Acumulatori NICHEL

5/26/2018 Acumulatori NICHEL

1/7

Acumulatori NICHEL-METAL HYDRIDE (NiMH) pentru aparatele fotografice

Introducere

Camerele fotografice digitale din zilele noastre sunt produse electronice, dotate cu blitz, procesoareputernice, memorii de stocare, motoare electrice care actioneaza mecanismul de punere la punct, zoom-ul

sau diafragma, un ecran cu LCD pentru a vedea subiectul sau fotografia captata etc., toate consumatoarede energie. Utilizarea intensiva a acestor componente epuizeaza rapid bateriile de tip Volta, chiar si pe cele"heavy dutty". De o perioada de timp au fost introduse in eploatare baterii de acumulatori care furnizeazaun ampera! mai mare si au marele avanta! al reincarcarii. Desi investitia initiala in baterii si in incarcator estemai mare, pe termen lung, acestea isi dovedesc rentabilitatea. ana in urma cu circa un deceniu, bateriilecu #iCd tronau suverane in oferta de acumulatori, dar in ultimii ani au ap$rut si s-au etins cu repeziciunenoile baterii cu #ichel-%etal-&idrid '#i%&(.

)n cele ce urmeaza ma voi ocupa in principal de cele mai moderne si larg raspandite pe piata baterii deacumulatori* cele cu #i%&, in formatul ++. le utilizeaza acelasi principiu ca cele cu #iCd, dar inlocuiescelectrodul negativ de nichel-cadmiu - responsabil de absorbtia hidrogenului - cu un alia! 'aloy( nichel-metal

+cestea au trei avanta!e ma!ore*- capacitate de stocare a energiei sporita cu peste / comparativ cu cele cu nichel-cadmiu

- eliminarea pericolului pentru mediu reprezentat de toicitatea cadmiului- compatibilitatea perfecta ca forma si utilizare cu mai vechile baterii de tip #iCd.

Comparatie intre ateriile di!poniile pentru aparatele digitale

Caracteristica #i%& #iCd Litiu

0ensiune medie1,23 v 1,23 V 1,3 V

Capacitateinmagazinata

ana la 2 m+& ana la 1 m+h 4 2 m+h

rofilul descarcarii +proape plat +proape plat +proape plat

Comportament ladescarcare in curentmare

5oarte bine 5oarte bine 5oarte bine

Curent la temperaturaridicata

5oarte bun 5oarte bun celent

Curent la temperaturascazuta '6 grade C(

%ult redus %ult redus5oarte bun, pana la 71 grade C

8ncarcarea)ncarcare rapida cucontrolul supraincarcarii pecale electronica

)ncarcare fara necesitateacontolului supraincarcarii

indisponibil

+utodescarcare 1 7 2 / zilnic 1 7 2 / zilnic#egli!abil 'durataestimata de viata*cinci - zece ani(


2/7

Durata de viata 3 7 1 cicluri 3 7 1 cicluri 1 'unu(

Compatibilitatemecanica

chivalente chivalente chivalente

cologie 5ara probleme#ecesita prelucrarispeciale impuse detoicitatea cadmiului

5ara probleme

Cost pe 1cicluri9element

U:D 2 U:D 1 U:D

Electroc"imie

rincipiul de functionare se bazeaza pe capacitatea unor alia!e metalice de a capta 'formand hidrizi( sielibera hidrogen. entru ca procesele sa se desfasoare la temperatura mediului ambiant, cele mai adecvatealia!e au fost identificate cele cu nichel si "pamanturi rare" 'lantan, zirconiu(.

La incarcare, in bateriile #i%& se produc urm$toarele reactii*1. la polul negativ, prin aplicarea unui potential electric, apa este descompusa*

+loy ; &2 < +L=>'&( ; =&;

2. la polul pozitiv, se produce oidarea hidroidului de nichel*

#i'=&(2 ; =&; < #i==& ; &2= ; e-

La descarcare 'in eploatare( procesele se desfasoarain sens invers, reactiile fiind reversibile.?aportul dintre electrozii pozitiv si negativ este a!ustat in asa fel incat sa prote!eze bateria* lasupraincarcare, electrodul pozitiv va fi primul saturat@ in acest moment incepe electroliza apei si se dega!aoigen care difuzeazasi este fiat la nivelul electrodului negativ. lectrolitul din baterie este o solutie de

hidroid de potasiu. ?ealizarea mecanica a bateriei este aproape identica cu cea a uneia #iCd. Cutiaeterioara este metalica si serveste drept pol negativ, iar electrodul aial este polul pozitiv. La una dinetremit$ti - pe unde patrunde afara electrodul pozitiv se afla o rondela izolatoare fiata, de unii producatori,printr-o garnitura-ventil de siguranta, care se deschide in cazul in care hidrogenul sau oigenul suntgenerate in cantitate prea mare 'supraincarcare marcata(.

