¿Cuál es la diferencia entre una batería de hidruro metálico de níquel y una batería de litio?

Las baterías recargables incluyen principalmente baterías de plomo-ácido y baterías alcalinas. Las baterías de níquel-cadmio (NiCd), níquel-hidrógeno (NiMH) e iones de litio (Li-Ion) que se utilizan actualmente son alcalinas.

La estructura básica de la batería de plomo-ácido libre de mantenimiento regulada por válvula para baterías de plomo-ácido se muestra en la Figura 1. Consta de placas positivas y negativas, separadores, electrolitos, válvulas de seguridad, tapones de gas y carcasas exteriores. El material activo en la placa del electrodo positivo es dióxido de plomo (PbO 2) y el material activo en la placa del electrodo negativo es plomo puro esponjoso (Pb). El electrolito se prepara a partir de agua destilada y ácido sulfúrico puro en una determinada proporción. Después de que se carga una cierta densidad de electrolito en la celda de la batería, se genera una fuerza electromotriz de aproximadamente 2,1 V entre las placas positiva y negativa debido a la reacción electroquímica.

Cuando utilice una batería de plomo-ácido nueva por primera vez, debe estar completamente cargada. Si se carga a una velocidad de carga de 0,1 C, tarda entre 55 y 75 horas. Una vez que la batería se utiliza normalmente, debe cargarse inmediatamente. Los métodos comúnmente utilizados son: (1) clasificación del método de carga de corriente constante; (2) método de carga de voltaje constante de bajo voltaje (con carga de carga); (3) método de carga rápida. El tiempo de carga inicial de la carga rápida es de menos de 5 horas y el tiempo de carga normal se puede acortar a aproximadamente 1 hora.

Batería de níquel-cadmio El material activo de la placa positiva de la batería de NiCd consiste en polvo de óxido de níquel y polvo de grafito. El grafito no participa en la reacción química y su función principal es mejorar la conductividad. El material activo de la placa del electrodo negativo está compuesto de polvo de óxido de cadmio y polvo de óxido de hierro. La función del polvo de óxido de hierro es hacer que el polvo de óxido de cadmio tenga una alta difusibilidad, evite la aglomeración y aumente la capacidad de la placa del electrodo. Los materiales activos se envuelven respectivamente en la tira de acero perforada y se convierten en las placas positiva y negativa de la batería después del moldeo a presión. Las placas están separadas por una varilla aislante de caucho duro resistente a los álcalis o un cartón corrugado de cloruro de polivinilo perforado. El electrolito suele ser una solución de hidróxido de potasio. La tasa de autodescarga de la batería de NiCd (es decir, la tasa a la que la batería pierde su carga cuando no está en uso) es moderada en comparación con otras baterías. Cuando la batería de NiCd está en uso, si la descarga no se completa, se cargará nuevamente. Cuando se descargue de nuevo, no podrá descargar toda la potencia. Por ejemplo, después de liberar el 80% de la energía y luego cargarse por completo, la batería solo puede emitir el 80% de la energía. Este es el llamado efecto memoria. Por supuesto, varios ciclos completos de carga / descarga devolverán la batería de NiCd al funcionamiento normal. Debido al efecto memoria de la batería de NiCd, si no está completamente descargada, cada batería debe descargarse por debajo de 1 V antes de cargarla.

El material de la placa positiva de la batería NiMH de la batería de níquel-hidrógeno es NiOOH, y el material de la placa del electrodo negativo es una aleación que absorbe hidrógeno. El electrolito suele ser una solución acuosa de KOH al 30% con una pequeña cantidad de NiOH añadida. El separador está hecho de una tela no tejida de vinylon porosa o una tela no tejida de nailon. Las baterías de NiMH están disponibles en tamaños cilíndricos y cuadrados. La estructura de la batería de NiMH sellada cilíndrica se muestra en la Figura 2.

Las baterías de hidruro metálico de níquel son una buena batería. Las baterías de hidruro metálico de níquel se clasifican en baterías de níquel-hidrógeno de alto voltaje y baterías de níquel-hidrógeno de bajo voltaje. El material activo del electrodo positivo de la batería de níquel-hidrógeno es Ni (OH) 2 (llamado electrodo NiO), el material activo del electrodo negativo es hidruro metálico, también llamado aleación de almacenamiento de hidrógeno (electrodo llamado electrodo de almacenamiento de hidrógeno), y el electrolito es 6 solución de hidróxido de potasio mol / L. Las baterías de níquel-hidrógeno están atrayendo cada vez más la atención como una dirección importante para las aplicaciones de energía de hidrógeno.

Dado que los combustibles fósiles se han vuelto cada vez menos en el caso del desarrollo y la utilización a gran escala de los seres humanos, el desarrollo y la utilización de la energía del hidrógeno ha recibido una atención cada vez mayor en los últimos años. Las baterías de níquel-hidrógeno se han vuelto cada vez más importantes como una dirección importante para las aplicaciones de energía de hidrógeno. Aunque las baterías de níquel-hidruro metálico son de hecho una batería de buen rendimiento, las baterías aeroespaciales de níquel-hidruro metálico son baterías de níquel-hidrógeno de alto voltaje (presión de hidrógeno de hasta 3,92 MPa, o 40 kg / cm2). -envases con paredes. Es fácil de explotar y las baterías de níquel-hidruro metálico también necesitan metales preciosos como catalizadores, lo que hace que su costo sea muy elevado, lo que es difícil de aceptar para uso civil. Por lo tanto, las baterías extranjeras de hidruro metálico de níquel de bajo voltaje se han explorado desde la década de 1970. Las baterías de hidruro metálico de níquel se clasifican en baterías de níquel-hidrógeno de alto voltaje y baterías de níquel-hidrógeno de bajo voltaje. Las baterías de hidruro metálico de níquel de alto voltaje fueron desarrolladas por primera vez a principios de la década de 1970 por M. Klein y JF Stockel de los Estados Unidos. Se ha formado la tendencia de reemplazar las baterías de níquel-hidrógeno por baterías de níquel-hidrógeno y aplicarlas a varios satélites.

