باتری های نیکل هیبرید(new)

باتری‌های نیکل– هیدرید فلز(به انگلیسی: Nickel–metal hydride battery)

(مخفف انگلیسی: NiMH یا Ni–MH) گونه‌ای از باتری‌های قابل شارژهستند که شباهت زیادی با باتری‌های نیکل-کادمیمی دارند.

در این باتری‌ها الکترود مثبت از جنس نیکل اکسی هیدروکسید (مانند باتری‌های نیکل-کادمیمی) و الکترود منفی از جنس آلیاژ جذب کننده هیدروژن (به جای کادمیم) استفاده شده است.

این نوع باتری در قیاس با نوع نیکل-کادمیم، دو تا سه برابر ظرفیت بیشتری دارند.

واکنش‌های الکتروشیمیایی:

• نیم واکنش الکترود مثبت:

Ni(OH)₂ + OH⁻  NiO(OH) + H₂O + e⁻

• نیم واکنش الکترود منفی:

H₂O + M + e⁻  OH⁻ + MH

تحقیقات روی این باتری در سال ۱۹۶۷ شروع شد.

با این وجود، ناپایداری‌های این باتری، توسعه‌ی باتری‌های نیکل-هیدروژن (NiH) را موردتوجه قرار داد.

در سال ۱۹۸۰، کشف ترکیب جدیدی از هیدرید، پایداری را بهبود بخشید و امروزه انرژی مخصوص باتری نیکل-متال-هیدرید، ۴۰%۴۰% بیشتر از باتری نیکل-کادمیوم استاندارد است.

باتری نیکل-متال-هیدرید بدون نقص نیست.

این باتری ظریف است و حین شارژ به دقت بیشتری نسبت به باتری نیکل-کادمیوم نیاز دارد.

باتری نیکل-متال-هیدرید با نرخ دشارژ خودبه‌خودی ۲۰%۲۰% در ۲۴۲۴ ساعت اولیه بعد از شارژ و ۱۰%۱۰% در ماه، بالاترین رتبه را در این کلاس دارا است.

اصلاح مواد در ترکیب هیدرید، دشارژ خودبه‌خودی و خوردگی را کاهش می‌دهد.

اما با این کار، انرژی مخصوص نیز کاهش می‌یابد.

در قطارهای برقی این اصلاح انجام می‌شود تا بتوان به مقاومت لازم و طول عمر دست یافت.

باتری نیکل-هیدروژن ولتاژ نامی ۱٫۲۵۱٫۲۵ ولت و انرژی مخصوص Wh kg−۱۴۰−۷۵  دارد.

طول عمر کاری بالا حتی با سیکل‌های دشارژ کامل، طول عمر تقویمی بالا به علت کم بودن خوردگی، دشارژ خودبه‌خودی پایین و عملکرد دمایی قابل توجه از −۲۸∘C−۲۸∘C تا ۵۴∘C54∘C (−۲۰∘F−۲۰∘F تا ۱۳۰∘F130∘F ) از مزایای این باتری است.

این ویژگی‌ها باعث می‌شود که بتوان از آن‌ها در ماهواره‌ها استفاده کرد.

دانشمندان در تلاشند تا بتوانند از این باتری در مصارف زمینی نیز استفاده کنند.

اما انرژی مخصوص پایین و قیمت بالا از عملی شدن این ایده جلوگیری می‌کند.

یک سل تنها برای کاربردهای ماهواره‌ای، هزاران دلار هزینه دارد.

در حین اینکه باتری نیکل-هیدروژن جایگزین باتری نیکل-کادمیوم در ماهواره‌ها می‌شود، یک حرکت به سمت باتری لیتیوم-یون با عمر بالا نیز وجود دارد.

مزایا:
۱٫۳۰−۴۰%۳۰−۴۰% ظرفیت بالاتر نسبت به باتری نیکل-کادمیوم
۲٫ اثر حافظه‌ی کمتر نسبت به باتری نیکل-کادمیوم
۳٫ نگهداری و انتقال ساده
۴٫ دوستدار محیط زیست؛ تنها شامل مقدار کمی از مواد سمی است.
۵٫محتوای نیکل باعث می‌شود که بازیافت، مفید باشد.
۶٫ محدوده‌ی دمایی بالا

معایب:
۱٫ عمر محدود، دشارژ عمیق باعث کاهش عمر آن می‌شود.
۲٫ نیازمند به الگوریتم شارژ پیچیده، حساس نسبت به شارژ بیش از ظرفیت
۳٫ در حین شارژ سریع و دشارژ بالا حرارت تولید می‌کند.
۴٫ دشارژ خودبه‌خودی بالا
۵٫بازده کولونی ۶۵% (بازده کولنی باتری لیتیوم-یون در حدود ۹۹%است.)

سایر باتری های مشابه:

نیکل-آهن

بعد از اختراع باتری نیکل-کادمیوم در سال ۱۸۹۹، جانگنر (Jungner) تلاش کرد برای کاهش هزینه، آهن را جایگزین کادمیوم کند.

با این وجود بازده شارژ پایین و تشکیل گاز (تولید هیدروژن) باعث شد تا از توسعه‌ی این باتری منصرف شود.

در سال ۱۹۰۱، ادیسون با جایگزینی سرب-اسید در باتری نیکل-آهن توسعه‌ی آن را برای وسایل نقلیه‌ی الکتریکی ادامه داد.