#rofilul de de!c$rcare

rincipalul parametru la acumulatori este timpul de descarcare 'functionare( la un anumit curent drenat deconsumator. valuarea curenta a bateriilor este prescurtata "C" 'capacity( si este rezultatul masurariidescarcarii unei baterii noi dar bine "conditionata", proasp$t si complet incarcate. entru bateriile #i%&, Creprezinta curentul 'in m+( pentru un timp de desc$rcare standard este de 3 ore, adic$ ,2 C. Uniiproduc$tori folosesc curentul minim, iar altii curentul mediu@ diferentele rezultate in determinarea C sunt decirca 1/


3/7

= baterie proaspat incarcata furnizeaza la borne, la 2AC, o tensiune de 1, volti. )n sarcina tipica de ,2 C -

de e m+ pentru una de 2 m+h - se produce rapid o scadere a tensiunii la 1,23 V si apoi tensiuneascade incet 'la 1,2 V pentru 3/ C( pana la B3 / C, dupa care urmeazao scadere rapida a tensiunii laborne. ista referenti care sustin ca si bateriile au "memorie", adica au o curba de descarcare intrucatvainfluentata de precedentele cicluri de incarcare si descarcare. perimente de laborator au arata o scaderede pana la 13 mV a tensiunii la borne si au emis teoria ca aceasta este influentata de cadmiu. 8nlocuireacadmiului in celulele cu #i%& au inl$turat aceasta problema.

0emperatura din mediul ambiant influenteazasemnificativ capacitatea de descarcare a celulelor cu #i%&@astfel, intre 1 si AC, bateria furnizeazapeste 3/ din capacitate@ in schimb, la AC capacitatea scade laB/ si a!unge doarala 2/ la - 1AC@ vestea buna este ca, readuse la temperaturi pozitive, bateriile isirecapata complet capacitatea la care au fost incarcate. +cest fapt se eplica prin scaderea vitezei de reactiela temperaturi !oase.

:pre deosebire de elementele galvanice, bateriile #i%& pot furniza tensiuni nominale chiar si la descarcariin circuite mari consumatoare de curent@ capacitatea actuala se mentine peste B3/ pana la C, adica


4/7

peste 1,3 V la E + pentru elemente de 13 m+h.

Continuarea pastrarii in sarcina dupa descarcare completa a componentei pozitive, produce o inversare apolaritatii, prin descarcarea componentei negative 'prevazuta de producator cu o capacitate mult mai mare(.)n continuare, se produce inversarea polaritatii si la electrodul negativ, cu inversarea tensiunii furnizate deelement, producerea abundenta de hidrogen, degradarea ireversibila a electrozilor si cresterea substantialaa presiunii din celula@ presiunea ridicata deschide valva de etansare si se elimina astfel pericolul eploziei.Data fiind capacitatea electrodului negativ de a capta cantit$ti foarte mari de hidrogen, bateriile cu #i%&sunt mai "rezistente" la supradescarcare decat cele cu #iCd.

entru ma!oritatea consumatorilor care utilizeazaelemente cu #i%&, cel mai bun indicator al opririi

descarcarii este atingerea la borne a tensiunii de , V care corespunde la o descarcare de F3/@ pentruconsumatorii care solicita peste 1 C, atingerea tensiunii de , V la borne se produce prematur, astfel incatin baterie ramane o cantitate mare de energie restanta, cu atat mai mare cu cat se solicita multiplii de C.5olosirea tensiunii de , V este dictata de prevenirea degradarii ireversibile a bateriilor #i%&. ste posibilca unii consumatori sa-si inceteze functionarea cu mult inainte de aceasta valoareG

%a!oritatea consumatorilor necesita insa baterii de celule, pentru atinge tensiunea necesara buneifunctionari. Utilizarea criteriului - =, V numarul de celule - ca semnal al opririi descarcarii poate duce lainversarea polaritatii si potentiala distrugere a celui mai slab element din baterie. De aceea producatoriirecomanda pentru baterii de elemente folosirea formulei*

0=D< H'03/-13mV('n-1(I-2mV

Unde* 0=D < tensiunea de oprire a descarcarii

03/ < tensiunea la 3/ descarcare in circuitul respectivn < numarul de elemente din baterie

%ncarcarea celulelor NiMH

8ncarcarea corecta a bateriilor cu #i%& este esentiala pentru conservarea caracteristicilor si o utilizareindelungata. 8ncarcarea trebuie facuta cat mai rapid, complet, dar evitand pe cat posibil supraincarcarea. )ngeneral, elementele #i%& sunt mai sensibile la supraincarcare decat cele #iCd, asa incat utilizarea unuiincarcator ieftin si mai vechi, poate produce pe termen lung, cheltuieli mai mari decat pretul unui incarcator


5/7

"inteligent".

Un incarcator pentru bateriile #i%& ar trebui, in mod ideal sa indeplineasca urmatoarele conditii*1. sa incarce bateriile in trei faze 'vezi mai !os(2. sa foloseasc$ mai multe metode de determinare a supraincarcarii 'al temperaturii si al tensiunii(

J. sa dispuna de un sistem de oprire generala care sa anuleze curentul in aparat in caz de incalzireecesiva - de regula AC.

E&enimente legate de incarcare

Desi comportamentul la descarcare este similar cu elementele cu #iCd, celulele #i%& au un profil deincarcare foarte diferit, determinat de specificul electrochimic diferit al celor doua tipuri de baterii. Dacacelulele #iCd se incarc$ endotermic, celulele #i%& dega!a c$ldura la incarcare. ista de asemenea,diferente legate de presiunea din celule ca si de curba tensiunii la borne.

La atingerea capacitatii complete la incarcare 'C < 1/(, tensiunea la borne creste rapid si apoi scadelent, temperatura din element creste treptat iar presiunea creste rapid. La C41/ productia de hidrogendepaseste capacitatea de captare si inmagazinare a electrodului negativ@ de asemenea, o mare parte dincurentul care intra in celula este transformat in caldura. Continuarea incarcarii determina deschiderea

ventilului de siguranta sau - daca acesta nu functioneaza- la distrugerea iremediabila a elementului. e dealta parte, capacitatea de incarcare se reduce semnificativ si proportional cu cresterea temperaturii dinmediu, astfel incat incarcarea in conditii de temperatura ridicata reprezint$ o problema.

Curentul de incarcare se evalueazaraportat la capacitatea bateriei si cel mai sigur este la 6 C91, dar timpulnecesar pentru incarcare devine intolerabil. +u fost proiectate incarcatoare rapide, care furnizeazacurentchiar la capacitate si care permit incarcarea intr-o oraG La incarcatoarele rapide insa, controlulsupraincarcarii este etrem de important, avand in vedere cele epuse mai sus.

Controlul supraincarcarii prin determinarea temperaturii pare a fi cea mai buna metoda, in acest moment.

8ncarcatoarele moderne monitorizeazaatat temperatura cat si tensiunea. La acestea, incarcarea se face intrei etape*a( in prima etapa se furnizeazacurent la 1 C, asigurand incarcarea a circa / C, dup$ careb( in a doua etapa curentul scade la ,1 C, pentru a inc$rca intreaga capacitate a baterieic( in a treia etapa se asigura un curent de ,23 C, suficient pentru a compensa autodesc$rcarea.

8ncarcatoarele mai ieftine incarca celulele in doua etape*a( incarcarea subunitara relativ la C - cel mai sigur ,1 C dupa cum am mentionat, dar cu o durata de 1B -2 ore 'overnight charger(, moment in care un timer reduce curentul@


6/7

b( intretinerea incarcarii cu un curent de C9.

8ncarcatoarele in trei trepte sunt mai scumpe, deoarece includ sisteme electronice mai complee, darprote!eazacelulele la supraincarcare, astfel ca pe termen lung, sunt mai economice.0emperatura din mediul ambiant in timpul incarcarii influenteaza semnificativ strategia de incarcare.

Curentul de incarcare trebuie redus sub ,1 C data temperatura din mediu scade sub 1AC si nu serecomanda incarcarea in medii sub AC, deoarece, in acest fel sunt anulate unele mecanisme de protectiela supraincarcare. :imilar, peste 3AC.

#$!trarea ateriilor NiMH

0oate celulele de acumulatori se autodescarca, datorita unor scurgeri parazite de curent in interior. 8ntrucatreactiile electrochimice sunt dependente de temperatura, modificari relativ mici ale temperaturii din mediuinduce modificari importante in curba de descarcare. )n general, o crestere cu 1A a temperaturii de mediu,dubleazarata autodescarcarii. La EAC bateria se autodescarca complet in 1 zile, in timp ce la 23AC chiar sidup$ J zile mai pastreaza peste 3/ din capacitate.

Recomand$ri de depo'itare

- stocati bateriile incarcate la cea mai redusa temperatura posibila 'in frigider(@- etrageti bateriile din l$casul consumatorului si depozitati-le separat@ multi consumatori - chiar opriti -utilizeazaun curent slab, de cativa miliamperi, pentru mentinerea informatiilor din unele componente dememorie@ pentru perioade lungi de timp - luni de zile - se dep$seste pragul admisibil pentru descarcare,

bateria isi inverseazapolaritatea, apar scurgeri de electrolit si se corodeazaatat celulele cat si aparatulconsumatorG- depozitati intr-un loc curat si uscat@- pentru a preveni autodescarcarea inutila utilizati principiul 5)5= 'first-in-first-aut( daca aveti mai multeseturi de acumulatori.Celulele depozitate si repuse in utilizare isi dobandesc capacitatea nominala dup$ prima reincarcare.Celulele depozitate necorespunzator - perioade lungi de timp sau la temperaturi ridicate, au nevoie de maimulte cicluri de incarcare-descarcare pentru a-si recapata capacitatea nominala.


7/7

Durata de &iata

)n acest moment, celulele cu #i%& au o durata de viata 'cicluri de incarcare-descarcare( similara cu cele cu#iCd, adica de 3 - 1 cicluri, in conditiile unei intretineri corecte. Celulele de degradeazatreptat, prinoidarea electrodului negativ - care induce o scadere a tensiunii la borne, si oidarea electrodului pozitiv -

care induce o reducere a capacitatii. ?educerea capacitatii impune reincarcarea precoce@ reducereatensiunii la borne insa poate impiedica functionarea consumatorului.

entru a avea o durata maima de viata, utilizatorul trebuie sa controleze incarcarea in ceea ce priveste*timpul si ritmul si sa evite supraincarcarea. Un mic grad de supraincarcare este util deoarece asiguraincarcarea completa a bateriei dar mentinerea incarcarii la un curent mare pentru perioade lungi de timpreduc durata de eploatare a celulei.

8ntrucat temperatura ridicata accelereazatoate reactiile chimice, epunerea celulelor #i%& la temperaturiinalte accelereazasi procesul de imbatranire. 8ncarcarea in chargere de calitate modesta determinacresterea peste limitele acceptate ale temperaturii bateriilor si scurteazaciclul de viata.

:upradescarcarea - impre!urare in care una dintre celulele bateriei isi inverseazapolaritatea - repetata demai multe ori scurteazain mod cert durata de viata. De asemenea, mentinerea in consumatori pe perioade

lungi poate duce la supradescarcare si la scurgeri de electrolit.

Ma!uri generale de protectie

)n general bateriile #i%& se comporta foarte bine in eploatare, sunt rezistente la socuri de intensitate mica,si au o durata lunga de viata. 0otusi in timpul manipularii trebuie respectate o serie de conditii*- incarcarea este un proces eotermic si trebuie facuta in locuri racoroase@ in timpul incarcarii pot aparescapari de gaze 'hidrogen( foarte inflamabile si trebuie asigurata ventilatia@- la scurtcicuitarea terminalelor, datorita curentului mare debitat, se pot produce scantei care pot aprindegazele inflamabile sau pot produce arsuri electrice@- electrolitul poate produce arsuri chimice@- bateriile sunt livrate de producator in stare complet descarcata, pentru a preveni aceste accidente@ inaintede utilizare trebuie incarcate@ este nevoie de cateva cicluri 'J - 3( de incarcare - descarcare pentru a atingemaimum de performanta@

- nu depozitati bateriile in conditii de temperatura si umezeala ridicata@- evitati manipularea ecesiva a celulelor incarcate@- pentru a diminua autodescarcarea, pastrati bateriile incarcate in frigider.

lementele uzate, care se scot din folosinta*- se vor descarca complet- nu se incinereaza, nu se demonteazasi nici nu se inteapa- se recomanda trimiterea la un serviciu specializat.

Acumulatori NICHEL

Documents

Transcript of Acumulatori NICHEL