Κυψέλη νικελίου-υδριδίου μετάλλου

Τι είναι ένα στοιχείο νικελίου-υδριδίου μετάλλου;

Πριν φτάσουμε σε αυτό, "Τι είναι ένα κελί;" Ένα κύτταρο είναι μια πηγή ενέργειας που μετατρέπει τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Υπάρχουν δύο τύποι κυψελών—κύρια (μη επαναφορτιζόμενα) κύτταρα και δευτερεύοντα (επαναφορτιζόμενα).

Μια κυψέλη νικελίου-υδριδίου μετάλλου είναι μια επαναφορτιζόμενη κυψέλη. Χρησιμοποιεί μια ένωση νικελίου και ένα υδρίδιο μετάλλου ως ηλεκτρόδια. Είναι βασικός ορισμός για να το καταλάβουμε καλύτερα. Ας βουτήξουμε περισσότερο στις κυτταρικές νότες νικελίου-υδριδίου μετάλλου.

Πώς λειτουργεί ένα στοιχείο νικελίου-υδριδίου μετάλλου;

Η άνοδος μιας κυψέλης υδριδίου νικελίου-μετάλλου είναι κατασκευασμένη από ένα κράμα που απορροφά υδρογόνο (MH) ή άλλες διαμεταλλικές ενώσεις και το υδροξείδιο του νικελίου (NiO(OH)) ή το υδροξείδιο του νικελίου (Ni(OH)2) κάνει το κάθοδος. Χρησιμοποιεί αλκαλικές ουσίες (π.χ. ΚΟΗ) ως ηλεκτρολύτες.

Αντίδραση σε άνοδο:M + e-+ H2O →MH +OH-

Αντίδραση σε κάθοδο:Ni(OH)2 + OH- → NiO(OH) + H2O + e-

Συνολική αντίδραση :Ni(OH)2 + OH- ⇌ NiO(OH) + H2O +e-

Η συνολική αντίδραση είναι αναστρέψιμη. Κατά τη φόρτιση, εμφανίζεται από την αριστερή πλευρά στη δεξιά πλευρά. κατά την εκφόρτιση, αντιστρέφεται.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κυψελών νικελίου-υδριδίου μετάλλου

Μια κυψέλη νικελίου-υδριδίου μετάλλου έχει σταθερά ονομαστική τάση και μεγαλύτερη χωρητικότητα από τις αλκαλικές μπαταρίες. Διαρκεί περισσότερο σε καταστάσεις υψηλής αποστράγγισης από μια τυπική αλκαλική μπαταρία. Έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, επίσης αποφορτίζεται αργά όταν παραμένει σε αδράνεια. Η ικανότητα κατακράτησης της χρέωσης είναι συνήθως 50% έως 80% σε ένα έτος. Επιπλέον, έχει ένα ευρύτερο φάσμα θερμοκρασιών λειτουργίας από τις μπαταρίες Ni-Cd. Δυστυχώς, όλα έχουν κόστος. Τα κύτταρα νικελίου-υδριδίου μετάλλου δεν αποτελούν εξαίρεση. Τείνουν να καταστραφούν κατά την υπερφόρτιση, τα βραχυκυκλώματα και την υπερθέρμανση.

Εφαρμογές

Οι πιο συνηθισμένες και δημοφιλείς μπαταρίες ΑΑ ή ΑΑΑ περιέχουν ένα στοιχείο νικελίου-υδριδίου μετάλλου. Αντικαθιστά τις μπαταρίες Ni-Cd από πολλές απόψεις, αν και μια μπαταρία νικελίου-υδριδίου μετάλλου λειτουργεί συνήθως σε 1,2 V περισσότερο από τις τυπικές μπαταρίες Ni-Cd 1,5 V. Εξακολουθεί να είναι μια δημοφιλής επιλογή για πολλά ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, όπως ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, τηλεκατευθυνόμενα αυτοκίνητα, drones, κ.λπ. Αλλά από τη δεκαετία του 2020, οι κυψέλες ιόντων λιθίου αντικαθιστούν τις κυψέλες υδριδίου νικελίου-μετάλλου. Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, οι κυψέλες υδριδίου νικελίου-μετάλλου ήταν πολύ επιτυχημένες στην αυτοκινητοβιομηχανία. Τα ηλεκτρικά οχήματα πρώτης γενιάς (το Toyota Prius ήταν το πιο εμβληματικό) και τα υβριδικά οχήματα κατασκευάστηκαν με μπαταρίες νικελίου-υδριδίου μετάλλου. Αλλά στις μέρες μας, αντικαθίσταται με μπαταρίες Li-ion.

