لماذا تختار بطاريات النيكل هيدريد المعدن (النيكل والهيدروجين المعدني)؟

تمثل بطاريات هيدريد النيكل والمعدن (النيكل والهيدروجين المعدني) تقدمًا كبيرًا على بطاريات النيكل والكادميوم (النيكل والكادميوم) التي سبقتها. يشير مصطلح دددددددددددد في النيكل والهيدروجين المعدني ليس إلى معدن مفرد، بل إلى سبيكة معقدة. تتكون هذه السبائك، المعروفة باسم هيدريدات المعادن، من معادن مختلفة، وهي مسؤولة عن قدرة البطارية على تخزين وإطلاق الطاقة. من بين سبائك هيدريد المعادن الأكثر شيوعًا المستخدمة في بطاريات النيكل والهيدروجين المعدني هي هياكل أب5 وAB2. في أب5، يكون جزء دد ... عبارة عن مزيج من المعادن الأرضية النادرة أو التيتانيوم (تي)، بينما يتكون جزء دد ... من معادن مثل النيكل (ني) والكوبالت (كو) والمنجنيز (من) وأحيانًا الألومنيوم (ال). في البطاريات ذات السعة الأعلى، تكون السبائك غالبًا من النوع أ ب 2، حيث يكون دد ... عادةً من التيتانيوم (تي) أو الفاناديوم (V)، و"B" هو الزركونيوم (زر)، أو النيكل (ني)، أو مزيج من الكروم (كر)، والكوبالت (كو)، والحديد (في)، والمنجنيز (من).

تلعب مركبات هيدريد المعادن هذه دورًا رئيسيًا في تخزين وإطلاق أيونات الهيدروجين في البطارية. أثناء الشحن، يطلق إلكتروليت هيدروكسيد البوتاسيوم (كوه) داخل البطارية أيونات الهيدروجين (H+)، والتي يتم امتصاصها بواسطة سبيكة هيدريد المعادن، مما يمنع تكوين غاز الهيدروجين (H2) ويحافظ على الضغط والحجم داخل البطارية. أثناء التفريغ، يتم إطلاق أيونات الهيدروجين مرة أخرى من خلال العملية المعاكسة، مما يوفر الطاقة للجهاز.

1.مقارنة الوزن

من حيث الجهد، يبلغ متوسط ​​جهد كل من بطاريات النيكل والهيدروجين المعدني وNiCd 1.2 فولت لكل خلية، في حين أن بطاريات ليثيوم أيون (لي-أيون) لها جهد أعلى بكثير يبلغ 3.6 فولت لكل خلية. هذا الجهد الأعلى في بطاريات لي-أيون يعني أنه للحصول على نفس خرج الطاقة، هناك حاجة إلى عدد أقل من البطاريات، مما يقلل من وزن وحجم حزمة البطارية النهائية. في حين أن وزن بطارية لي-أيون مماثل لوزن بطارية النيكل والكادميوم لخلية واحدة، فإن بطارية النيكل والهيدروجين المعدني تميل إلى أن تكون أثقل بسبب جهدها المنخفض. لذلك، في حين توفر بطاريات النيكل والهيدروجين المعدني أداءً محسنًا مقارنة ببطاريات النيكل والكادميوم، فقد تؤدي إلى حزم بطاريات أكبر حجمًا قليلاً عند مقارنتها بحلول لي-أيون.

2.تأثير الذاكرة

يشير تأثير الذاكرة إلى ظاهرة حيث تتذكر البطارية دورة تفريغ جزئية ويمكن أن تفقد سعتها الإجمالية إذا تم إعادة شحنها باستمرار قبل تفريغها بالكامل. تعاني بطاريات النيكل والهيدروجين المعدني، مثل بطاريات النيكل والكادميوم، من تأثير الذاكرة، على الرغم من أنه أقل وضوحًا بكثير. يكون تأثير الذاكرة في بطاريات النيكل والهيدروجين المعدني أقل بكثير من تأثيرها في بطاريات النيكل والكادميوم ولكنه لا يزال أكبر من تأثيرها في بطاريات ليثيوم أيون. لمنع أو تقليل هذه المشكلة، يوصى بإجراء دورة شحن وتفريغ كاملة كل بضعة أشهر، وعادة كل ثلاثة أشهر. ومع ذلك، فإن تأثير الذاكرة في بطاريات النيكل والهيدروجين المعدني ليس إشكاليًا كما هو الحال في بطاريات النيكل والكادميوم ويمكن تجاهله في العديد من التطبيقات العملية.

من ناحية أخرى، تشتهر بطاريات الليثيوم أيون بتأثيرها الذي لا يُذكَر تقريبًا على الذاكرة. ولا يحتاج مستخدمو بطاريات الليثيوم أيون إلى القلق بشأن تفريغ البطارية جزئيًا قبل الشحن، مما يجعلها أكثر سهولة في الاستخدام. تساهم بساطة وسهولة استخدام بطاريات الليثيوم أيون بشكل كبير في شعبيتها في الأجهزة الإلكترونية الحديثة.

3.معدل التفريغ الذاتي

التفريغ الذاتي هو ظاهرة طبيعية حيث تفقد البطارية شحنها حتى عندما لا تكون قيد الاستخدام. معدل التفريغ الذاتي هو عامل مهم في تحديد عدد المرات التي تحتاج فيها البطارية إلى إعادة الشحن. عادةً ما يكون معدل التفريغ الذاتي لبطاريات النيكل والكادميوم بين 15-30% شهريًا، بينما تتمتع بطاريات النيكل والهيدروجين المعدني بمعدل تفريغ ذاتي أعلى قليلاً يبلغ 25-35% شهريًا. في المقابل، تعد بطاريات الليثيوم أيون أكثر كفاءة في هذا الصدد، حيث يبلغ معدل التفريغ الذاتي 2-5% فقط شهريًا. يعد معدل التفريغ الذاتي المنخفض هذا أحد المزايا الرئيسية لبطاريات الليثيوم أيون، حيث تحتفظ بالشحن لفترة أطول بكثير عندما لا تكون قيد الاستخدام، مما يقلل من الحاجة إلى إعادة الشحن المتكرر.

4.طرق الشحن

تتطلب كل من بطاريات النيكل والهيدروجين المعدني وLi-أيون عناية فائقة أثناء عملية الشحن، حيث لا تتحمل الشحن الزائد. بالنسبة لبطاريات النيكل والهيدروجين المعدني، فإن طريقة الشحن الأكثر فعالية هي استخدام نظام شحن بتيار ثابت مع آلية قطع (غالبًا ما يشار إليها باسمإختر قطعيتم شحن بطاريات لي-أيون باستخدام شواحن مصممة لبطاريات النيكل والكادميوم، مثل تلك التي تستخدم شواحن النيكل والهيدروجين المعدني أو لي-أيون، والتي تتوقف عن الشحن بمجرد الوصول إلى الحد الأقصى للجهد. من ناحية أخرى، تستخدم بطاريات لي-أيون عادةً طريقة شحن بتيار ثابت وجهد ثابت، مما يضمن شحن البطارية بأمان وكفاءة. شحن بطاريات النيكل والهيدروجين المعدني أو لي-أيون باستخدام شواحن مصممة لبطاريات النيكل والكادميوم، مثل تلك التي تستخدم شواحن النيكل والهيدروجين المعدني أو لي-أيون.دلتا-Vيمكن أن تكون طريقة التحكم (دي في) ضارة بالبطاريات وقد تؤدي إلى تقليل عمرها الافتراضي أو التلف المحتمل.