Introducción a las baterias NiMH
Las baterias NiMH son baterias ecológicas desarrolladas desde los años 90. Las baterias NiMH son baterias alcalinas cuyo cátodo activo consiste principalmente en níquel y cuyo ánodo activo consiste principalmente en aleaciones de almacenamiento de hidrógeno. Las baterias NiMH tiene una alta energía específica, una alta potencia, es adecuada para descargas de alta corriente, tiene un ciclo de vida largo, no contamina, etc. No contamina. En comparación con las baterías de plomo-ácido, las baterias NiMH triplican la densidad de energía volumétrica y multiplican por diez la potencia específica. La batería NiMH monobloque tiene una tensión de aproximadamente 1,2 V.
Composición de las baterias NiMH
Las baterias NiMH se componen de un cátodo, un ánodo, un electrolito, un separador, etc. La sustancia activa del cátodo es hidróxido de níquel, la sustancia activa del anánodo es una aleación de almacenamiento de hidrógeno (que absorbe y libera átomos de hidrógeno repetidamente) y el electrolito es una solución que contiene un 30% de hidróxido de potasio. El cátodo y el ánodo tienen un separador entre ellos.
El proceso de carga y descarga de las baterias NiMH
Durante la carga, la sustancia activa Ni(OH)2 del cátodo se transforma en NiOOH y las moléculas de agua se descomponen cerca del ánodo de almacenamiento de hidrógeno y producen átomos de hidrógeno. Los átomos de hidrógeno forman primero un estado adsorbido en la superficie del teánodo y luego se difunden al interior de la aleación de almacenamiento de hidrógeno, donde reaccionan con él para formar hidruros metálicos.
Cuando se descarga, el NiOOH (cátodo) se transforma en Ni(OH)2 al ganar electrones e hidrógeno, y los átomos de hidrógeno del interior del hidruro metálico (ánodo) se difunden a la superficie para formar átomos de hidrógeno en estado adsorbido antes de reaccionar químicamente con el OH- para formar moléculas de agua.
Sobrecarga y sobredescarga de baterias NiMH
Cuando las baterías NiMH están sobrecargadas, el oxígeno precipita en el cátodo, que se difunde al teánodo y reacciona con el OH- para formar agua (en este caso el teánodo es el catalizador de la reacción). Cuando las baterias NiMH están sobrecargadas, el hidrógeno precipita en el cátodo, que se difunde al teánodo y reacciona con el OH- para formar agua (en este caso el teánodo es también el catalizador de la reacción). nodo es también el catalizador de la reacción).
Durante la carga y descarga normal de las baterias NiMH, la aleación de almacenamiento de hidrógeno (ánodo) funciona como almacén de hidrógeno. Durante la sobrecarga o sobredescarga de las baterías NiMH, la aleación de almacenamiento de hidrógeno (ánodo) no funciona como almacenamiento de hidrógeno sino como catalizador de reacción para facilitar la eliminación del oxígeno o hidrógeno producido en caso de sobrecarga o sobredescarga de las baterias NiMH, haciendo así que las baterias NiMH sean resistentes a la sobrecarga o sobredescarga.
Ventajas y desventajas de las baterias NiMH
Ventajas de las baterias NiMH
● La densidad energética de las baterias NiMH es mayor. La capacidad de las baterias NiMH es de 1,5 a 2 veces superior a la de las baterías NiCd para el mismo tamaño.
● Los elementos constituyentes de las baterías NiMH son menos nocivos para el ser humano que los de las baterías NiCd.
● Las baterías NiMH pueden cargarse y descargarse rápidamente a altas corrientes y tienen un alto multiplicador de carga/descarga.
● Sin efecto memoria significativo.
● Buen rendimiento a bajas temperaturas y alta resistencia a la sobrecarga y la descarga.
Desventajas de las baterias NiMH
● Las desventajas de las baterias NiMH son la alta tasa de autodescarga (tasa de autodescarga mensual del 20-25%) y la vida útil inferior a la de las baterías NiCd (hasta 500 ciclos para las baterias NiMH).
