Μπαταρίες NiMH και Li-ion
Li-ion

Μπαταρίες NiMH και Li-ion

Κάποτε η αντιπαράθεση ήταν µεταξύ βενζινοκινητήρων και πετρελαιοκινητήρων. Σήµερα τα δεδοµένα αλλάζουν και η συζήτηση εστιάζεται σε ένα ερώτηµα: µπαταρίες NiMH ή Li-ion;

Από το 1859, που ο γάλλος Γκαστόν Πλαντέ ανακάλυψε την µπαταρία οξέως – µολύβδου, µέχρι πρόσφατα, δεν υπήρχαν αλλαγές στον τοµέα αυτό. Τα τελευταία χρόνια, καθώς τα ηλεκτρικά και υβριδικά αυτοκίνητα αποκτούν µεγάλη απήχηση, η έρευνα και οι καινοτοµίες στους συσσωρευτές εξελίσσονται µε ραγδαίο ρυθµό.

Έτσι, νέοι τύποι µπαταριών κάνουν την εµφάνισή τους κάτω από τα καπό των αυτοκινήτων. Δύο από αυτούς, οι Νικελίου – Μετάλλου Υδριδίου (NiMH) και οι ιόντων λιθίου (Li-ion) έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, γι’ αυτό και τις παρουσιάζουµε συγκριτικά.

Μπαταρία NiMH

Είναι παρόμοιες με τις Νικελίου – Καδμίου (NiCd), με τη διαφορά ότι έχει αντικατασταθεί η άνοδος. Αντί για κάδμιο υπάρχει μεταλλικό κράμα απορροφητικό σε υδρογόνο. Το «Μ» στην άνοδο μίας NiMH μπαταρίας είναι ουσιαστικά μία σύνθετη μεταλλική ένωση. Πολλές διαφορετικές χημικές ενώσεις έχουν χρησιμοποιηθεί και οι σημαντικότερες από αυτές είναι δύο: Η μία αποτελείται από ένα μίγμα σπάνιων γαιών, λανθανίου, δημητρίου, νεοδυμίου, πρασινοδυμίου και η δεύτερη αποτελείται από νικέλιο, κοβάλτιο, μαγγάνιο και αλουμίνιο.


Στα σύγχρονα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, πολλοί κατασκευαστές χρησιµοποιούν µπαταρίες Νικελίου – Μετάλλου Υδριδίου (NiMH).

Στην κάθοδο χρησιμοποιείται νικέλιο, ενώ οι μπαταρίες NiMH χρησιμοποιούν αλκαλικό ηλεκτρολύτη, συνήθως υδροξείδιο του καλίου. Η ηλεκτροχηµική αντίδραση που συµβαίνει στην άνοδο µίας µπαταρίας NiMH είναι η εξής: H2O + M + e- 1  OH- + MH.

Η μπαταρία φορτίζεται προς τη δεξιά κατεύθυνση της εξίσωσης και αποφορτίζεται προς την αριστερή. Η τάση φόρτισης είναι 1.4 -1.6 V/στοιχείο, ενώ ένα πλήρως φορτισμένο στοιχείο έχει τάση 1.35-1.4 V και παρέχει ονομαστική τάση 1.2V κατά μέσο όρο στη διάρκεια της αποφόρτισης.

Ο ρυθμός αυτοεκφόρτισης επηρεάζεται κατά πολύ από τη θερμοκρασία στην οποία είναι αποθηκευμένες, με τις πιο ψυχρές θερμοκρασίες αποθήκευσης να έχουν ως αποτέλεσμα χαμηλότερο ρυθμό αποφόρτισης και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Μπαταρίες Li- ion

Μία εναλλακτική λύση για τη χρήση σε αυτοκίνητα είναι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion). Πρόκειται για επαναφορτιζόμενες μπαταρίες που είναι διαδεδομένες από τη δεκαετία του ‘90 στα φορητά ηλεκτρονικά και παρουσιάζουν καλές αναλογίες ενέργειας – βάρους.

Η άνοδος ενός συμβατικού στοιχείου Li-ion κατασκευάζεται από άνθρακα, η κάθοδος είναι οξείδιο μετάλλου και ο ηλεκτρολύτης είναι άλας λιθίου σε οργανικό διαλύτη. Η ηλεκτροχηµική αντίδραση που λαµβάνει χώρα σε ένα στοιχείο Li-ion για την παραγωγή ηλεκτρισµού είναι: Li1-x CoO2 + Lix C6 1  C6 + LiCoO2.

Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι τα ιόντα λιθίου δεν οξειδώνονται. Αντιθέτως, σε μία μπαταρία Li-ion τα ιόντα λιθίου μεταφέρονται από και προς την κάθοδο ή την άνοδο με το μέταλλο Κοβάλτιο (Co) στη χημική ένωση LixCoO2 να οξειδώνεται από Co3+ σε Co4+ κατά τη φόρτιση και να ανάγεται από Co4+ σε Co3+ κατά την αποφόρτιση.