El material activo del electrodo positivo de la batería de níquel-hidrógeno es Ni (OH) 2 (llamado electrodo NiO), el material activo del electrodo negativo es hidruro metálico, también llamado aleación de almacenamiento de hidrógeno (electrodo llamado electrodo de almacenamiento de hidrógeno), y el electrolito es 6 solución de hidróxido de potasio mol / L. El proceso de formación de la hoja de electrodo del material activo incluye principalmente el tipo de sinterización, el tipo de suspensión, el tipo de espuma de níquel, el de fibra de níquel y el de incrustación. Los electrodos preparados por diferentes procesos tienen grandes diferencias en capacidad y gran rendimiento de descarga de corriente. La batería se produce de acuerdo con un proceso que utiliza diferentes condiciones. La mayoría de las baterías de consumo, como las de comunicación, utilizan un electrodo negativo de tipo suspensión y un electrodo positivo de tipo níquel espumado para formar una batería. La reacción química de carga-descarga es la siguiente [1]:

Electrodo positivo: Ni (OH) 2 + OH- = NiOOH + H2O + e-

Electrodo negativo: M + H2O + e- = MHab + OH-

Reacción total: Ni (OH) 2 + M = NiOOH + MH

Nota: M: aleación de hidrógeno; Hab: adsorción de hidrógeno; el proceso de reacción de izquierda a derecha es el proceso de carga; el proceso de reacción de derecha a izquierda es el proceso de descarga.

Ni (OH) 2 y OH- del electrodo positivo reaccionan para formar NiOOH y H2O durante la carga, y liberan e- juntos para formar MH y OH-. La reacción total es Ni (OH) 2 y M para formar NiOOH, almacenamiento de hidrógeno, aleación, almacenamiento de hidrógeno; descarga En contraste, MHab libera H +, H + y OH- para formar H2O y e-, NiOOH, H2O y e- regeneran Ni (OH) 2 y OH-. La fuerza electromotriz estándar de la batería es de 1.319V.

Las baterías de hidruro metálico de níquel se clasifican en baterías de níquel-hidrógeno de alto voltaje y baterías de níquel-hidrógeno de bajo voltaje.

La batería de níquel-hidrógeno de bajo voltaje tiene las siguientes características: (1) el voltaje de la batería es 1.2 ~ 1.3V, que es equivalente a la batería de cadmio-níquel; (2) la densidad de energía es alta, 1,5 veces o más que la batería de cadmio-níquel; (3) carga y descarga rápidas, buen rendimiento a baja temperatura; (4) sellable, fuerte resistencia a sobrecargas y descargas; (5) sin formación de cristales dendríticos, puede evitar cortocircuitos dentro de la batería; (6) seguro y confiable, sin contaminación del medio ambiente, sin efecto memoria. [1]

La batería de níquel-hidrógeno de alto voltaje tiene las siguientes características: (1) Alta confiabilidad. Tiene una mejor protección contra sobredescarga y sobrecarga y puede soportar altas tasas de carga y descarga y sin formación de dendrita. Tiene una buena característica de proporción. Su capacidad específica de masa es de 60 A · h / kg, que es cinco veces mayor que la de las baterías de níquel cadmio. (2) El ciclo de vida es largo, hasta miles de veces. (3) Totalmente sellado y menos mantenimiento. (4) El rendimiento a baja temperatura es excelente y la capacidad no cambia significativamente a -10 ° C.

Las baterías de NiMH deben mantenerse durante su uso.

(1) Evite utilizar el proceso de carga. Dentro del ciclo de vida útil, el proceso de uso no debe sobrecargarse, ya que la sobrecarga hace que los electrodos positivo y negativo se hinchen fácilmente, provocando desprendimiento de material activo y daño del diafragma, daño de la red conductora y aumento de la polarización óhmica de la batería.

(2) Evite el deterioro del electrolito. Durante el ciclo de vida de las baterías Ni-MH, se debe suprimir el desprendimiento de hidrógeno de la batería.

(3) almacenamiento de baterías de hidruro metálico de níquel. La batería de hidruro metálico de níquel debe almacenarse en un estado completamente cargado. Si la batería se almacena durante un largo período de tiempo sin almacenar energía eléctrica en la batería, la función de la aleación de almacenamiento de hidrógeno negativo de la batería se debilitará y la vida útil de la batería se acortará.

(4) Carga después de que se agote la batería. Las baterías de níquel-hidruro metálico y las baterías de níquel-cadmio tienen el mismo "efecto memoria", es decir, si la batería se carga repetidamente mientras la batería todavía está en el medio de la descarga, la batería pronto dejará de estar disponible.

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