Od wielu dekad zasilane bateriami urządzenia elektroniczne towarzyszą nam na każdym kroku. Szczególnie istotną rolę odgrywają w tym akumulatory, które dają nam możliwość wielokrotnego ładowania i użytkowania. Jednym z popularnych typów akumulatorów są akumulatory niklowo-wodorkowe, znane powszechnie jako Ni-MH.
Czym są akumulatory Ni-MH?
Akumulatory Ni-MH to przenośne źródła energii chemicznej, które można wielokrotnie ładować i rozładowywać. Zostały one opracowane w latach 80. XX wieku jako udoskonalenie akumulatorów niklowo-kadmowych (Ni-Cd). W porównaniu do swoich poprzedników, akumulatory Ni-MH oferują wyższą pojemność, dłuższą żywotność i mniejszy efekt pamięci.
Historia i rozwój technologii Ni-MH
Historia akumulatorów Ni-MH sięga lat 50. XX wieku, kiedy to po raz pierwszy odkryto zasadę działania ogniw niklowo-wodorkowych. Jednakże, komercjalizacja tej technologii nastąpiła dopiero w latach 80., dzięki pracom badawczym japońskich firm takich jak Sony i Panasonic. Od tego czasu, akumulatory Ni-MH stały się jednymi z najczęściej używanych źródeł zasilania w urządzeniach elektronicznych, takich jak telefony komórkowe, laptopy, aparaty fotograficzne i zabawki.
Zastosowania akumulatorów Ni-MH
Akumulatory Ni-MH znajdują szerokie zastosowanie w różnych urządzeniach elektronicznych. Ich zalety, takie jak wysoka pojemność, długa żywotność i niski efekt pamięci, czynią je idealnym rozwiązaniem dla wielu zastosowań. Oto kilka przykładów:
- Urządzenia przenośne, np. telefony komórkowe, laptopy, tablety, aparaty fotograficzne, kamery wideo, odtwarzacze MP3, gry wideo
- Narzędzia elektryczne, np. wiertarki, wkrętarki, szlifierki kątowe, pilarki
- Zabawki takie jak samochody sterowane radiowo, lalki elektroniczne, gry planszowe
- Urządzenia domowe w tym odkurzacze, roboty sprzątające, latarki
- Urządzenia medyczne, np. aparaty słuchowe, protezy zębate, stymulatory serca
Akumulatory Ni-MH są również coraz częściej wykorzystywane w pojazdach elektrycznych i hybrydowych, ze względu na ich zdolność do magazynowania dużych ilości energii.
Zobacz również: Jak działa telewizor CRT? Czy ma szansę wrócić na rynek?
Budowa akumulatora Ni-MH
Aby zrozumieć działanie akumulatora Ni-MH, ważne jest, aby poznać jego budowę i zachodzące w nim procesy chemiczne.
Każdy akumulator Ni-MH składa się z kilku kluczowych elementów:
- Anoda – wykonana jest ze stopu metali, najczęściej niklu, lanthanu i kobaltu. Podczas rozładowania anoda ulega utlenieniu, uwalniając elektrony.
- Katoda – element wykonany jest z płytki niklowej. Podczas rozładowania katoda przyłącza elektrony i jony wodoru.
- Elektrolit – roztwór wodorotlenku potasu (KOH) lub wodorotlenku sodu (NaOH), który umożliwia przepływ jonów między anodą a katodą.
- Separator – porowata przegroda oddzielająca anodę od katody, zapobiegając zwarciom, a jednocześnie umożliwiając swobodny przepływ jonów.
- Obudowa – szczelna obudowa chroniąca wewnętrzne komponenty przed uszkodzeniem i zapewniająca izolację elektryczną.
Reakcje chemiczne zachodzące podczas ładowania i rozładowania
Podczas ładowania akumulatora Ni-MH, prąd elektryczny przepływa przez niego w kierunku przeciwnym do kierunku rozładowania. To powoduje następujące reakcje chemiczne:
- Na anodzie – jony wodoru z elektrolitu łączą się z elektronami z zewnętrznego źródła zasilania, tworząc wodór gazowy.
- Na katodzie – wodorotlenki metali z katody ulegają redukcji, przyłączając elektrony i tworząc wodę.
Podczas rozładowania akumulatora Ni-MH zachodzą odwrotne reakcje chemiczne:
- Na anodzie – wodór gazowy utlenia się, uwalniając elektrony i jony wodoru.
- Na katodzie – woda ulega utlenieniu, dostarczając tlen do reakcji na anodzie i tworząc wodorotlenki metali.
Te reakcje chemiczne generują energię elektryczną, która może być wykorzystana do zasilania urządzeń elektronicznych.
Różnice w budowie między akumulatorami Ni-MH a innymi typami akumulatorów
- W akumulatorach Li-Ion anoda jest wykonana z grafitu, a w akumulatorach alkalicznych z cynku.
- W akumulatorach Li-Ion katoda jest wykonana z tlenku kobaltu lub litowo-żelazowo-fosforanowego, a w akumulatorach alkalicznych z dwutlenku manganu.