Velocidad de autodescarga y capacidad de almacenamiento de las baterías NiMH
Tasa de autodescarga
Las baterias NiMH tienen una rápida tasa de deterioro de la capacidad cuando se dejan almacenadas. A 20°C, la tasa de autodescarga mensual de las baterías NiMH es del orden del 20-25%. Entre los factores que afectan a la tasa de autodescarga de las baterías NiMH se incluyen principalmente las condiciones de temperatura y humedad en las que se almacenan las baterías.
La temperatura aumenta la velocidad de reacción de los materiales cátodo y ánodo activos dentro de las baterias NiMH y también aumenta la velocidad de transporte de iones del electrolito, lo que se traduce en una mayor velocidad de reacción de autodescarga. Si la temperatura es demasiado alta, es probable que se rompa el equilibrio químico dentro de la NiMH de la batería y se produzcan reacciones irreversibles, lo que reducirá el rendimiento general de la batería.
El principio del efecto de la humedad en la tasa de autodescarga de las baterias NiMH es similar al principio del efecto de la temperatura en la tasa de autodescarga de las baterías NiMH. Una humedad ambiental elevada aumentará la velocidad de reacción de autodescarga de las baterías NiMH. En resumen, las baterías NiMH colocadas en un entorno de baja temperatura y baja humedad darán lugar a una baja tasa de autodescarga de la batería, lo que es beneficioso para el almacenamiento de la batería. Sin embargo, una temperatura demasiado baja también puede provocar cambios irreversibles en el material del electrodo de NiMH de la batería, reduciendo su rendimiento general.
Rendimiento de almacenamiento
El rendimiento de almacenamiento de la batería se refiere a los cambios en los principales parámetros de rendimiento de la batería tras un cierto periodo de almacenamiento en determinadas condiciones. El rendimiento del almacenamiento incluye específicamente: la caída de la capacidad, el cambio de aspecto y la presencia o ausencia de filtraciones de líquido.
La disminución de la capacidad de las baterias NiMH se debe principalmente al fenómeno de autodescarga de los electrodos, y la elevada tasa de autodescarga no favorece el almacenamiento de las baterías NiMH. Por lo tanto, en general, las baterias NiMH deben utilizarse «tan pronto como se cargan» y no deben dejarse durante largos periodos de tiempo. Cátodo, ánodo, separador de baterias y materiales auxiliares de las baterías NiMH están sujetos a la corrosión electrolítica y a las fugas, que tienen un impacto significativo en el rendimiento de la batería. El rendimiento de las baterías se ve muy afectado por la corrosión y las fugas del electrolito.
Condiciones de almacenamiento de las baterías NiMH
El lugar de almacenamiento de las baterías NiMH debe estar limpio, fresco y ventilado; la temperatura debe oscilar entre 10 y 25°C, con un máximo de 30°C; y la humedad relativa no debe superar el 65%. Además de los requisitos de temperatura y humedad de almacenamiento, al almacenar baterías NiMH es importante tener en cuenta que:
● El almacenamiento a largo plazo de las baterías NiMH debe realizarse en estado cargado, es decir, precargadas al 50-100% de su capacidad.
● Durante el almacenamiento de baterías NiMH debe asegurarse que la batería se carga al menos una vez cada 3 meses para que la capacidad vuelva a saturarse.
Características de temperatura de las baterias NiMH
Tanto la velocidad de reacción del material activo del electrodo como la movilidad iónica del electrolito en las baterías NiMH dependen positivamente de la temperatura; las temperaturas más altas también facilitan la difusión de los átomos de hidrógeno en la aleación de almacenamiento de hidrógeno y mejoran las propiedades cinéticas de la aleación de almacenamiento de hidrógeno; y la conductividad del KOH en el electrolito también aumenta con el incremento de la temperatura.
Por lo tanto, la capacidad de descarga a media y alta temperatura de las baterías NiMH es superior a la capacidad de descarga a baja temperatura. Sin embargo, si la temperatura es demasiado alta (generalmente superior a 45°C), el agua del electrolito de las baterías NiMH se evaporará con demasiada rapidez, lo que a su vez provoca una elevada resistencia óhmica interna del electrolito, que repercute negativamente en la capacidad de descarga de las baterías NiMH.
Aplicaciones de las baterias NiMH
Las baterías NiMH se utilizan en vehículos híbridos, autobuses eléctricos, bicicletas eléctricas, herramientas eléctricas y muchos más.
