ニッケル水素電池について
ニッケル水素電池(NiMH)は、正極にニッケル水酸化物、負極に水素を吸収する合金(金属ハイドライド)を用いた充電式の電池です。ニッケルカドミウム(NiCd)電池と比較して、NiMH電池は40%高い比エネルギーを提供し、約2倍の容量を持ちます。アルカリ電池と比べて、NiMH電池の内部抵抗はずっと低く、高負荷時にも高い電圧を維持できるという利点があります。放電時の全体的な反応は次のように表されます。
NiO(OH) + MH
→
Ni(OH)
2
+
M
NiO(OH) + MH→Ni(OH)
2
+M
1989年に商業的に導入されたNiMH電池は、主にポータブルパーソナルコンピュータの電源として使用されていました。その後、NiMH電池システムは電気ハイブリッド車両で非常に人気があり、充電式電池市場全体の10%を占めるようになりました。NiMH電池は、有害なカドミウムを含まないという主な利点に加え、電圧低下の影響を受けにくいです。NiMH電池のメモリ効果は、ニッケル・カドミウム電池よりもはるかに少ないです。
NiMH電池の化学
NiMH電池の典型的なセルは、次のものを含みます。
カソード(正極): ニッケル(III)酸化物-水酸化物
アノード(負極): 金属ハイドライド(水素吸収合金)
分離膜
電解質: アルカリ電解液(水酸化カリウム)
負極の金属Mは、Ni/MH電池において水素と強い親和性を持つ金属元素A(ランタン、セリウム、ネオジム、プラセオジムなどの希土類元素)と水素との親和性が弱い金属元素B(ニッケル、コバルト、マンガン、アルミニウムなどの遷移金属)から成る金属間化合物です。現在、AB5型金属間化合物は最も汎用性が高く商業的に重要な可逆水素化合金の家族です。
NiMH電池の利点と欠点
利点:
充電式であるため、繰り返し使用可能で環境に優しい。
高いCレートで、高出力アプリケーションに適している。
リチウムベースの電池システムよりも安価。
欠点:
初期コストが高い。
自己放電が大きい。
浅いサイクルには不向きで、リチウムベースの電池システムに比べて比エネルギーと比出力が低い。
NiMH電池の特性
NiMH電池の特性を理解するためには、各種パラメーターを参照することが重要です。これらのパラメーターは、特定の品質が求められる際に電池が必要とされるすべてのタイプのデバイスや目的に使用されます。
セル電圧: NiMH電池(例えばAAAやAA)の一般的な開放回路電圧は1.2Vです。
カットオフ電圧: 電池の「空」状態を一般に定義する最小許容電圧です。
容量: NiMH AA電池は、1.2ボルトの公称電圧と平均容量2000-2700mAhを特徴としています。
Cレート: 電池がその最大容量に対してどれだけ早く放電または充電されるかを表すために使用されます。
自己放電: 電池は、負荷がかからなくても、時間とともに徐々に自己放電します。
劣化: 充電-放電サイクルごとに、充電式電池はある程度の劣化を経験します。
なぜアルカリ電池(AAAまたはAA)は1.5Vで、充電式は1.2Vなのか?
アルカリ電池と充電式電池は異なる化学を使用しており、それぞれ異なる開放回路電圧を有しています。アルカリ電池は使用開始時に1.5Vの電圧を持ち、使用に伴い電圧が低下します。一方、NiMhやNiCdなどの充電式電池は1.2Vの開放回路電圧を持ちます。これは、それぞれの化学的な特性によるものです。