Nikel-metal hidrür pil

Nikel-metal hidrit piller

Nikel-metal hidrür pil (NiMH ve Ni–MH gibi bilinir) şarj edilebilir bir pil (Akümülatör) türüdür. Pozitif elektrottaki kimyasal reaksiyon hem nikel-kadmiyum piline (NiCd) benzer, hem de nikel oksit hidroksit (NiOOH) kullanılır. Bununla birlikte, negatif elektrotlar kadmiyum yerine bir hidrojen emici alaşım kullanmaktadır. Bir NiMH pil, eşdeğer boyutta bir NiCd kapasitesinin iki ila üç katı olabilir ve enerji yoğunluğu bir lityum iyon pilinkine yaklaşabilir.

Tarihi

NiMH pilleri üzerinde çalışmak, 1967'de teknolojinin icadını takiben, Battelle-Cenevre Araştırma Merkezi'nde başladı. Sinterlenmiş Ti2Ni + TiNi + x alaşımları ve NiOOH-elektrotlarına dayanıyordu. Kalkınma neredeyse yirmi yılda Daimler-Benz ve Daimler AG'nin bir yan kuruluşu olan Deutsche Automobilgesellschaft içindeki Volkswagen AG tarafından desteklendi. Pillerin özgül enerjisi, 50 W · h/kg (180 kJ/kg) 'a ulaştı, 1000 W/kg'a kadar güç yoğunluğu ve 500 şarj döngüsü ömrü (Boşalma derinliğinin %100 derinliğinde). Avrupa ülkelerinde (öncelik: İsviçre), Amerika Birleşik Devletleri'nde ve Japonya'da patent başvuruları yapıldı. Patentler Daimler-Benz'e geçti.

1970'lerde, uydu uygulamaları için nikel-hidrojen pilinin ticareti ile ilgi arttı. Hidrür teknolojisi, hidrojeni depolamak için daha az hantal bir alternatif vadetti. Philips Laboratuvarları ve Fransa CNRS tarafından yapılan araştırmalar, negatif elektrot için nadir toprak elementleri içeren yeni yüksek enerjili hibrid alaşımlar geliştirdi. 1987'de Willems ve Buschow, bu yaklaşımı temel alarak (La 0.8Nd 0.2 Ni 2.5O 2.40 Si0.1 karışımı kullanılarak), 4000 şarj deşarj devresinden sonra şarj kapasitesinin %84'ünü tutan başarılı bir pil gösterdiler. Lantan yerine misketmetal kullanan daha ekonomik olarak uygulanabilir alaşımlar yakında geliştirildi. Modern NiMH hücreleri bu tasarıma dayanıyordu. İlk tüketici sınıfı NiMH hücreleri 1989'da piyasaya sürüldü. 1998'de Ovonic Battery Co., Ti-Ni alaşım yapısını ve bileşimini geliştirdi ve yeniliklerini patentledi. 2008'de, dünya çapında iki milyondan fazla hibrid otomobil NiMH pillerle üretildi. Avrupa Birliği'nde ve Pil Yönergesi gereği, nikel-metal hidrit pilleri taşınabilir tüketici kullanımı için Ni-Cd pilleri değiştirmiştir.

Japonya'da 2010 yılında satılan taşınabilir yeniden şarj edilebilir pillerin yaklaşık% 22'si NiMH'dir. 2009 yılında İsviçre'de eşdeğer istatistik yaklaşık% 60 idi. Bu oran, lityum-iyon pil üretimindeki artışa bağlı olarak zamanla düştü: 2000'de, Japonya'da satılan tüm taşınabilir yeniden şarj edilebilir pillerin neredeyse yarısı NiMH idi.

2015'te BASF, NiMH pillerini daha dayanıklı hale getiren, dolayısıyla hücre tasarımında önemli miktarda tasarruf sağlayan, gravimetrik enerji yoğunluğunun kilogram başına 140 watt-saat'e ulaşmasına olanak tanıyan değiştirilmiş bir mikro yapıyı üretti.

