Ver 4ª PARTE
Batería NiMH
Hoy en día
se han desarrollado numerosas baterías para dispositivos electrónicos
portátiles. El consumidor demanda baterías recargables mayores que son capaces
de repartir servicios más prolongados entre cargas. Las baterías recargables de
níquel – metal hidruro (NiMH) satisfacen la demanda del consumidor y
proporcionan un rendimiento mejorado comparado con las baterías recargables
convencionales. La batería NiMH tiene una capacidad de energía mayor y por ello
es capaz de proporcionar una vida en servicio mayor.
Construcción
Este tipo de
batería usa oxihidróxido de níquel (NiOOH) como material activo en el electrodo
positivo. Mientras que el material activo negativo es el hidrógeno en estado
cargado, en la forma de hidruros metálicos. Este hidruro metálico es una
aleación que puede ser sometida a una absorción de hidrógeno reversible y
reacción desabsorción cuando la batería es cargada y descargada.
Típicamente
hay dos tipos de clases de aleaciones que se usan como material de electrodo en
la batería NiMH.
1.
Aleación AB5 de la cual LaNi5
es el ejemplo.
2.
Aleación AB2 de la cual TiMn2
o ZrMn2 son ejemplos.
Prácticamente
las aleaciones AB5 son las preferidas cuando ofrecen características
de mejor resistencia a la corrosión que proporcionan un ciclo de vida más
prolongado y mejor recargabilidad. Estas aleaciones tienen gran capacidad de
almacenamiento de hidrógeno. La aleación de baja presión de hidrógeno y los
materiales altamente puros pueden minimizar la autodescarga.
Ambos
electrodos usan estructuras altamente porosas y grandes áreas de superficie.
Esto proporciona baja resistencia interna en la celda. El electrodo positivo es
un sustrato altamente poroso. El electrodo positivo es un sustrato de
ferro-níquel altamente poroso.
El
electrolito usado es una solución acuosa de hidróxido potásico (KOH). En baterías
de NiMh, la mínima cantidad de electrolito se usa con la mayoría de los
líquidos absorbidos por el separador y los electrodos. El diseño ayuda a la
difusión de oxígeno al electrodo negativo al fin de la carga por la reacción de
recombinación del oxígeno.
La batería
de NiMH es diseñada con una reserva de carga y descarga en el electrodo
negativo.
En caso de
sobredescarga, el gaseado y la degradación de la célula se minimiza por la
reserva de descarga.
En caso de
sobrecarga, la reserva de carga nos da seguridad de que la batería mantiene una
baja presión interna.
El tamaño
estándar de las baterías de NiMH se construye con un tipo cilíndrico y
prismático de celdas de hidruro de metal níquel.
Reacciones de la celda
Las
reacciones de la celda se dividen en:
1.
Reacciones de la celda durante la carga.
2.
Reacciones de la celda durante la descarga.
Durante la
carga: El electrodo positivo reacciona a la carga completa antes que el
electrodo negativo y causa el desarrollo del oxígeno.
Así la reacción
total en la descarga es:
Características
Las
características de las baterías NiMH son:
- Una capacidad superior en alrededor del 40 % de la vida de las baterías de NiCd del mismo tamaño.
- La carga es muy rápida, aproximadamente una hora.
- La vida útil en ciclos es muy larga, alrededor de 500 ciclos de carga/descarga.
- La resistencia interna es muy baja debido al tipo de diseño de “electrolito famélico”.
- No hay efectos contaminantes en el medio ambiente ya que no contiene cadmio.
- Es capaz de trabajar bien en temperaturas extremas, en descargas desde – 20 ºC a 50 ºC y en carga desde 0 ºC a 45 ºC.
- Debido a las densidades de energía más altas, el volumen de la batería y el peso es mínimo.
- Tiene un rango de voltaje amplio.
- Se fabrican con polímeros retardantes de la llama y resistentes al impacto.
- Varios métodos de carga como la carga rápida o carga trickle pueden ser usados para la carga.
Características generales
Las
características generales de las baterías NiMH son similares a las de la
batería NiCd. Durante la carga, el voltaje en circuito abierto va de 1,25 a
1,35 voltios/celda. Durante la descarga, el voltaje nominal es 1,2
voltios/celda y el voltaje final típico es 1 voltio/celda.
