니켈수소전지 는 NiCd 배터리와 유사한 2차 전지의 일종입니다. 재충전이 가능하며 여러 번 사용할 수 있습니다. 따라서 니켈수소전지는 기존의 알칼리 배터리나 NiCd 배터리에 비해 환경 친화적이고 성능이 우수한 배터리로서 시장에서 좋은 호응을 얻고 있습니다. 예를 들어, 니켈수소전지는 디지털 카메라, 휴대 전화, 비디오 카메라, 면도기, 트랜시버 및 기타 전자 장치에 널리 사용됩니다.
니켈수소전지 셀의 공칭 전압에 대한 업계 표준은 1.2볼트입니다. 원칙적으로 니켈수소전지는 고전압 니켈수소전지와 저전압 니켈수소전지로 나뉩니다. 니켈수소전지의 양극은 Ni(OH)2 (수산화니켈산화물이라고도 함)이며, 니켈수소전지의 음극은 수소 흡수 합금으로 만들어집니다.
니켈수소전지의 개념은 1970년대에 처음 제안되었으며, 많은 연구가 1980년대에 집중되었고 1990년대 초에 산업 생산이 처음 등장했습니다. 니켈수소전지는 처음에 NiCd 배터리를 대체하기 위한 대안으로, 유독성 원소인 '카드뮴'의 사용을 회피하고 일상생활에서 중금속으로 인한 환경 위험을 제거했습니다. 니켈수소전지는 일본, 미국, 독일 등에서 처음으로 산업화되었습니다.
한편, 녹색 에너지 분야에서 리튬 이온 배터리 및 기타 신기술의 발달로 인해 니켈수소전지는 단점으로 인해 일부 분야에서 점차 중요성을 잃었습니다. 초기 니켈수소전지는 주로 랩톱과 휴대 전화에서 NiCd 배터리를 대체하는 데 사용되었습니다. 1990년대 리튬 이온 배터리의 상용화 이후 리튬 이온 배터리가 니켈수소전지를 대체했으며, 그 이후로 10년 이상 휴대용 전자 장치 시장을 장악했습니다.
그러나 니켈수소전지 기술은 리튬 이온이 니켈수소전지를 크게 대체한 소비자용 애플리케이션과 달리 정체되지 않았습니다. 니켈수소전지 기술은 자동차 응용 분야에서 나타납니다. HEV에 전기를 공급하는 데 선호되는 기술이며 10년 이상의 무고장 사용을 축적했습니다. 결과적으로 자동차의 수명 동안 지속될 수 있습니다. 니켈수소전지 셀의 작동 온도 범위는 거의 100°C(-30°C ~ +75°C)로 증가했으며, 이는 현재 리튬 셀의 가능한 온도 범위보다 훨씬 높습니다. 이로 인해 니켈수소전지 기술은 자동차에 사용하기에 탁월합니다. 니켈수소전지의 활성 성분은 리튬 기반 셀보다 본질적으로 더 안전하며, 니켈수소전지는 메모리 효과를 겪지 않습니다. 니켈수소전지는 리튬 배터리에 필요한 배터리 관리 시스템(BMS)이 필요하지 않으며, EV 응용 분야의 특징인 높은 전력 수준을 견딜 수 있고 리튬 기반 셀보다 본질적으로 더 안전한 활성 화학 물질을 가지고 있습니다. 가까운 미래에 니켈수소전지는 이러한 장점으로 인해 EV 분야에서 중요한 역할을 할 것입니다.
니켈수소전지는 두 전극 내부에서 수소의 흡수, 방출 및 수송에 기반한 원리로 작동합니다.
양극:
Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e-
음극:
M+H2O+e-=MHab+OH-
총 반응:
Ni(OH)2+M=NiOOH+MH
이러한 반응은 충전 중에 가역적이며 방정식은 오른쪽에서 왼쪽으로 흐릅니다.
니켈수소전지는 전동 공구, 디지털 카메라, 전기 자동차 및 기타 장치 분야에서 널리 사용됩니다. 또한 니켈수소전지는 우수한 저온 성능을 가지고 있으며 높은 전류 방출에도 적합하므로 휴대용 프린터, 전동 공구, 디지털 제품 및 전기 장난감과 같은 휴대용 전자 장치의 요구 사항을 충족하기 위해 니켈수소전지 팩으로 조립되는 경우가 많습니다.
높은 에너지 밀도, 고전력, 무오염 등 니켈수소전지의 복합적인 특성으로 인해 동력 배터리로도 적합하며, 일부 니켈수소전지 공장에서는 전기 자동차, 전기 오토바이 및 전기 자전거용 니켈수소전지 응용 분야를 개발하는 데 사용했습니다. 이 특성은 통신 백업 전원, 우주 기술, 로봇 및 잠수함의 응용 분야와 함께 군사 분야로도 확대되었습니다.
니켈수소전지는 유지 관리를 염두에 두고 사용해야 합니다.
사용 과정에서 과충전을 피하십시오. 수명 주기 동안 사용 과정은 과충전되어서는 안 됩니다. 과충전은 양극과 음극을 부풀게 하여 활물질 탈락과 분리막 손상을 일으키고, 전도성 네트워크를 파괴하며, 배터리의 옴 분극을 크게 만들 수 있기 때문입니다.
니켈수소전지의 보관은 충분한 충전 후에 수행해야 합니다. 배터리가 충분한 충전 없이 장기간 보관되면 음극 수소 저장 합금의 기능이 약화되고 배터리 수명이 단축됩니다.
중국에서는 지난 수십 년 동안 니켈수소전지가 더 빠른 발전을 이루었습니다. 2006년에 중국은 13억 개의 니켈수소전지를 생산하여 일본을 제치고 세계 최대 생산국이 되었습니다. 중국은 세계 희토류 매장량의 70%를 보유하고 있으며, 이는 니켈수소전지 양극의 수소 저장 합금의 주요 원료입니다. 이는 중국에서 니켈수소전지의 생산 비용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
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