eneloop XX مقابل Turnigy 2400". CandlePowerForums . 24 أكتوبر 2014.
  5. ^ "Product Lineup". Panasonic.net . مؤرشف من الأصل في 2014-02-03 . تم الاسترجاع في 2014-01-26 .
  6. ^ "بطارية ليثيوم أيون". معهد الطاقة النظيفة، جامعة واشنطن . تم الاسترجاع في 8 يناير 2021 .
  7. ^ "ما الذي قد يسبب تسرب بطاريات Ni-MH القابلة لإعادة الشحن؟". بطاريات باناسونيك . 30 أكتوبر 2019. تم الاسترجاع في 8 أغسطس 2021 .
  8. ^ "هل تنفجر بطاريات NiMH؟". هل تنفجر بطاريات NiMH؟ . 6 يونيو 2020 . تم الاسترجاع في 3 سبتمبر 2021 .
  9. ^ براءة الاختراع الأمريكية هي براءة الاختراع الأمريكية رقم 3824131A، للدكتور كلاوس بيكو، "القطب السالب لمراحل هيدريد سبيكة التيتانيوم والنيكل"، المخصصة لمركز البحث والتطوير التابع لشركة باتيل-جنيف  . للحصول على بيانات الأداء، راجع قسم "الأمثلة".
  10. ^ Nii, K.; Amano, M. (1997). "R & D of Hydrogen Absorbing Alloys in Japan". Acta Metallurgica Sinica . 10 (3): 249–255 . تم الاسترجاع في 10 سبتمبر 2011 .
  11. ^ بحثاً عن البطارية المثالية، مجلة الإيكونوميست ، 6 مارس 2008.
  12. ^ "البطارية القابلة لإعادة الشحن والقطب الكهربائي المستخدم فيها".
  13. ^ براءة اختراع أمريكية رقم 6413670، "بطاريات هيدريد النيكل المعدنية عالية القدرة وسبائك/أقطاب كهربائية عالية القدرة للاستخدام فيها"، نُشرت في 2 يوليو 2002 
  14. ^ مؤتمر ابن سينا، نيس 2008، MA Fetcenko/ECD.
  15. ^ "التوجيه 2006/66/EC الصادر عن البرلمان الأوروبي والمجلس بتاريخ 6 سبتمبر 2006 بشأن البطاريات والمراكم وإلغاء التوجيه 91/157/EEC" (PDF) . الجريدة الرسمية للاتحاد الأوروبي (L 266). الاتحاد الأوروبي . 2006-09-26 . تم الاسترجاع في 2015-11-13 .
  16. ^ "إحصائيات مبيعات البطاريات الثانوية حسب الحجم". رابطة البطاريات اليابانية . تم الاسترجاع في 10 سبتمبر 2011 .
  17. ^ "Batterien-Absatzstatistik 2008" [إحصائيات مبيعات البطاريات 2008] (PDF) (باللغة الألمانية). INOBAT (منظمة المصالح السويسرية للتخلص من البطاريات). ص. 2. مؤرشف من الأصل (PDF) في 14 نوفمبر 2011. تم الاسترجاع في 10 سبتمبر 2011 .
  18. ^ بوليس، كيفن (19 فبراير 2015). "نوع البطارية القديم يحصل على دفعة طاقة". مراجعة التكنولوجيا . تم الاسترجاع في 2023-11-13 .
  19. ^ Kopera, J. (25 June 2004). "Inside the Nickel Metal Hydride Battery" (PDF) . Cobasys . مؤرشف من الأصل (PDF) في 27 فبراير 2009 . تم الاسترجاع في 2011-09-10 .
  20. ^ abcd دليل هيدريد النيكل المعدني (PDF) (NiMH02.01 ed.). تصنيع بطاريات Energizer.
  21. ^ "تطبيقات البطاريات اليابانية غير المنسوجة". thefreelibrary.com .
  22. ^ abcd "طرق شحن بطاريات هيدريد النيكل المعدني" (PDF) . دليل هيدريد النيكل المعدني . باناسونيك . تم الاسترجاع في 2021-09-02 .
  23. ^ abcdefgh بطاريات هيدريد النيكل المعدنية المختومة للشحن . دوراسيل . {{cite book}}: |work=تم تجاهله ( مساعدة )
  24. ^ موكوند ر. باتيل (2005)، "أنظمة الطاقة في المركبات الفضائية"، دار نشر سي آر سي، رقم ISBN 978-0-8493-2786-5 ، ص 209. 
  25. ^ ab Pistoia, Gianfranco (2005). Batteries for Portable Devices . بوسطن: أمستردام. ISBN 0080455565.
  26. ^ ab "Voltage Depression ("Memory Effect")". Duracell.com . Procter & Gamble . مؤرشف من الأصل في 3 مارس 2009 . تم الاسترجاع في 15 سبتمبر 2015 .
  27. ^ "ورقة بيانات Energizer NH15-2300mAh" (PDF) .
  28. ^ سانديب داميجا (2002)، أنظمة بطاريات المركبات الكهربائية، نيونس، ISBN 0-7506-9916-7 ، ص 118، 123. 
  29. ^ "شاحن بطارية هيدريد النيكل المعدني (NiMH) وحزمة البطارية. دليل المستخدم" (PDF) . Sea-Bird Electronics, Inc. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2009-02-27 . تم الاسترجاع في 2009-07-10 . تفرغ بطاريات NiMH ذاتيًا ما يصل إلى 20% في أول 24 ساعة بعد الشحن، ثم ما يصل إلى 15% شهريًا. يعتمد التفريغ الذاتي بشكل كبير على درجة الحرارة. تفرغ بطاريات NiMH ذاتيًا أسرع بثلاث مرات عند 40 درجة مئوية مقارنة بـ 20 درجة مئوية. يؤثر العمر أيضًا على التفريغ الذاتي. تفرغ حزم البطاريات القديمة ذاتيًا أسرع من البطاريات الجديدة.