Οι μπαταρίες Li-ion έχουν ονομαστική τάση ανοιχτού κυκλώματος 3.6 V και τυπική τιμή τάσης φόρτισης 4.2 V.

  • Πλεονέκτηµα
    Κύριο πλεονέκτηµά τους είναι το βάρος: είναι ελαφρύτερες από άλλες κατηγορίες µπαταριών, καθώς το λίθιο είναι το τρίτο πιο ελαφρύ χηµικό στοιχείο (υπερτερούν έτσι σε σχέση µε άλλες µπαταρίες που χρησιµοποιούν βαρύτερα µέταλλα). Ένα ακόµα πλεονέκτηµα είναι ο αργός ρυθµός αποφόρτισης, όταν δεν χρησιµοποιούνται.
  • Μειονέκτηµα
    Σηµαντικό µειονέκτηµα αυτών των µπαταριών είναι η περιορισµένη διάρκεια ζωής τους, που εξαρτάται σε σηµαντικό βαθµό από το χρονικό διάστηµα που έχει περάσει από την κατασκευή τους, ανεξάρτητα από τη χρήση. Στον τοµέα της ασφάλειας η µπαταρία Li-ion κρύβει πολλούς κινδύνους και απαιτεί αρκετές υποχρεωτικές συσκευές ασφαλείας για να µπορεί να θεωρείται ασφαλής.

Συγκριτική αντιπαράθεση

Τα πρώτα ηλεκτρικά μοντέλα χρησιμοποιούσαν μπαταρίες μολύβδου, διότι δεν υπήρχε εναλλακτική λύση. Σήμερα, οι μπαταρίες Li-ion φαίνονται πολλά υποσχόμενες για χρήση στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, αλλά η κυριαρχία τους δεν είναι ακόμη δεδομένη.

Στον τοµέα της ενεργειακής πυκνότητας πλεονεκτούν οι µπαταρίες NiMH. Έχουν κατά µέσο όρο 2200mAh, που είναι µεγαλύτερο από τα 1500mAh που παρατηρείται στις µπαταρίες ιόντων λιθίου.

Επίσης είναι ασφαλέστερες, αφού έχουν λιγότερα ενεργά υλικά σε σύγκριση µε τις µπαταρίες ιόντων λιθίου. Οι NiMH µπορεί να διογκωθούν σε βραχυκύκλωµα, αλλά δεν θα εκραγούν, όπως συµβαίνει µε τις ιόντων λιθίου.

Έχουν τη δυνατότητα να αποφορτιστούν πλήρως χωρίς σοβαρά προβλήµατα, ενώ εάν µία µπαταρία ιόντων λιθίου αποφορτιστεί πλήρως, θα καταστραφεί.

Από την άλλη πλευρά, οι µπαταρίες ιόντων λιθίου θεωρούνται πλέον αξιόπιστες, µικρότερες και ελαφρύτερες σε σύγκριση µε τις NiMH. Μπορούν να σταθούν καλύτερα σε χαµηλές θερµοκρασίες και θερµότερα περιβάλλοντα. Σε ακραίες θερµοκρασίες, η τάση εξόδου των µπαταριών NiMH πέφτει.

Ένα τυπικό στοιχείο AA NiMH µπορεί να δώσει µόνο 1.2V σε σύγκριση µε τις Li-ion που µπορούν να δώσουν 3,7V.

Ο τυπικός χρόνος φόρτισης µίας µπαταρίας NiMH είναι 10-12 ώρες, ενώ η γρήγορη φόρτιση ενδέχεται να προκαλέσει ζηµιά. Αντίθετα, οι µπαταρίες Li-ion µπορούν να φορτιστούν σε περίπου 1-3 ώρες, ανάλογα µε τη χωρητικότητα.

Οι µπαταρίες NiMH χάνουν ένα µεγάλο ποσοστό της φόρτισής τους όταν δεν χρησιµοποιούνται και έχουν υψηλό ρυθµό αυτοαπορρόφησης, περίπου 5% την πρώτη εβδοµάδα και περίπου 50% τον πρώτο µήνα.

Υπάρχουν μερικοί ακόμη τομείς που παίζουν καθοριστικό ρόλο, όπως:

  • Η ανθεκτικότητα και μακροβιότητα, όπου οι μπαταρίες Li-ion δεν έχουν ακόμα αποδειχτεί καλύτερες.
  • Το κόστος, όπου το πλεονέκτημα έχουν οι μπαταρίες NiMH, αλλά όχι για πολύ, καθώς η άνοδος της ζήτησης σε νικέλιο θα φέρει σημαντικές αλλαγές, τόσο στην τιμή τους, όσο και στη διαθεσιμότητά του.

ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
Εγγραφείτε στο newsletter

Για να λαμβάνετε τα τελευταία νέα, ενημερώσεις και ειδικές προσφορές απευθείας στο email σας.