Ανησυχίες για την ασφάλεια των κυττάρων νικελίου-υδριδίου μετάλλου

Τα κύτταρα νικελίου-υδριδίου μετάλλου είναι ασφαλή στη χρήση, καθώς δεν περιέχουν επικίνδυνα συστατικά όπως το κάδμιο στα κύτταρα Ni-Cd. Αλλά η μπαταρία πρέπει να είναι αδιάβροχη και στεγανή.
Μια κυψέλη νικελίου-υδριδίου μετάλλου παράγει αέριο Η2 ακόμη και σε κανονικά σενάρια φόρτισης και εκφόρτισης. Το συσσωρευμένο αέριο υδρογόνου ανοίγει τα καπάκια της μπαταρίας. Το υδρογόνο είναι ένα εύφλεκτο αέριο, επομένως αποτελεί ανησυχία για την ασφάλεια στα κύτταρα νικελίου-υδριδίου μετάλλου.
Κατά τη διάρκεια βραχυκυκλωμάτων, ρέει μεγάλη ποσότητα ρεύματος στις μπαταρίες νικελίου-υδριδίου μετάλλου, το οποίο με τη σειρά του παράγει υψηλή θερμότητα και αποτελεί κίνδυνο πυρκαγιάς.
Οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στα κύτταρα νικελίου-υδριδίου μετάλλου είναι διαβρωτικές. Έχοντας αυτό υπόψη, τα κύτταρα θα πρέπει να φυλάσσονται σε στεγανό δοχείο.

Ανακύκλωση και απόρριψη κυψελών νικελίου-υδριδίου μετάλλου

Τα κύτταρα νικελίου-υδριδίου μετάλλου περιέχουν υψηλές ποσότητες μετάλλων, όπως το νικέλιο (Ni) και τα κράματά του. χαμηλές ποσότητες αλουμινίου (Al), κοβαλτίου (Co), μαγγανίου (Mn) και ορισμένων στοιχείων σπανίων γαιών (REE, π.χ., λανθάνιο). Μέχρι σήμερα, η ανακύκλωση μπαταριών νικελίου-υδριδίου μετάλλου σημαίνει ανακύκλωση μόνο μερικών εξαρτημάτων μπαταριών (όπως ο χάλυβας που χρησιμοποιείται σε θήκες μπαταριών). άλλα μέρη, συμπεριλαμβανομένων των Στοιχείων Σπάνιων Γης (REE), πηγαίνουν στα απόβλητα. Αν και έχουν γίνει μεταλλουργικές εξελίξεις για την ανακύκλωση αυτών των εξαρτημάτων, δεν είναι διαθέσιμα στο εμπόριο.

Η απόρριψη των κυττάρων νικελίου-υδριδίου μετάλλου πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τους κανόνες. Για παράδειγμα, θα πρέπει να έχουν αποφορτιστεί πλήρως, να μην τρυπηθούν, να μην αναφλεγούν ή να θερμανθούν.

Συμπέρασμα

Οι μπαταρίες κυψελών νικελίου-υδριδίου μετάλλου έχουν πλέον χάσει τον θρόνο τους από το νέο OG μπαταριών, τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, ίσως επειδή έσκασαν πάρα πολλά από τα καπάκια ασφαλείας τους κατά την υπερφόρτιση. Η χαμηλότερη διάρκεια ζωής (κύκλος φόρτισης), ο υψηλότερος ρυθμός εκφόρτισης κατά την κατάσταση αδράνειας, η μικρότερη ενεργειακή πυκνότητα από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι προβληματικές συνθήκες φόρτισης έχουν βυθίσει το πλωτό σκάφος των κυψελών νικελίου-υδριδίου μετάλλου. Αλλά νέα έρευνα εργάζεται για τα μειονεκτήματα και αλλάζει τις ιδιότητές του για καλύτερη απόδοση.

Ας ελπίσουμε ότι καταλάβατε τον ορισμό, τις εφαρμογές και τις ανησυχίες σχετικά με αυτά τα κελιά. Οι κατασκευαστές εργάζονται για να επιλύσουν την ανάγκη για βελτίωση σε ορισμένους τομείς της λειτουργίας του.