- W akumulatorach Li-Ion elektrolit jest organiczny, a w akumulatorach alkalicznych wodny.
Te różnice w budowie wpływają na właściwości i parametry różnych typów akumulatorów, takie jak pojemność, napięcie, żywotność i efekt pamięci.
Zobacz również: Gdzie wyrzucić zużyte baterie?
Właściwości i parametry akumulatorów Ni-MH
Akumulatory Ni-MH charakteryzują się szeregiem właściwości i parametrów, które należy wziąć pod uwagę przy ich wyborze i użytkowaniu.
Napięcie znamionowe i pojemność
Napięcie znamionowe akumulatora Ni-MH to nominalne napięcie, jakie dostarcza on po naładowaniu. Typowe napięcie znamionowe dla ogniwa Ni-MH wynosi 1,2 V. Pojemność akumulatora Ni-MH określa ilość energii elektrycznej, jaką może on zmagazynować. Jest ona mierzona w miliamperogodzinach (mAh). Im wyższa pojemność, tym dłużej akumulator będzie działał na jednym ładowaniu.
Efekty samorozładowania i samoodładowania
Akumulatory Ni-MH mają tendencję do powolnego tracenia naładowania nawet wtedy, gdy nie są używane. Ten proces nazywany jest samorozładowaniem. Samoodładowanie jest tym szybsze, im wyższa jest temperatura otoczenia. Inną ważną cechą jest samoodładowanie, czyli utrata pojemności po dłuższym okresie przechowywania. Aby zminimalizować te efekty, zaleca się przechowywanie akumulatorów Ni-MH w chłodnym, suchym miejscu.
Cykle ładowania i żywotność akumulatorów Ni-MH
Akumulatory Ni-MH można ładować i rozładowywać określoną liczbę razy, zanim stracą swoją pojemność. Liczba ta nazywana jest cyklem ładowania. Typowy akumulator Ni-MH może wytrzymać od 500 do 1000 cykli ładowania. Żywotność akumulatora Ni-MH zależy od wielu czynników, takich jak częstotliwość ładowania i rozładowania, temperatura pracy i sposób użytkowania.
Cechy wpływające na wydajność i czas pracy akumulatorów Ni-MH
Na wydajność i czas pracy akumulatorów Ni-MH wpływa szereg czynników, takich jak:
- Temperatura – akumulatory Ni-MH pracują najlepiej w temperaturze pokojowej. W niskich temperaturach ich pojemność spada, a w wysokich temperaturach może szybciej ulegać degradacji.
- Obciążenie – praca z dużym obciążeniem może skrócić czas pracy akumulatora Ni-MH.
- Sposób ładowania – stosowanie odpowiedniej ładowarki i ładowanie akumulatora do pełna może wydłużyć jego żywotność.
Aby zmaksymalizować wydajność i czas pracy akumulatorów Ni-MH, należy stosować się do zaleceń producenta dotyczących ładowania i użytkowania.
Zalety i wady akumulatorów Ni-MH
Akumulatory Ni-MH mają swoje zalety i wady w porównaniu z innymi typami akumulatorów, takimi jak baterie alkaliczne i akumulatory litowo-jonowe.
Porównanie pojemności, napięcia i żywotności
Akumulatory Ni-MH oferują generally wyższą pojemność niż baterie alkaliczne, ale niższą niż akumulatory litowo-jonowe. Oznacza to, że mogą one magazynować więcej energii elektrycznej, co pozwala na dłuższy czas pracy na jednym ładowaniu.
Napięcie znamionowe akumulatora Ni-MH jest takie samo jak baterii alkalicznej, czyli 1,2 V. Akumulatory litowo-jonowe mają natomiast wyższe napięcie znamionowe, np. 3,7 V.
Akumulatory Ni-MH mogą wytrzymać więcej cykli ładowania niż baterie alkaliczne, ale mniej niż akumulatory litowo-jonowe. Oznacza to, że można je ładować i rozładowywać więcej razy, zanim stracą swoją pojemność.
Zalety akumulatorów Ni-MH
- Wysoka pojemność
- Niski efekt samorozładowania
- Przyjazność dla środowiska (nie zawierają rtęci ani innych szkodliwych substancji)
Wady akumulatorów Ni-MH
- Efekt pamięci (nadal obecny, choć mniejszy w porównaniu do innych typów akumulatorów)
- Mniejsza gęstość energii (są one cięższe i większe w stosunku do pojemności)
Wybór odpowiedniego typu akumulatora
Wybór odpowiedniego typu akumulatora zależy od indywidualnych potrzeb i preferencji. Akumulatory Ni-MH są dobrym wyborem dla urządzeń, które wymagają długiego czasu pracy na jednym ładowaniu i są używane regularnie. Baterie alkaliczne są dobrym wyborem dla urządzeń o niskim poborze mocy, które są używane sporadycznie. Akumulatory litowo-jonowe są najlepszym wyborem dla urządzeń, które wymagają dużej pojemności i mocy, ale są one również najdroższe.
Zobacz również: Zasada działania transformatora – budowa, zastosowanie