  30. ^ "epanorama.net: صفحة مصدر طاقة البطارية" . تم الاسترجاع في 10 يوليو 2009. يمكن لبطارية NiMH أن تفقد ما يصل إلى 2% من شحنتها يوميًا وهي على الرف.
  31. ^ "Battery Nurse: VCS, Voltage Control System". مؤرشف من الأصل في 2009-06-29 . تم الاسترجاع في 2009-07-10 . تميل بطاريات NiMh إلى التفريغ الذاتي بنسبة 3-4% من سعتها يوميًا.
  32. ^ "اختيار حزمة البطارية المناسبة". مؤرشف من الأصل في 2008-07-04 . تم الاسترجاع في 2009-07-10 . هيدريد النيكل المعدني (NiMh) حوالي 1% يوميًا إذا لم يتم استخدامه.
  33. ^ "GP Batteries (Hong Kong) FAQ". مؤرشف من الأصل في 2007-12-11 . تم الاسترجاع في 2009-07-10 . 18. ما هو معدل التفريغ الذاتي لبطاريات NiMH؟ بشكل عام، يتراوح معدل التفريغ الذاتي من 15% إلى 20% شهريًا في درجة حرارة الغرفة.
  34. ^ "الوصف العام". Eneloop.info . سانيو . مؤرشف من الأصل في 2012-09-02 . تم الاسترجاع 2015-08-06 .
  35. ^ فليم، توني، يوباو وانج، وراميل ميركادو. "طلاءات البوليمر ذات معامل الانكسار العالي". وقائع SPIE لتصميم الأنظمة البصرية. الويب.
  36. ^ شينياما، كاتسوهيكو؛ هارادا، ياسويوكي؛ مايدا، ريزو؛ ناكامورا، هيروشي؛ ماتسوتا، شيغيكي؛ نوما، توشيوكي؛ يونيزو ، إيكو (مايو 2006). "آلية قمع تفاعل التفريغ الذاتي في بطاريات هيدريد معدن النيكل باستخدام فاصل البولي أوليفين المسلفن". بحث عن الوسطيات الكيميائية . 32 (5): 453-459. دوى :10.1163/156856706777973673. S2CID  86865358.
  37. ^ "البطاريات القابلة لإعادة الشحن - مقارنة وشرح مفصل" . تم الاسترجاع في 2016-02-28 .
  38. ^ يونغ، كوو-هسيونج؛ ياسوكا، شيجيكازو (1 مارس 2016). "آليات تدهور السعة في بطاريات النيكل/هيدريد المعدن". البطاريات . 2 (1). MDPI AG: 3. doi : 10.3390/batteries2010003 . ISSN  2313-0105.الجدول 3
  39. ^ "Energizer E91" (PDF) . data.energizer.com . Energizer . ص. 1 . تم الاسترجاع في 2015-11-05 .
  40. ^ "ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة ستصنع بطاريات سيارات ليثيوم أيون". ياهو فاينانس، سنغافورة، نقلاً عن رويترز. 23 يناير 2007. مؤرشف من الأصل في 11 يناير 2008. تم الاسترجاع 2017-11-03 .
  41. ^ Fetcenko, Michael (2009-10-01). Ovonic NiMH – Strong Now, Room for Growth (PDF) . المؤتمر والمعرض الدولي الحادي عشر لإمدادات الطاقة – Avicenne 2009. شركة Ovonic للبطاريات. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2010-02-16 . تم الاسترجاع في 2015-06-25 .
  42. ^ "Highlander Hybrid - دليل تفكيك السيارة الهجينة" (PDF) .
  43. ^ جيف كوب. "مراجعات السيارات الهجينة الجديدة، والأخبار، ومعلومات عن الأميال المقطوعة بالغالون الواحد للسيارات الهجينة - السيارات الهجينة". HybridCars.com . مؤرشف من الأصل في 2016-03-08 . تم الاسترجاع في 2010-03-25 .
  44. ^ شيري بوشيرت (2006). السيارات الهجينة القابلة للشحن: السيارات التي ستعيد شحن أميركا . دار نشر نيو سوسايتي، جزيرة جابريولا، كندا. رقم ISBN 978-0-86571-571-4.
  45. ^ شنايرسون، مايكل (27 أغسطس 1996). السيارة القادرة: القصة الداخلية للسيارة الكهربائية الثورية التي تنتجها شركة جنرال موتورز. دار راندوم هاوس. ص 194-207، 263-264. رقم ISBN 978-0-679-42105-4.
  46. ^ Coker, M. (2003-05-15). "يا رجل، أين سيارتي الكهربائية؟!". OCWeekly.com . مؤرشف من الأصل في 2009-05-24 . تم الاسترجاع في 2009-10-08 .
  47. ^ Greenberg J. (2008-10-14). "Edison of our Age: Stan Ovshinsky and the Future of Energy (Video Interview Part 1)". The Energy Roadmap. مؤرشف من الأصل في 2017-11-27 . تم الاسترجاع في 2009-10-08 .
  • "بطارية هيدريد النيكل المعدنية ثنائية القطب" بقلم مارتن ج. كلاين ومايكل إسكرا وروبرت بليفيليش وباولا رالستون
  • دليل استخدام وكتاب تعليمات استخدام منتج Energizer Nickel Metal Hydride (NiMH)
  • شحن بطارية NiMH والسلامة
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nickel–metal_hydride_battery&oldid=1252620534"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate