Никель-металлогидридный аккумулятор (Ni-MH): плюсы и недостатки

Никель-металлогидридный аккумулятор (Ni-MH) – перезаряжаемая батарея, использующаяся для обеспечения электрической энергией различной электронной техники. Такие аккумуляторные батареи получили наибольшее распространение в быту, применяются для питания таких устройств как: фонарики, пульты ДУ, рации, GPS навигаторы, часы, фото- и видеокамеры, портативные медиапроигрыватели, измерительные приборы, детские игрушки и т. д.

Также используются для обеспечения питанием военных радио-коммуникационных систем, переносных терминалов, медицинского оборудования и гибридных автомобилей. Массово производятся с 80-х годов XX века. Но, как и другие виды батарей, имеют свои преимущества и недостатки, которые следует учитывать при выборе.

Особенности и характеристики

Ni-MH или NiMH аккумулятор состоит из следующих компонентов:

1. Металлический изолированный корпус.
2. Анод (плюс) – водородный металлогидридный электрод, чаще всего гидрид никель-литий или никель-лантан.
3. Катод (минус) – оксид никеля.
4. Электролит – гидроксид калия.

В зависимости от формы, размеров и выходных параметров тока, никель-металлогидридные АКБ можно классифицировать на такие основные виды:

• «Пальчиковые» (АА). Напряжение – 1,2 В, ёмкость – 1200-3000 мА·ч.
• «Мизинчиковые» (AAA). Напряжение – 1,2 В, ёмкость – 700-1000 мА·ч.
• «Крона» (C). Напряжение – 9 В, ёмкость – 4200-6500 мА·ч.
• «Бочка» (D). Напряжение – 1,2 В, ёмкость – свыше 8500 мА·ч.

Для узкоспециализированных технических устройств могут производиться и АКБ с другими параметрами. Ni-MH аккумуляторы обладают такими техническими характеристиками:

• Энергетическая плотность – 60-120 Вт·ч/кг.
• Внутреннее сопротивление при напряжении 6 В – 200-300 мОм.
• Количество циклов заряд-разряд при условии зарядки примерно до 80% – около 500.
• Длительность зарядки до полной ёмкости – 2-4 часа.
• Номинальное напряжение – 1,25 В.
• Саморазряд при комнатной температуре – около 30% в месяц. У современных моделей с низким саморазрядом (LSD) параметр составляет около 20% в год.
• Допустимый ток нагрузки – 0,5-5C, где C – номинальная ёмкость элемента питания.
• Допустимый температурный режим эксплуатации – от -20°С до +60°С.
• Срок службы – 1-5 лет, в зависимости от производителя и режима эксплуатации. На практике качественные аккумуляторы могут работать и гораздо дольше.

Такие аккумуляторы имеют сравнительно высокое внутреннее сопротивление, вследствие чего снижается эффективность компонентов. Для снижения сопротивления и продления срока службы нужно соблюдать правило циклования, согласно которому перед зарядкой элемент необходимо полностью разрядить. Но, нельзя допускать глубокого разряда, в таком случае зарядное устройство не всегда может определить АКБ. Поэтому рекомендуется разряжать примерно до 3%.

Кроме того, каждые несколько месяцев необходимо полностью разряжать и заряжать аккумулятор, чтобы устранить «эффект памяти». Последний состоит в том, что из-за неполной разрядки и последующей зарядки постепенно снижается ёмкость. «Тренировка» путём полного разряда и заряда позволяет восстановить характеристики.

Преимущества Ni-MH аккумуляторов

К основным достоинствам никель-металлогидридных АКБ можно отнести:

• Могут работать при относительно низких температурах. Выдерживают холод до -20°С. Многие другие виды элементов питания теряют ёмкость или вовсе перестают работать и в более тёплых условиях.
• Сравнительно высокая ёмкость. Зависит от размеров и форм-фактора. К примеру, «пальчиковые» АКБ могут иметь ёмкость до 3000 мА·ч. Некоторые производители предлагают и более ёмкие модели.
• Относительно быстрая зарядка. В зависимости от ёмкости в среднем длительность зарядки составляет 2-4 часа.
• Стабильный ток. В процессе работы отсутствуют скачки напряжения.
• Доступная стоимость. Такие элементы питания считаются одними из самых недорогих, поэтому получили широкое распространение в быту.
• Длительный срок службы. При правильной эксплуатации и хранении служат порядка 5 лет и даже более. Срок службы может значительно варьироваться в зависимости от качества изготовления, поэтому рекомендуется покупать изделия известных производителей.
• Меньшее содержание вредных веществ в сравнении с другими типами аккумуляторов, включая свинцовые и литиевые. Это обеспечивает простоту утилизации.
• Менее выраженный «эффект памяти». Данная особенность присутствует, но оказывает гораздо меньшее влияние в отличие от ближайшего аналога – никель-кадмиевых аккумуляторов (Ni-Cd). Допустимы подзарядки без полного разряда. Но, всё же периодически требуется полный разряд-заряд. Производители рекомендуют производить полные циклы разряд-заряд примерно раз в 3 месяца.
• Подходят для широкого спектра электронных приборов. Любое устройство, рассчитанное на питание от обычных солевых и щелочных батареек, будет работать и от Ni-MH аккумуляторов.

Недостатки никель-металлогидридных аккумуляторов

Несмотря на большое количество положительных характеристик, такие элементы питания обладают и некоторыми минусами:

• Высокий уровень саморазряда. Обычные Ni-MH батареи при хранении теряют порядка 30% заряда в месяц. Но, сейчас выпускаются преимущественно LSD модели (с низким саморазрядом), которые за год теряют всего порядка 20% заряда.
• Постепенное снижение ёмкости. Спустя примерно 300 циклов заряд-разряд ёмкость падает примерно на 20%.
• Плохо переносят повышенные температуры. Несмотря на то, что производители допускают возможность эксплуатации при температуре до +60°С, характеристики могут ухудшаться уже при температуре выше +25°С.
• Ухудшение рабочих характеристик вследствие перезаряда. Поэтому следует своевременно останавливать зарядку или использовать «умные» зарядные устройства, самостоятельно определяющие полный заряд.
• Не рекомендуется заряжать высокими токами, это приводит к снижению ёмкости. Рекомендуется заряжать током 0,2-0,5C. Из-за этого увеличивается время зарядки.
• Несмотря на слабовыраженный эффект памяти, периодически необходимо выполнять полные циклы разряд-заряд.

Выводы и советы

Ni-MH аккумулятор является оптимальным источником питания для всевозможной портативной электроники. Производители многих устройств рекомендуют использовать именно такие элементы питания. Такие АКБ недорогие, поэтому гораздо экономичнее единожды приобрести хорошие аккумуляторы, нежели регулярно менять обычные батарейки. При этом важно правильно использовать и хранить такие аккумуляторы.

Перезаряд и перегрев могут привести к снижению характеристик. Хранить батареи следует в прохладном месте, заряженными на 40-60%. К таким АКБ желательно сразу приобрести хорошее зарядное устройство с функциями восстановления ёмкости и определения уровня заряда. При правильной эксплуатации такие аккумуляторы прослужат как минимум несколько лет, даже если используются интенсивно.