หากการชาร์จเกินคือเครื่องยนต์แห่งการชราของ NiMH พื้นผิวของขั้วลบโลหะผสมไฮไดรด์ก็คือจุดที่การสึกหรอส่วนใหญ่ของเครื่องยนต์นั้นสะสมอยู่ ฟิล์มพื้นผิวเดียวกันที่เร่งปฏิกิริยาการดูดซับไฮโดรเจนและการรวมตัวใหม่ของออกซิเจนอาจหนาตัวขึ้นเป็นชั้นการกัดกร่อนที่มีความต้านทานภายใต้ความเครียดออกซิเดชันและความร้อนที่ยืดเยื้อ อนุภาคโลหะผสมแตกร้าวขณะ «หายใจ» ไฮโดรเจน และธาตุองค์ประกอบถูกชะล้างเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์ งานนี้ลงไปในระดับจุลทรรศน์เพื่ออธิบายการเสื่อมโทรมของอิเล็กโทรดไฮไดรด์ แสดงว่ากระแสชาร์จ การชาร์จเกินและอุณหภูมิควบคุมอัตราการชราอย่างไร ตรวจสอบนวัตกรรมวัสดุ – รวมถึงการเคลือบฟลูออไรด์แรร์เอิร์ธที่พิสูจน์แล้วว่าต้านทานการชาร์จเกินที่โหดร้าย – และแปลวิทยาศาสตร์วัสดุเป็นแนวทางโปรโตคอลการชาร์จ
อนุภาคโลหะผสมไฮไดรด์ต้องมีพื้นผิวที่ทั้งปกป้องและเร่งปฏิกิริยาพร้อมกัน: ฟิล์มบางที่อุดมด้วยออกไซด์ป้องกันการกัดกร่อนทั้งก้อน ขณะที่กลุ่มตัวเร่งปฏิกิริยาใต้พื้นผิวแยกน้ำเป็นไฮโดรเจนที่ดูดซับได้และรวมออกซิเจนใหม่ ในสภาพที่ผลิต ชั้นนี้บางและนำไฟฟ้า ความสมดุลของมันทำให้อิเล็กโทรดลบที่ออกแบบให้ใหญ่เกินทำหน้าที่ทั้งเป็นคลังไฮโดรเจนและแหล่งรับออกซิเจนระหว่างการชาร์จเกิน
ประวัติการชาร์จเลื่อนความสมดุลนั้น การชาร์จเกินที่ยืดเยื้อคงพื้นผิวไว้ในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ และความร้อนจากการรวมตัวใหม่ยกอุณหภูมิของมันขึ้น ทำให้ออกไซด์หนาขึ้น ลดความหนาแน่นของไซต์เร่งปฏิกิริยาและยกความต้านทานการถ่ายเทประจุ – ครึ่งวงกลม EIS ความถี่ปานกลางที่โตขึ้น ระบุใน Paper 17 ว่าเป็นลายเซ็นการชราหลัก
ในแต่ละวัฏจักรชาร์จ-คายประจุ ตาข่ายโลหะผสมจะขยายและหดตัวเมื่อไฮโดรเจนเข้าและออก การเปลี่ยนแปลงปริมาตรซ้ำๆ ก่อให้เกิดรอยร้าวที่ทำให้อนุภาคแตกเป็นผง เปิดเผยพื้นผิวใหม่ที่ไม่มีการป้องกันต่อการเกิดออกซิเดชัน พื้นผิวที่มากขึ้นในตอนแรกช่วยจลนพลศาสตร์ แต่เมื่อผ่านวัฏจักรกลับเร่งการกัดกร่อน และอนุภาคละเอียดอาจอุดตันอิเล็กโทรดพรุน กระแสสูงทำให้เกรเดียนต์ความเข้มข้นภายในชันขึ้น และทำให้การกระจายไฮโดรเจน – และดังนั้นการขยายเฉพาะจุด – ไม่สม่ำเสมอมากขึ้น เพิ่มความเครียดเชิงกล
การชาร์จที่นุ่มนวลกว่า ควบคุมความร้อน และหลีกเลี่ยงสถานะประจุสุดโต่ง จะรักษาการขยายตาข่ายไว้ในช่วงที่แคบกว่า ลดการเติบโตของรอยร้าว นี่คือเส้นทางที่สอง เชิงกล – เคียงข้างกับเคมีการกัดกร่อน – ที่โปรโตคอลการชาร์จควบคุมอายุของขั้วลบ
