니켈-수소 배터리의 특성
니켈-수소 배터리(NiMH)는 니켈 수산화물로 구성된 양극과 수소 흡수 합금으로 이루어진 음극을 가진 충전식 배터리입니다. 1989년에 상업적으로 출시된 NiMH 배터리는 초기에 휴대용 개인 컴퓨터의 전원원으로 주로 사용되었습니다. 이후 전기 하이브리드 차량에 널리 사용되며 충전식 배터리 시장의 10%를 차지하게 되었습니다. 니켈-카드뮴(NiCd) 배터리에 비해 40% 높은 비에너지를 제공하며, 약 두 배 높은 용량을 자랑합니다. 또한, 전압 감소의 영향을 덜 받으며, 독성 카드뮴이 없다는 것이 주요 장점입니다. NiMH 배터리의 메모리 효과는 니켈-카드뮴 배터리보다 훨씬 적습니다. 알칼라인 배터리와 비교했을 때, NiMH 배터리의 내부 저항은 훨씬 낮습니다. 이로 인해 고부하 상태에서도 높은 전압을 유지할 수 있는 장점이 있습니다.
NiMH 배터리의 용량과 에너지 밀도
NiMH 배터리는 높은 비에너지(최대 100Wh/kg)와 에너지 밀도(납축전지의 두 배 및 니켈-카드뮴보다 40% 더 높음), 높은 사이클 수명, 저렴한 비용, 재활용 가능성(카드뮴은 유해함) 등의 특징으로 가장 많이 사용되는 배터리 중 하나입니다. 이 배터리는 AA 또는 AAA 전지, 카메라, 구형 휴대폰, 전기 면도기, 의료 기기 및 장비, 고전력 정지용 애플리케이션 등 다양한 용도로 사용됩니다. 납축전지와 비교할 때 단점은 kWh당 비용이 더 높다는 것입니다.
NiMH 배터리의 충전 및 방전
NiMH 배터리는 전류를 가하여 방전 시 발생하는 화학 반응을 역전시켜 충전합니다. 적절한 전류를 제공하는 장치를 충전기라고 합니다. NiMH 배터리를 위한 충전 시스템과 제어 회로의 전자 장치는 간단하고 저렴하며, 이 배터리는 안전하다고 여겨집니다. 그러나 NiMH 배터리는 자체 방전이 높아 첫 24시간 동안 최대 20%의 전력을 손실하고 이후에는 매달 10%씩 손실됩니다. NiCd 배터리와 마찬가지로, 셀당 정격 전압은 1.2V이며 방전 종료 전압은 일반적으로 1V입니다.
NiMH 배터리의 전기화학적 특성
NiMH 배터리의 전체 산화환원 반응 전압은 E0 = 0.49V – ( – 0.83V) = 1.32V입니다. 그러나 이들은 알칼라인 배터리의 셀당 1.5V 정격 전압에 비해 낮은 정격 전압으로 인해 많은 애플리케이션에서 알칼라인 배터리의 대체재로 널리 사용됩니다. 그러나 일부 애플리케이션에서는 낮은 정격 전압이 단점이 될 수 있습니다. 예를 들어, 1.5V로 작동하도록 설계된 조절되지 않은 조명은 덜 밝게 빛날 수 있습니다.
NiMH 배터리의 주요 파라미터
각 배터리의 능력을 비교하고 이해하기 위해, 각 배터리의 특정한 중요한 파라미터들이 있습니다. 이러한 파라미터들은 배터리가 필요하고 특정한 품질이 요구될 때 참고가 됩니다.
셀 전압: NiMH 배터리(예: AAA, AA)의 일반적인 개방 회로 전압은 1.2V입니다.
절단 전압: 최소 허용 전압으로, 배터리의 “비어 있는” 상태를 일반적으로 정의합니다. NiMH 또는 NiCd 배터리의 용량을 테스트할 때, 셀당 1.0V가 일반적으로 사용되는 반면, 알칼라인 셀의 절단 전압은 보통 0.9V입니다.
용량: 쿨롬 용량은 배터리가 100% SOC에서 절단 전압까지 일정한 방전 전류로 방전될 때 사용 가능한 전체 암페어 시간입니다. NiMH AA 배터리는 셀당 정격 전압 1.2V와 평균 용량 2000-2700mAh를 특징으로 합니다.
배터리의 C-율: 배터리가 최대 용량에 비례하여 얼마나 빠르게 방전되거나 충전되는지를 나타내는 단위입니다. 1C율은 배터리의 전체 용량을 1시간 내에 방전시킬 방전 전류를 의미합니다. 일반적으로 고 C-율 NiMH 배터리는 1C에서 충전할 수 있으며 1시간 조금 넘게 완전히 충전됩니다.
자체 방전: 배터리는 연결되지 않고 전류를 공급하지 않아도 점차 자체 방전됩니다. 이는 셀 내부에서 부하가 적용되지 않을 때도 발생하는 비전류 생성 “부수적인” 화학 반응 때문입니다.
열화: 충전-방전 사이클마다 충전식 배터리의 일부 열화가 발생합니다. 열화는 주로 전해질이 전극에서 이탈하거나 활성 물질이 전극에서 분리되기 때문에 발생합니다. NiMH 배터리의 일반적인 사이클 수명은 700-1,000 사이클입니다.
방전 깊이: 방전 깊이는 배터리에서 얼마나 많은 에너지가 추출되었는지를 나타내는 척도로, 전체 용량의 백분율로 표현됩니다. 예를 들어, 100Ah 배터리에서 40Ah가 추출된 경우, 40%의 방전 깊이(DOD)를 겪은 것입니다.