Características de autodescarga
Durante el almacenamiento,
las baterías de NiMH se descargan. Esto es debido a la reacción del hidrógeno
residual en la batería con el electrodo positivo. Esto causa una descomposición
lenta y reversible del electrodo positivo. Esto se llama autodescarga de la
celda. La tasa de tal autodescarga depende del tiempo en el que se almacena la
celda y la temperatura a la que la celda se almacena. En altas temperaturas, la
tasa de auto descarga es también alta.
El
almacenamiento a largo plazo de la batería NiMH en estado de carga o descarga
no tiene efectos permanentes en la capacidad de la batería.
Incluso la
pérdida de capacidad debida al almacenaje hasta un año puede ser recuperada.
Pero el almacenamiento a largo plazo a altas temperaturas puede dañar sellos y
separadores. El rango de temperaturas más apropiado para el almacenamiento de
las baterías NiMH es de 10 a 30 ºC.
Características de recarga
Las
características de recarga de las baterías de NiMH y NiCd son casi las mismas.
Para una batería de NiMH es necesario un control de carga apropiado ya que es
más sensible a la sobrecarga.
El método
más común usado para cargar la batería de NiMH es el método de carga de
corriente constante con corriente controlada para evitar una excesiva elevación
de la temperatura.
En la
siguiente figura se muestran las características de carga-voltaje de las
baterías de NiCd y NiMH. Las curvas son casi planas cuando se cargan a tasas de
corriente constante. Inicialmente hay un brusco incremento en el voltaje y
similarmente a alrededor del 80 % de la carga, hay un brusco incremento en los
voltajes. Pero durante la sobrecarga las baterías de sobrecarga las baterías de
NiCd muestran una caída de voltaje prominente comparada con las baterías de
NiMH.
Aplicaciones
Las variadas
aplicaciones de las baterías de NiMH son los teléfonos celulares, los
ordenadores portátiles y muchos productos de electrónica de consumo. Las
baterías se usan en cámaras digitales, dispositivos electrónicos sin cable,
juguetes electrónicos y para proporcionar energía de emergencia a varios
instrumentos electrónicos. Como las baterías de NiMH son caras, las áreas de
aplicación principales son los teléfonos celulares y los ordenadores
portátiles.
Comparación
Nº
|
Parámetro
|
Níquel – Cadmio
(NiCd)
|
Hidruro metálico
de níquel (NIMH)
|
1
|
Electrodo positivo
|
Hidróxido de níquel N(OH)3
|
Oxihidróxido de níquel NIOOH
|
2
|
Electrodo negativo
|
Cadmio (Cd)
|
Aleación de hidruro metálico (MH)
|
3
|
Electrolito
|
Hidróxido potásico (KOH)
|
Hidróxido Potásico (KOH)
|
4
|
Resistencia interna
|
Baja
|
Muy baja
|
5
|
Vida útil
|
Muy larga
|
Muy muy larga
|
6
|
Peso
|
Pesado
|
Ligero
|
7
|
Resistencia mecánica
|
Buena
|
Muy buena
|
8
|
Densidad de energía gravimétrica
|
50 Wh/kg
|
55 Wh /kg
|
9
|
Densidad de energía volumétrica
|
140 Wh/L
|
180 Wh / L
|
10
|
Autodescarga a 20 º C
|
15 – 20 % por mes
|
20 – 30 % por mes
|
11
|
Coste
|
Mejor coste por valor de rendimiento
|
Muy alta
|
12
|
Protección
|
No se proporciona protección interna de cortocircuito
|
No se producen cortocircuitos internos
|
Nota: La densidad gravimétrica es una
medida de cuanta energía contiene una batería en comparación a su peso y
típicamente se expresa en vatios hora por kilogramo (Wh/kg). La densidad de
energía volumétrica es una medida de cuanta energía contiene una batería en
comparación a su volumen y típicamente se expresa en vatios hora por litro
(Wh/L).
Bibliografía:
·
Basic Electrical Engineering. Bakshi &
Bakshi
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