NIMH

Nickel-metallhydridbatterier (NiMH-batterier)

Egenskaper

NiMH-teknologin har använts kommersiellt sedan 1989 med sitt främsta användningsområde för strömförsörjning av konsumentprodukter. I dagsläget finns celler för mycket skiftande användningsområden även om en stor del av marknaden tagits över av litiumjonbatterier.

Alla NiMH-celler har en nominell cellspänning på 1,2 V. Som katod används nickelhydroxid och som anod används en s.k. metallhydrid; ett material som kan lagra väte. Det finns två olika typer av legeringar som vanligtvis används i olika kombination i anoden: en AB5-legering (ädelmetaller som är baserade på LaNi5) och en AB2-legering (med vanadin, titan, zirkonium, nickel, kobolt samt mangan). Genom att ändra sammansättning av legeringen kan cellerna få olika egenskaper. I en NiMH-cell så överdimensionerar man anoden jämfört med katoden för att undvika att det byggs upp ett gastryck i cellen då det bildas syrgas i slutet av laddningen. Anoden överdimensioneras även för att undvika degradering vid slutet av urladdningen.

Utvecklingen av NiMH-celler har resulterat i celltyper som kan ha hög kapacitet, som kan fungera vid höga eller låga temperaturer, eller som klarar av höga effektuttag. NiMH-battericeller förekommer i vanliga konsumentstorlekar för ersättning av konventionella engångsbatterier. På senare år har man utvecklat celler med mycket låg självurladdning, vilket tidigare varit ett stort problem för NiMH-batterier. Det har också lanserats celler som inte kräver uppladdning innan första användning, s.k. ”ready-to-use” celler, vilket tidigare inte har var möjligt. Rätt använd kan en NiMH-cell klara av att cyklas flera hundra gånger. För att kunna få ut maximal livslängd ska man alltid följa instruktionerna från tillverkaren och undvika att lagra batterierna vid temperaturer över rumstemperatur.

NiMH-batterier är även delvis drabbade av den s.k. minneseffekten, dock i mindre utsträckning än NiCd-cellen. Minneseffekten är ett fenomen som inträffar om man inte laddar ur sin cell fullt efter varje uppladdning vilket får kapaciteten att temporärt att minska. Dock kan man ”återställa” cellens prestanda genom att cykla cellen fullt ut (ladda hela vägen upp och ur) några gånger.

Även om NiMH-cellen har en något lägre nominell spänning än ett alkaliskt batteri (1,2 V jämfört med 1,5 V för ett alkaliskt batteri) så fungerar det utmärkt att använda som laddningsbart alternativ istället för engångsbatterier. Anledning till detta är att NiMH-cellen har en mer flack urladdningskurva i jämförelse med det alkaliska batteriet där spänning sjunker snabbare vid användning; därför spelar den specificerade spänningsskillnaden inte en avgörande roll (se bild nedan).

Jämförelse av en typisk urladdningskurva för ett nickel-metallhydridbatteri med ett alkaliskt batteri.

Inom IEC-nomenklaturen betecknas NiMH-celler (och batterier) med ett ”H” vilket gör att ett cylindriskt AA-batteri av NiMH-typ benämns HR6 (jämför med LR6 för ett alkaliskt AA-batteri).

Uppbyggnad av NiMH-celler

Cylindrisk cell

Precis som för litiumjoncellen så är elektroderna långa remsor med elektrodmaterial på båda sidor. Elektroderna (en anod och en katod) rullas ihop, åtskilda av en tunn separator, till en cylinder. Cellkannan består av ett nickel-pläterat stålhölje.

Prismatisk cell

Den prismatiska cellen är uppbyggd av elektroder i form av separata ark som läggs på hög, varannan anod och katod, med skikt av separator emellan. Cellkannan består, precis som den cylindriska cellen, av ett nickel-pläterat stålhölje.

Knappcell

NiMH celler förekommer även i knappcellsformat. Vanligaste förekomsten av denna typ av cell är som seriekopplade celler inbyggda i utrustning. Uppbyggnaden påminner om den prismatiska cellen men i mindre format.

Säkerhet
Alla NiMH-celler är försedda med en säkerhetsventil som öppnar i händelse av för högt gastryck inuti cellen.

Ett NiMH-batteris prestanda och livslängd beror till stor del på hur laddning går till. Men laddningen av NiMH-batterier (och även NiCd-batterier) kan vara komplex eftersom det är svårt att veta exakt när batteriet är färdigladdat. Det finns några olika metoder som används i NiMH-laddare för att avgöra när batterierna är fulladdade. De vanligast förekommande alternativen som används är:

  • Tidsbaserad laddningskontroll: En metod som kan användas vid långsam laddning för att undvika överladdning. Är även rekommenderad som en sekundär metod för att säkerställa att korrekt avstängning sker vid snabbladdning. Dock förekommer det laddare till NiMH-batterier där användaren själv måste komma ihåg att avbryta laddningen efter en viss tid då automatisk avstämning saknas.
  • Temperaturhöjning/tidsenhet (dT/dt): Denna metod rekommenderas för all typ av snabbladdning eftersom den mest noggrant kan detektera när laddning övergår till överladdning. Generellt brukar man avsluta laddningen när förändringen av temperaturen mot förändringen av tiden är 1°C per minut, men exakt förfarande varierar med packdesign.
  • Negativ spänningsökning (peak voltage detect, PVD): Denna metod använder sig av fenomenet att spänningen sjunker något hos en NiMH-cell som blivit helt uppladdad. Man brukar rekommendera ett maximalt spänningsfall på 3 mV per cell för terminering för att undvika att cellerna överladdas för mycket.

Transport

Till skillnad från litiumjon- och litiummetallbatterier så klassas inte nickel-metallhydridbatterier som farligt gods vid transport med flyg- eller vägtransport. Därav finns det inga begränsningar man behöver förhålla sig till vid frakt med dessa transportsätt. Däremot är nickel-metallhydridbatterier reglerade när det kommer till sjötransport och måste uppfylla de transportkrav som finns angivna i IMDG koden.