او ادعا کرد که این باتری بهترین باتری است که در آن از ورق‌های سرب و اسید استفاده می‌شود.

اما هنگامی که خودروهای بنزینی گسترش یافت و صنعت خودرو توانایی این باتری را به‌عنوان استارتر، روشنایی و احتراق نادیده گرفت، بسیار ناامید شد.

در باتری نیکل-آهن از اکسید-هیدروکسید به‌عنوان کاتد و از آهن به‌عنوان آند استفاده می‌شود.

الکترولیت استفاده‌شده در این باتری نیز پتاسیم هیدروکسید است.

این باتری ولتاژ نامی ۱٫۲۱٫۲ ولت تولید می‌کند.

این باتری قابلیت تحمل شارژ و دشارژ بیش از ظرفیت را دارا است و طول عمر آن بیش از ۲۰۲۰ سال در شرایط آماده به کار است.

مقاومت در برابر ارتعاشات و دمای بالا باعث شد تا از این باتری در معادن اروپا استفاده شود.

در طول جنگ جهانی دوم از این باتری در بمبهای V−۱V−۱ و راکتهای V−۲V−۲ آلمانی استفاده شد.

موارد دیگر استفاده از این باتری در راه‌آهنها، لیفتراک‌ها و موارد ایستا و بدون حرکت است.

این باتری انرژی مخصوص پایینی در حدود ۵۰ Wh kg−۱۵۰ Wh kg−۱ دارد و عملکرد ضعیفی در دماهای پایین دارد.

مقدار دشارژ خودبه‌خودی این باتری نیز ۲۰−۴۰%۲۰−۴۰% در ماه است.

این عوامل به همراه هزینه‌ی ساخت بالا صنعت را ترغیب کرد تا از باتری‌های سرب-اسید استفاده کند.

پیشرفت‌هایی در زمینه‌ی بهبود این باتری در حال انجام است و این باتری به‌عنوان گزینه‌ای جهت استفاده در تولید برق پراکنده است.

تکنولوژی بسته‌بندی صفحات، دشارژ خودبه‌خودی را کاهش داد.

این باتری‌ها در مقابل شارژ و دشارژ بیش از ظرفیت مقاوم هستند و عمر آن‌ها بیشتر از ۵۰۵۰ سال است.

این در حالی است که باتری‌های سرب-اسید طول عمری کمتر از ۱۲۱۲ سال در شرایط کاری با سیکل عمیق دارند.

قیمت باتری‌های نیکل-آهن ۴۴ برابر باتری‌های سرب-اسید است ولی از لحاظ هزینه با باتری‌های لیتیوم-یون قابل مقایسه هستند.

شارژ باتری‌های نیکل-آهن شبیه باتری‌های نیکل-کادمیوم و نیکل-متال-هیدرید است.

این باتری شبیه باتری‌های سرب-اسید و لیتیوم-یون نیست که تحت تأثیر ولتاژ ثابت شارژ شود.

ولتاژ این باتری‌ها مشابه با باتری‌های از جنس نیکل، با تولید گاز داخلی و افزایش دما کاهش می‌یابد.

شارژ بیش از ظرفیت باعث می‌شود که تبخیر صورت گیرد و باتری خشک شود که باید از آن جلوگیری کرد.

ظرفیت کم باتری را می‌توان با جریان دشارژ بالا که بالاتر از سه برابر ظرفیت است، افزایش داد و به ۳۰۳۰ دقیقه رساند.

در این حالت باید درنظر داشت که دمای الکترولیت از ۴۶۴۶درجه‌ی سانتیگراد یا ۱۱۵۱۱۵ درجه‌ی فارنهایت بیشتر نشود.

نیکل-روی

باتری نیکل-روی از این جهت شبیه به باتری نیکل-کادمیوم است که در آن از الکترولیت قلیایی و الکترود نیکلی استفاده می‌شود.

اما ولتاژ آن با باتری نیکل-کادمیوم متفاوت است.

مقدار ولتاژ تولیدی این باتری ۱٫۶۵۱٫۶۵ ولت به ازای هر سل است.

این باتری تحت ولتاژ ۱٫۹۱٫۹ ولت به ازای هر سل شارژ می‌شود.

مقدار انرژی مخصوص آن ۱۰۰ Wh kg−۱۱۰۰ Wh kg−۱ است و می‌تواند ۲۰۰−۳۰۰۲۰۰−۳۰۰ سیکل را طی کند.

باتری نیکل-روی مواد سمی سنگین ندارد و به راحتی می‌توان آن را بازیافت کرد.

این باتری هم‌اکنون در سایز AAAA وجود دارد.

در سال ۱۹۰۱ ادیسون جایزه‌ی ثبت اختراع آمریکا برای سیستم باتری قابل شارژ نیکل-روی را دریافت کرد.

بین سال‌های۱۹۳۲ و ۱۹۴۸، این سیستم در خودروهای ریلی نصب می‌شد.

مشکل اصلی این باتری دشارژ خودبه‌خودی و عمر سیکلی پایین است.

عمر سیکلی پایین این باتری به دلیل رشد دندانه‌ای است که بهبود الکترولیت باعث کاهش این مشکل می‌شود و دوباره می‌توان در مصارف صنعتی نیز از آن استفاده کرد.

قیمت پایین، توان خروجی بالا و محدوده‌ی عملکردی دمایی خوب، این باتری را جذاب می‌کند.

باتری های نیکل هیبرید(new)