Wenn es um wiederaufladbare Batterien geht, Nickel-Metallhydrid (NiMH) Batterien und Lithium-Ionen-Batterien sind zwei gängige Optionen. Wann sollten Sie sich für NiMH-Akkus und wann für Li-Ionen-Akkus entscheiden?, und welches von diesen beiden ist besser, Diese sind zu häufigen Diskussionsthemen geworden.
Einerseits sind NiMH-Akkus für ihre Erschwinglichkeit bekannt, stabile und zuverlässige Leistung. Andererseits sind Lithium-Ionen-Batterien wegen ihrer hohen Energiedichte und langen Lebensdauer beliebt.
In diesem Artikel, Wir werden die grundlegenden Eigenschaften untersuchen, Vorteile und Nachteile, und Anwendungsleistung von NiMH- und Lithium-Ionen-Akkus. Wir hoffen, dass dieser Inhalt Ihnen dabei hilft, eine kluge Entscheidung zu treffen, wenn Sie eine Wahl treffen.
NiMH-Akku vs. Lithium-Ionen-Akku, Welches ist besser?
Was ist ein NiMH-Akku??
NiMH-Akku ist eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, die hauptsächlich aus einer positiven Elektrode besteht, negative Elektrode, Elektrolyt und Diaphragma. Die positive Elektrode des NiMH-Akkus besteht aus Nickelhydroxid (In(OH)2) und verschiedene aktive Materialien. Die negative Elektrode des NiMH-Akkus besteht aus aktiven Materialien und Übergangsmetallen. Der Elektrolyt von NiMH-Akkus ist eine alkalische Hydroxidlösung, welches auch das Medium für den Ionentransport in der Batterie ist. Die Membran eines NiMH-Akkus besteht normalerweise aus einem Polyolefinvlies, welches dazu dient, die positive Elektrode von der negativen Elektrode zu trennen, Es verhindert elektrische Kurzschlüsse und ermöglicht gleichzeitig den Hin- und Rückfluss der Ionen.
Die Nennspannung des NiMH-Akkus beträgt 1,2 V. Die chemische Reaktion beim Laden und Entladen ist wie folgt:
Pluspol: In(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e-
Negativ: M + H2O + e- = MHab + OH-
Totale Reaktion: In(OH)2+M=NiOOH+MH
Notiz: M: Wasserstofflegierung; Hab: adsorbierter Wasserstoff; Der Prozess der Reaktionsformel von links nach rechts ist der Ladevorgang; Der Ablauf der Reaktionsformel von rechts nach links ist der Entladevorgang.
Beim Laden eines NiMH-Akkus, In(OH)2 und OH- an der positiven Elektrode reagieren unter Bildung von NiOOH und H2O, und gleichzeitig e- zusammen, um MH und OH- zu erzeugen, Die Gesamtreaktion ist Ni(OH)2 und M, um NiOOH zu erzeugen, und Wasserstoffspeicherlegierung zur Speicherung von Wasserstoff. Beim Entladen ist das Gegenteil der Fall, MHab setzt H+ frei, H+ und OH- erzeugen H2O und E-, NiOOH, H2O und e- Ni regenerieren(OH)2 und OH-.
Was ist ein Lithium-Ionen-Akku??
Litium-Ionen-Batterie, auch bekannt als Li-Ionen-Akku, besteht aus einer positiven Elektrode, negative Elektrode, Elektrolyt und Diaphragma, Genau wie NiMH-Akku. Es gibt viele Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien, und die Mainstream-Produkte verwenden hauptsächlich Lithiumeisenphosphat. Das positive Aktivmaterial ist im Allgemeinen Lithiummanganat oder Lithiumkobaltat, Lithium-Nickel-Kobalt-Manganat-Material. Sein negativ aktives Material ist im Allgemeinen Graphit, oder Kohlenstoff mit einer ähnlichen Graphitstruktur. Der Elektrolyt der Lithium-Ionen-Batterie ist im Allgemeinen ein Carbonatlösungsmittel mit darin gelöstem Lithiumhexafluorphosphat. Seine Membran ist eine speziell geformte Polymerfolie, Es verfügt über eine mikroporöse Struktur, die den ungehinderten Durchgang von Lithiumionen ermöglicht, Elektronen jedoch nicht.
