Устройство и принципы работы никель-металлгидридного аккумулятора

Устройство и принципы работы никель-металлгидридного аккумулятора

Аккумулятор никель-металлгидридный (Ni-MH) является одним из видов химических источников тока. Путь к созданию NiMH-аккумуляторов начался в семидесятых, когда ученые решили преодолеть ограничения никель-кадмиевых источников тока. Металлогидридные материалы тех времен были далеки от стабильности, и нужные свойства не достигались. Разработка NiMH-моделей зашла в тупик. Но в восьмидесятых были найдены новые, стабильные металло-гидридные составы, и с тех пор NiMH-технологии стали стремительно развиваться, стремясь увеличить плотность хранимой энергии. Создатели таких аккумуляторов верили в огромный потенциал этой технологии и в возможность еще большей плотности энергии в будущем.

Принцип работы Ni-MH аккумулятора

Принцип работы никель-металлгидридного аккумулятора основан на двух реакциях: окислительно-восстановительной и реакции гидратации-дегидратации. Окислительно-восстановительная реакция происходит между активным материалом положительного электрода (никелем) и отрицательного электрода (металлогидрид). В процессе этого взаимодействия образуются металлические ионы никеля, которые проникают в структуру активного материала отрицательного электрода, восстанавливая его.

Реакция гидратации-дегидратации происходит между металлгидридным материалом и электролитом аккумулятора. В процессе зарядки аккумулятора металлгидрид поглощает водород из электролита, превращаясь в гидрид. При разрядке аккумулятора происходит обратная реакция: гидрид отдает водород электролиту, превращаясь обратно в металлогидрид.

Устройство никель-металлгидридного аккумулятора состоит из нескольких основных компонентов:

1.     Положительные и отрицательные электроды - они представляют собой активные материалы, на которых происходят окислительно-восстановительные реакции. В качестве положительного материала обычно используется оксид никеля (NiO) или смешанный оксид никеля и марганца (NiMnO), а в качестве отрицательного - металлгидридные материалы.

2.     Электролит — это раствор, который обеспечивает протекание реакции гидратации-дегидратации между металлгидридом и активным материалом отрицательного электрода. Обычно электролит представляет собой смесь гидроксидов калия и натрия в воде.

3.     Корпус аккумулятора - он изготавливается из прочного пластика или металла и обеспечивает защиту аккумулятора от внешних воздействий.

    Работа никель-металлгидридного аккумулятора заключается в следующем:

При зарядке аккумулятора на его электроды подается напряжение, которое вызывает протекание окислительно-восстановительных реакций и реакции гидратации-дегидратации. В результате этого процесса металлгидридный материал на отрицательном электроде поглощает водород, образуя гидрид, а на положительном электроде происходит образование металлических ионов никеля. При разрядке аккумулятора металлические ионы никеля переходят из активного материала положительного электрода в активный материал отрицательного электрода, где они взаимодействуют с гидридом, образуя металлогидрид и высвобождая водород. Водород затем выделяется из аккумулятора, а металлгидрид восстанавливается до исходного состояния.

Таким образом, работа никель-металлгидридного аккумулятора основана на взаимодействии активных материалов электродов и гидрида металлгидрида с электролитом. Использование данного типа аккумуляторов позволяет получить более высокую энергетическую плотность и меньшую токсичность по сравнению с другими типами аккумуляторов.