니켈수소 배터리 | NiMH 배터리 | 설명 및 응용

니켈 금속 수소화물 배터리 (NiMH)의 개요

니켈 금속 수소화물 배터리, 즉 NiMH 배터리는 양극이 니켈 수산화물, 음극이 수소를 흡수하는 합금(금속 수소화물)으로 구성된 충전식 배터리입니다. NiCd(니켈-카드뮴) 배터리에 비해 약 40% 높은 비에너지를 제공하며, 이는 대략 두 배 더 높은 용량을 의미합니다. 알칼라인 배터리에 비해 NiMH 배터리의 내부 저항은 훨씬 낮습니다. 이로 인해 높은 부하 하에서도 더 높은 전압을 유지할 수 있는 장점이 있습니다.

NiMH 배터리의 화학 반응

방전 중의 전체 반응은 다음과 같습니다: NiO(OH) + MH → Ni(OH)2 + M. NiMH 배터리는 1989년에 상업적으로 출시되었으며, 주로 휴대용 개인 컴퓨터의 전원원으로 사용되었습니다. 이후 NiMH 배터리 시스템은 전기 하이브리드 차량에서 매우 인기를 끌었으며, 충전식 배터리 시장의 10%를 차지하게 되었습니다.

NiMH 배터리의 장단점

NiMH 배터리는 NiCd 배터리보다 메모리 효과가 훨씬 적으며, 독성 카드뮴이 없는 주요한 장점이 있습니다. 비교적 높은 특정 에너지(최대 100Wh/kg)와 에너지 밀도(납축전지의 두 배 및 니켈-카드뮴보다 40% 더 많음), 높은 사이클 수명, 저렴한 비용, 재활용 가능성(카드뮴은 유해함) 등 다양한 품질로 인해 가장 많이 사용되는 배터리 중 하나이며 여전히 가장 많이 사용됩니다. 그러나 납산 배터리에 비해 kWh당 더 비싸다는 단점이 있습니다.

NiMH 배터리는 전기 전류를 적용하여 방전/사용 중에 발생하는 화학 반응을 역전시켜 충전됩니다. 이를 위한 장치는 충전기라고 합니다. NiMH 배터리의 충전 시스템과 제어 회로의 전자 장치는 단순하고 비용이 저렴하며, 배터리는 안전하게 간주됩니다.

NiMH 배터리의 화학 구조

NiMH 전지의 전형적인 구성은 다음과 같습니다:

양극: 니켈(III) 산화물-수산화물 양극판
음극: 수소를 흡수하는 금속 수소화물
분리자
전해질: 알칼리성 전해질(수산화 칼륨)
음극의 금속 M은 금속간 화합물입니다. 이 응용을 위해 개발된 여러 화합물 중 AB5 계열의 금속간 화합물이 가장 다재다능하고 상업적으로 중요합니다. 최적의 합금 구성은 다음과 같습니다: MmNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75, 여기서 Mm은 희토류 원소의 합금인 미쉬메탈입니다.

배터리의 장점과 단점

장점:

재충전 후 재사용 가능
환경 친화적
높은 C-rate
높은 전력 출력 능력
단점:

초기 비용이 높음
자체 방전
니켈-카드뮴 배터리보다 낮은 특정 에너지 및 특정 전력

배터리의 주요 특성

셀 전압: NiMH 배터리의 일반적인 개방 회로 전압은 1.2V입니다.
컷오프 전압: 최소 허용 전압으로, 배터리가 “비어 있는” 상태를 일반적으로 정의합니다.
용량: 배터리가 특정 방전 전류에서 100% SOC에서 컷오프 전압까지 방전될 때 사용할 수 있는 전체 암페어-시간입니다.
C-rate: 배터리가 최대 용량에 대해 얼마나 빨리 방전되거나 충전되는지를 나타냅니다.
자체 방전: 배터리는 연결되지 않고 전류를 제공하지 않아도 점차 자체 방전됩니다.
수명 주기: NiMH 배터리의 일반적인 수명 주기는 700-1,000 사이클입니다.
방전 깊이: 배터리에서 추출된 에너지의 양을 전체 용량의 백분율로 나타내는 측정값입니다.

Nickel Metal Hydride Battery

 

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