17.4.1.2 Щелочные никель-металлгидридные аккумуляторы

Разработка никель-металлогидридных аккумуляторов началась несколько десятилетий назад. Такие аккумуляторы предназначались для замены никель-кадмиевых аккумуляторов (из-за высокой токсичности кадмия) и обладают существенно более высокими удельными характеристиками. В них отрицательный электрод представляет собой сплавы никеля с металлами редкоземельной группы (вместо кадмия). Напряжение разомкнутой цепи никель-металлогидридных аккумуляторов составляет 1,32…1,35 В, т.е. практически соответствует этому параметру никель-кадмиевых аккумуляторов.

Основные электрохимические процессы

Общая реакция в щелочном никель-металлогидридном аккумуляторе имеет вид:

заряд

Ni(OH)₂ + Ме → NiOOH + Ме

←

разряд

Электролит в основной токообразующей реакции участия не принимает.

После сообщения 70-80% емкости и при перезаряде на положительном электроде начинает выделяться кислород:

перезаряд

ОН⁻ → 1/4О₂ +1/2Н₂О + е⁻,

который восстанавливается на отрицательном электроде:

перезаряд

1/4О₂ +1/2Н₂О + е⁻ → ОН⁻,

что обеспечивает замкнутый кислородный цикл.

Положительный электрод такого аккумулятора представляет собой гидрооксид никеля, а отрицательный электрод – гидрооксиды сплавов никеля с металлами редкоземельной группы. Как и в никель-кадмиевых аккумуляторах для предотвращения выделения водорода при перезаряде аккумулятора емкость отрицательного электрода делают заведомо больше емкости положительного электрода, поэтому емкость аккумулятора в основном определяется емкостью его положительного оксидно-никелевого электрода.

17.4.1.3 Сравнение никель-металлогидридных аккумуляторов с никель-кадмиевыми аккумуляторами

Никель-металлогидридные аккумуляторы выпускаются в таких же корпусах, как и никель-кадмиевые. Однако, их удельные энергетические характеристики благодаря увеличенной массе активных веществ значительно выше. Разрядные и зарядные характеристики никель-металлогидридных аккумуляторов близки к аналогичным характеристикам никель-кадмиевых аккумуляторов.

Отказ от токсичного кадмия делает никель-металлогидридные аккумуляторы более экологически чистыми, упрощается также процесс их утилизации.

В никель-металлогидридных аккумуляторах отсутствует «эффект памяти», однако при значительной перезарядке отдаваемая емкость несколько уменьшается. Как и для никель-кадмиевых аккумуляторов при использовании никель-металлогидридных аккумуляторов в буферном режиме рекомендуется периодическое (раз в месяц) проведение восстановительных циклов разряда до 1 В с последующим зарядом током в 0,1С_Н.

Недостатки никель-металлогидридных аккумуляторов следующие:

1. Более узкий диапазон рабочих токов;

2. Более узкий диапазон рабочих температур (обычно –10…+40⁰С;

3. Значительный перегрев при заряде, особенно ускоренном, что требует установки в батареи никель-металлогидридных аккумуляторов термопредохранителей или термореле;

4. Более высокую степень саморазряда;

5. Более тщательный подбор по электрическим параметрам отдельных аккумуляторов в батареи.

Однако, благодаря экологическим характеристикам и большей удельной энергии никель-металлогидридные аккумуляторы постепенно вытесняют никель-кадмиевые аккумуляторы.