Die Nennspannung einer Lithium-Ionen-Batterie variiert je nach Kathodenmaterial. Beim Laden, Die chemischen Reaktionen sind wie folgt:
Anodenreaktion: LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi ++ Auto-
Negative Reaktion: xLi ++ xe-+ 6C → LixC6
Beim Laden werden Lithiumionen aus der positiven Elektrode gelöst und in die negative Elektrode eingefügt. Beim Entladen verhält es sich umgekehrt.
Vor- und Nachteile von NiMH-Akkus
Vorteile
1. NiMH-Akkus werden in gängigen Akkugrößen hergestellt und sind mit einer Vielzahl von Geräten hervorragend kompatibel.
2. NiMH-Akkus verbrauchen bei ihrer Herstellung weniger aktives Material, Dadurch sind sie relativ stabil und sicher. Der aus NiMH-Akkus bestehende Akkusatz benötigt nicht das für Lithium-Akkus notwendige BMS.
3. Die für die Herstellung von NiMH-Akkus benötigten Rohstoffe sind relativ reichlich vorhanden, Daher sind die Herstellungskosten von NiMH-Akkus in der Regel niedriger als die von Lithium-Ionen-Akkus.
4. NiMH-Akkus erfordern wenig Wartung, sind umweltfreundlicher, und unterliegen nicht den gleichen Transportvorschriften, die Lithium-Ionen-Batterien beim Versand einhalten müssen.
5. NiMH-Akkus eignen sich gut für Anwendungen, die starke Entladungen und einen gleichmäßigen Stromfluss erfordern, wie Elektrowerkzeuge oder ferngesteuertes Spielzeug. NiMH-Akkus sorgen für eine stabile und zuverlässige Stromversorgung, Dies macht sie zu einer zuverlässigen Wahl für solche Geräte.
Nachteile
1. NiMH-Akkus laden langsamer als Lithium-Ionen-Akkus, und einige Lithium-Ionen-Akkus verfügen auch über eine Schnellladefunktion.
2. NiMH-Akkus haben einen erheblichen Memory-Effekt.
3. Generell gilt, dass NiMH-Akkus anfälliger für Selbstentladung sind, Dies bedeutet, dass sie auch dann leicht ihre Ladung verlieren, wenn sie nicht verwendet werden. Natürlich, du kannst wählen NiMH-Akkus mit geringer Selbstentladung um diesen Nachteil zu umgehen.
4. NiMH-Akkus haben eine kürzere Zyklenlebensdauer als Lithium-Ionen-Akkus. Die Anzahl der Lade-/Entladezyklen von NiMH-Akkus ist normalerweise gering, normalerweise innerhalb 1000 Fahrräder. Die Zyklenlebensdauer von Li-Ionen-Akkus beträgt in der Regel mehr als 2000 Fahrräder.
5. NiMH-Akkus haben eine geringere Energiedichte als Lithium-Ionen-Akkus. Das bedeutet, dass Lithium-Ionen-Akkus bei gleicher Größe mehr Strom speichern können als NiMH-Akkus.
Vor- und Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien
Vorteile
1. Lithium-Ionen-Akkus laden schneller als NiMH-Akkus. Nutzer können Lithium-Ionen-Akkus schnell aufladen, Dadurch werden die Ausfallzeiten der Geräte aufgrund des Ladevorgangs reduziert.
2. Im Vergleich zu NiMH-Akkus, Lithium-Ionen-Akkus haben eine geringere Selbstentladungsrate. Diese niedrige Selbstentladungsrate ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, bei denen die Batterie ihre Ladung über einen langen Zeitraum halten muss.
3. Lithium-Ionen-Akkus haben eine längere Zyklenlebensdauer als NiMH-Akkus. Dies bedeutet auch weniger Batteriewechsel.
4. Einer der Hauptvorteile von Lithium-Ionen-Batterien ist ihre hohe Energiedichte. Diese Batterien können mehr Energie pro Volumen- oder Gewichtseinheit speichern, Dies macht sie zu einer kompakten und leichten Option für Geräte, die Portabilität und lange Laufzeiten erfordern. Diese hohe Energiedichte eignet sich besonders für Anwendungen wie Smartphones, Laptops und Elektrofahrzeuge, wo Gewicht und Größe Schlüsselfaktoren sind.
