1. Основные принципы и структура

Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторы

Принцип: Преобразует химическую энергию в электрическую посредством химической реакции. Во время разряда кадмий (Cd) на отрицательном электроде окисляется до ионов кадмия (Cd²⁺), в то время как гидроксид никеля (Ni(OH)₂) на положительном электроде восстанавливается до гидроксида никеля (NiOOH).

Структура: Состоит из анодной пластины (кадмий), катодной пластины (гидроксид никеля) и электролита (обычно раствор гидроксида калия), все заключено в металлический корпус. Никель-металл-гидридный аккумулятор

Принцип: Аналогичен никель-кадмиевым аккумуляторам, но материалом отрицательного электрода является сплав для хранения водорода, который обратимо поглощает и выделяет водород.

Конструкция: Также включает в себя анод (сплав для хранения водорода), катод (гидроксид никеля) и электролит (раствор гидроксида калия), но общая конструкция более компактна и имеет более высокую плотность энергии.

Литий-ионный аккумулятор

Принцип: Основан на перемещении ионов лития между положительным и отрицательным электродами для хранения и высвобождения энергии. Во время зарядки ионы лития перемещаются от положительного электрода к отрицательному; во время разрядки движение обратное.

Конструкция: Обычно состоит из положительного электрода (например, оксид кобальта лития или фосфат железа лития), отрицательного электрода (графит или другие углеродные материалы), электролита (соль лития в органическом растворителе) и сепаратора.

2. Характеристики производительности

Плотность энергии

Никель-металл-гидридные аккумуляторы: Относительно низкая плотность энергии, но тяжелые, что делает их непригодными для применений, требующих высокой плотности энергии.

Ni-металл-гидридные аккумуляторы: Более высокая плотность энергии, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, но все еще ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов.
Литий-ионные аккумуляторы: Обеспечивают самую высокую плотность энергии, обеспечивая длительное питание при снижении веса устройства. Эффект памяти

Никель-кадмиевые аккумуляторы: Они проявляют значительный эффект памяти, что означает, что зарядка до полного разряда может привести к постепенному снижению их емкости.

Никель-металл-гидридные аккумуляторы: Эффект памяти менее выражен, но следует по-прежнему избегать частой частичной зарядки и разрядки.

Литий-ионные аккумуляторы: Они практически не проявляют эффекта памяти и могут заряжаться и разряжаться в любое время, не влияя на их емкость.

Скорость саморазряда

Никель-кадмиевые аккумуляторы: Они имеют высокую скорость саморазряда и требуют регулярной зарядки, когда не используются в течение длительных периодов, чтобы предотвратить истощение.

Никель-металл-гидридные аккумуляторы: Они имеют более низкую скорость саморазряда и превосходят никель-кадмиевые аккумуляторы.

Литий-ионные аккумуляторы: Они имеют самую низкую скорость саморазряда и могут сохранять высокий заряд даже после длительного хранения.

Безопасность

Никель-кадмиевые аккумуляторы: Они могут выделять токсичные газы при высоких температурах или условиях короткого замыкания, и они представляют риск перегрева.

Никель-металл-гидридные аккумуляторы: Они относительно безопаснее, но следует по-прежнему соблюдать осторожность, чтобы предотвратить перезарядку и короткое замыкание.

Литий-ионные аккумуляторы: Хотя технологические достижения повысили их безопасность, тепловой разгон и даже взрыв все еще могут произойти в экстремальных условиях, поэтому необходимо соблюдать строгие процедуры использования и обслуживания.

Срок службы

Никель-кадмиевые аккумуляторы: Они обычно выдерживают сотни циклов зарядки и разрядки. Никель-металл-гидридные аккумуляторы: Более длительный срок службы, обычно достигающий тысяч циклов.

Литий-ионные аккумуляторы: Самый длительный срок службы, с высококачественными продуктами, способными выдержать тысячи или даже десятки тысяч циклов зарядки и разрядки.

Экологичность

Никель-кадмиевые аккумуляторы: Содержат тяжелый металл кадмий, который вреден для окружающей среды и требует специальной обработки и переработки.

Ni-металл-гидридные аккумуляторы: Не содержат тяжелых металлов, они относительно более экологичны, но по-прежнему требуется надлежащая утилизация использованных аккумуляторов.

Литий-ионные аккумуляторы: Хотя не содержат тяжелых металлов, неправильное обращение может привести к утечке электролита и загрязнению окружающей среды, и, следовательно, требует профессиональной переработки.

3. Применение

Ni-Cd аккумуляторы: Благодаря низкой стоимости и отличной ударопрочности, они когда-то широко использовались в электроинструментах, игрушках и других областях. Однако с технологическим прогрессом они постепенно заменяются другими типами аккумуляторов.

Ni-металл-гидридные аккумуляторы: Подходят для таких устройств, как цифровые камеры, портативные аудиосистемы и фонарики, они пользуются спросом благодаря высокой плотности энергии и низкой скорости саморазряда. Они также широко используются во вспомогательных системах питания для гибридных и электрических транспортных средств.

Литий-ионные аккумуляторы: Широко используются в смартфонах, планшетах, ноутбуках, дронах, электромобилях и других областях. Благодаря высокой плотности энергии, длительному сроку службы и низкой скорости саморазряда, они стали предпочтительным энергетическим решением для современных электронных устройств и транспортных средств.