Diğer pil türleri ile karşılaştırılma

NiMH hücreleri sıklıkla dijital kameralarda ve tekli şarj süresince birincil (alkalin gibi) pillerden daha iyi performans gösteren diğer yüksek düzeyde boşalmalı cihazlarda kullanılır.

NiMH hücreleri, büyük oranda iç direnci düşük olduğundan yüksek akım drenaj uygulamaları için avantajlıdır. Düşük akım talebinde (25 mA) yaklaşık 2600 mAh kapasite sunan tipik alkalin AA boyutlu piller, yalnızca 500 mA yük ile 1300 mAh kapasite sağlar. LCD'li ve fenerli dijital kameralar, 1000 mA'ın üzerine çıkabilir ve onları hızla tüketir. NiMH hücreleri, benzer kapasite kaybı olmadan bu akım seviyelerini sağlayabilir.

Birincil alkalin kimyası (veya çinko-karbon/klorür) hücreleri kullanılarak çalıştırılacak cihazlar, NiMH hücreleriyle çalışmayabilir. Bununla birlikte, çoğu cihaz bir alkalin pilin voltaj düşüşünü yaklaşık bir volta kadar boşalttığı için telafi eder. Düşük dahili direnç, NiMH hücrelerine neredeyse tamamen boşalıncaya kadar neredeyse sabit bir gerilim vermesine izin verir. Eğer alkalin pilleri okumak için tasarlandıysa, boşalma döngüsünün çoğu sırasında alkalin pil voltajı sürekli düştükçe, pil seviyesi göstergeleri kalan şarjı geride bırakır.

Lityum-iyon piller, nikel-metal hidrit pillerden daha yüksek bir spesifik enerjiye sahiptir, ancak önemli ölçüde daha pahalıdırlar.

2005 itibarıyla nikel metal hidrit piller pil pazarının üçte birini oluşturuyordu.

Tüketici elektroniği

NiMH pilleri NiCd'yi birçok rol, özellikle küçük şarj edilebilir piller ile değiştirdi. NiMH piller, AA (pil ömrü) pillerde yaygın olarak bulunur. Bunların hücreleri beş saatte boşaltan hızla 1.2 V'de nominal şarj kapasiteleri (C) 1.1-2.8 Ah olarak ölçülür. Faydalı deşarj kapasitesi, deşarj hızının azaltıcı bir fonksiyonudur, ancak yaklaşık 1 × C (bir saatte tam deşarj) oranına kadar, nominal kapasiteden önemli ölçüde farklılık göstermez. NiMH pilleri, nominal olarak, hücre başına 1.2 V'de çalışır, geleneksel 1.5 V'luk hücrelere göre biraz daha düşüktür, ancak bu voltaj için tasarlanmış birçok cihazı çalıştıracaktır.

Elektrikli araçlar

NiMH elektrikli araç pillerinin uygulamaları, General Motors EV1, Honda EV Plus, Ford Ranger EV ve Vectrix scooter gibi tüm elektrikli fişli araçlara sahiptir. Toyota Prius, Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid ve Honda Civic Hybrid gibi melez araçlar da bunları kullanıyor.

Stanford R. Ovshinsky, NiMH pilinin popüler bir geliştirmesini icat etti, patenti aldı ve 1982'de Ovonic Battery Company'yi kurdu. General Motors, 1994'te Ovonics'in patentini satın aldı. 1990'ların sonunda, NiMH pilleri, General Motors EV1 ve Dodge Caravan EPIC minivan gibi pek çok tam elektrikli araçta başarıyla kullanılıyordu. Ekim 2000'de patent Texaco'ya satıldı ve bir hafta sonra Texaco Chevron tarafından satın alındı. Chevron'un Cobasys yan kuruluşu bu pilleri yalnızca büyük OEM siparişlerine sunar. General Motors, EV1 ürününün üretimini, batarya bulunmadığından başlıca engel olarak kapattı. NiMH pillerin kontrolü Cobasys, büyük otomotiv NiMH piller için patent ihlalini yarattı