Nachteile
1. Die Kosten für Lithium-Ionen-Akkus sind höher als die für NiMH-Akkus. Kobalt und Lithium sind beides seltene Elemente, und ihre Verwendung als Rohstoffe für Lithium-Ionen-Batterien treibt den Preis der Batterien in die Höhe. Der Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien ist meist aufwendiger und teurer, was auch die Kosten für die Batterie erhöht.
2. Im Vergleich zu NiMH-Akkus, Lithium-Ionen-Batterien sind chemisch reaktiver und weniger stabil. Körperlicher Schaden, Hohe Temperaturen oder Überladung können Auswirkungen auf Lithium-Ionen-Akkus haben, Dies kann zu Bränden oder Explosionen führen. Dies erfordert fortschrittlichere Batteriemanagementsysteme und Ladeprotokolle, sowie besondere Sorgfalt bei der Lagerung, Transport und Nutzung, um den sicheren und effizienten Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien zu gewährleisten. Natürlich, Diese zusätzlichen Maßnahmen werden auch den Preis für Lithium-Ionen-Batterien in die Höhe treiben.
Unterschied zwischen Lithium-Ionen- und NiMH-Akkus
1. Energiedichte
Lithium-Ionen-Akkus haben gegenüber NiMH-Akkus typischerweise einen Vorteil in der Energiedichte.
Lithium-Ionen-Batterien können Energiedichten von etwa erreichen 200 Wh/kg, während NiMH-Akkus typischerweise eine Energiedichte von etwa haben 60-120 Wh/kg, Das bedeutet, dass Lithium-Ionen-Akkus doppelt so viel Energie speichern können wie NiMH-Akkus gleicher Größe und gleichen Gewichts.
Die höhere Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien ermöglicht eine kleinere Entwicklung, leichtere Akkupacks für Geräte wie Smartphones, Laptops und Drohnen. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen, bei denen Gewicht und Größe entscheidende Faktoren sind.
Zusätzlich, Die höhere Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus führt dazu, dass Lithium-Ionen-Akkus eine längere Laufzeit bzw. Betriebszeit pro Ladung bieten als NiMH-Akkus gleicher Größe und gleichem Gewicht. Dies ist ein großer Vorteil für Geräte, die zwischen den Ladevorgängen eine längere Nutzung erfordern.
Jedoch, Die Energiedichte einer Batterie hängt von der spezifischen Chemie ab, Design- und Herstellungsprozess, der von verschiedenen Herstellern verwendet wird. Zusätzlich, Faktoren wie Temperatur, Nutzungsmuster, und Lade-/Entladezyklen können die Gesamtleistung und Kapazität von wiederaufladbaren Batterien beeinträchtigen.
2. Leistung und Effizienz
In Bezug auf Leistung und Effizienz, Sowohl NiMH- als auch Lithium-Ionen-Akkus haben ihre eigenen einzigartigen Eigenschaften und Vorteile.
Lithium-Ionen-Akkus haben in der Regel einen Vorteil gegenüber NiMH-Akkus, wenn es um die Leistungsabgabe geht. Lithium-Ionen-Batterien bieten eine höhere Leistungsabgabe und eignen sich daher besser für Anwendungen mit hohem Stromverbrauch wie Elektrofahrzeuge und Hochleistungselektronik. Diese höhere Leistungsabgabe ist auf die inhärenten Eigenschaften der Lithium-Ionen-Batteriechemie zurückzuführen, was schnelleres ermöglicht, Effizientere Lade- und Entladeraten.
NiMH-Akkus zeichnen sich durch ihre hohe Stromentladung aus. Für Anwendungen, die einen gleichmäßigen Stromfluss erfordern, NiMH-Akkus sind die bessere Wahl. NiMH-Akkus liefern auch unter schweren Lastbedingungen stabile und zuverlässige Leistung, was in manchen Anwendungsfällen von Vorteil sein kann.
In Sachen Effizienz, Lithium-Ionen-Akkus sind im Allgemeinen insgesamt effizienter als NiMH-Akkus. Der Energieumwandlungswirkungsgrad von Lithium-Ionen-Batterien liegt typischerweise bei ca 90-95%, Dies bedeutet, dass der Großteil der im Akku gespeicherten Energie effizient in nutzbaren Strom für das Gerät umgewandelt werden kann. Im Gegensatz, Die Energieumwandlungseffizienz von NiMH-Akkus liegt typischerweise bei etwa 100 % 60-80%.
3. Kosten
NiMH-Akkus sind eine günstigere Option als Lithium-Ionen-Akkus. Der Herstellungsprozess für NiMH-Akkus ist relativ einfach und kostengünstig.
Jedoch, Die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien sind in den letzten Jahren aufgrund von Fortschritten bei Herstellungsprozessen und Skaleneffekten stetig gesunken. Mit zunehmender Verbreitung der Lithium-Ionen-Technologie und steigenden Produktionsmengen wird sich der Kostenunterschied zwischen NiMH- und Lithium-Ionen-Batterien voraussichtlich weiter verringern.
4. Umweltbelastung
Die in NiMH- und Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Rohstoffe haben sowohl beim Abbau als auch bei der Verarbeitung Auswirkungen auf die Umwelt. Jedoch, Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass die Umweltauswirkungen der Herstellung von NiMH-Batterien im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien geringer sind. Dies liegt daran, dass der Abbau und die Verarbeitung von NiMH im Allgemeinen weniger ressourcenintensiv sind und einen geringeren CO2-Fußabdruck haben.
Zusätzlich, Sowohl NiMH- als auch Lithium-Ionen-Akkus können recycelt werden, Allerdings unterscheiden sich die Recyclingprozesse und die Infrastruktur beider Technologien stark.
NiMH-Akkus gelten im Allgemeinen als einfacher zu recyceln, da die zur Herstellung von NiMH-Akkus verwendeten Materialien weit verbreiteter sind und der Recyclingprozess besser entwickelt ist.
Noch anspruchsvoller ist das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien, Aufgrund ihrer komplexen Chemie sind spezielle Recyclinganlagen erforderlich. Während sich Lithium-Ionen-Batterien weiterentwickeln, Regierungen auf der ganzen Welt führen neue Regeln und Anreize ein, um die Technologie und den Umfang der Recyclingindustrie für Lithium-Ionen-Batterien zu steigern. Dies wird der Batterieindustrie den Weg in eine kreislauforientiertere und umweltfreundlichere Zukunft ebnen.
5. Anwendung
Lithium-Ionen-Batterien werden häufig für Anwendungen bevorzugt, bei denen Mobilität im Vordergrund steht, Energiedichte, und Laufzeit. Ihre höhere Energiedichte ermöglicht die Entwicklung kleinerer und leichterer Batteriepakete, Ideal für kompakte und leichte Geräte. Auch die längeren Laufzeiten von Lithium-Ionen-Akkus begünstigen solche Anwendungen.
NiMH-Akkus eignen sich besser für Anwendungen, die eine Hochstromentladung erfordern oder etwas schwereren und sperrigeren Akkupacks standhalten. Elektrowerkzeuge, ferngesteuertes Spielzeug, und andere Geräte, die eine stabile Stromquelle benötigen, können von der Hochstromentladungsfähigkeit von NiMH-Akkus profitieren. Zusätzlich, NiMH-Akkus sind eine kostengünstigere Option für Anwendungen, bei denen der Preis eine wichtige Rolle spielt.
In Sachen Sicherheit, Lithium-Ionen-Batterien erfordern ausgefeiltere Batteriemanagementsysteme und Ladeprotokolle, um Probleme wie Überhitzung zu verhindern, Überladung und körperliche Schäden. NiMH-Akkus sind im Allgemeinen sicherer und erfordern nicht die gleichen komplexen Batteriemanagementsysteme.
Wählen Sie die richtige Batterie für Ihre Bedürfnisse
Bei der Wahl zwischen NiMH- und Lithium-Ionen-Akkus, Es gibt keine Einheitslösung, die für alle passt. Die Entscheidung hängt von den spezifischen Bedürfnissen und Anforderungen der Anwendung oder des Geräts ab, die Sie betreiben. Wir hoffen, dass Sie den Inhalt dieses Artikels hilfreich fanden, und wenn Sie weitere Fragen haben, Sie können uns gerne kontaktieren.