ในอิเล็กโทรไลต์ด่าง องค์ประกอบโลหะผสมที่ถูกออกซิไดซ์สามารถละลาย (การชะล้าง) และโลหะผสมอาจผ่านการแยกสัดส่วนอย่างช้าๆ นำวัสดุออกจากเฟสที่เก็บไฮโดรเจน ผลกระทบระดับระบบที่ชัดเจนที่สุดคือการกัดเซาะความจุสำรองของขั้วลบ: ออกแบบให้ใหญ่เกินเพื่อดูดซับออกซิเจนจากการชาร์จเกิน ขั้วลบที่ถูกกัดกร่อนในที่สุดก็สูญเสียขอบเขตนั้น จุดที่การคายไฮโดรเจน ความดันที่เพิ่มขึ้นและการระบายเร็วขึ้นปรากฏ – การเร่งอย่างกะทันหันปลายอายุที่คุ้นเคยของการเสื่อมโทรม NiMH
เนื่องจากการสูญเสียความจุสำรองเป็นแบบสะสมและส่วนใหญ่ไม่สามารถย้อนกลับได้ กลยุทธ์เพิ่มอายุสูงสุดคือชะลอการใช้จ่าย: ลดระยะเวลาการชาร์จเกินและอุณหภูมิตามที่ Papers 4 และ 21 กำหนด รักษาความดันให้ต่ำกว่าเกณฑ์การระบาย และจับคู่กระแสชาร์จกับความสามารถในการรวมตัวใหม่ของเกรด แทนที่จะเป็นความสามารถสูงสุดของเครื่องชาร์จ
การวิจัยวัสดุมุ่งเป้าไปที่พื้นผิวนี้โดยตรง ตัวอย่างที่โดดเด่นคือการดัดแปลงด้วยฟลูออไรด์แรร์เอิร์ธ – ขั้วลบเคลือบ LaF3 รายงานว่ารักษาความจุประมาณร้อยละ 88 หลังจาก 40 วัฏจักรชาร์จเกินที่จงใจให้โหดร้ายและทำงานได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ –, โดยการทำให้พื้นผิวเสถียรต่อการออกซิเดชันและรักษากิจกรรมเร่งปฏิกิริยา โลหะผสม AB2 ขั้นสูงและโลหะผสมซูเปอร์แลตทิซ การแทนที่ธาตุและการรักษาพื้นผิวแบบควบคุมแสวงหาเป้าหมายเดียวกัน: ฟิล์มที่ยังคงบางและเร่งปฏิกิริยาภายใต้สภาวะชาร์จเกินที่เครื่องชาร์จจริงกำหนด
สำหรับนักออกแบบเครื่องชาร์จ สิ่งนี้สำคัญเพราะเกรดเซลล์กำหนดงบประมาณการใช้งานที่รุนแรง: เกรดที่ออกแบบด้วยพื้นผิวต้านการกัดกร่อนทนต่อโปรไฟล์ที่เร็วและร้อนกว่าเกรดมาตรฐาน และข้อกำหนดการชาร์จควรปรับให้เข้ากับงบประมาณที่วัดได้นั้น แทนที่จะใช้อย่างสม่ำเสมอ
แนวทางที่บรรจบกันคือรักษาขั้วลบให้เย็น หลีกเลี่ยงการชาร์จเกินออกซิไดซ์ที่ยืดเยื้อ และหลีกเลี่ยงการชาร์จกระแสสูงที่อุณหภูมิสุดโต่ง ซึ่งจลนพลศาสตร์พื้นผิวถูกกดดันมากที่สุด ในทางปฏิบัติ: การสิ้นสุดหลายเกณฑ์ที่หยุดที่จุดเปลี่ยนเว้า/-เดลต้า-วี การเติมเต็มด้วยกระแสที่ลดลง การบำรุงรักษาแบบพัลส์แทนที่จะเป็นทริเคิลต่อเนื่อง (Paper 9) และการลดกระแสเมื่อความต้านทานการถ่ายเทประจุที่บันทึกไว้บ่งชี้ว่าพื้นผิวชราแล้ว
รูปแรกเปรียบเทียบฟิล์มพื้นผิวใหม่และชราพร้อมผล EIS รูปที่สองเปรียบเทียบการรักษาความจุภายใต้การชาร์จเกินที่โหดร้ายในเชิงคุณภาพสำหรับพื้นผิวเคลือบ/ป้องกันและมาตรฐาน แสดงให้เห็นว่าทำไมเกรดวัสดุและโปรโตคอลจึงต้องเลือกพร้อมกัน
ข้อกำหนดที่ป้องกันได้ระบุระยะเวลาและอุณหภูมิชาร์จเกินสูงสุดสำหรับเกรดที่เลือก ลดกระแสเมื่อความต้านทานพื้นผิวเพิ่มขึ้น และจับคู่โปรแกรมชาร์จเร็วกับเกรดที่การรักษาพื้นผิวได้รับการจัดอันดับไว้ Weijiang สามารถให้คำแนะนำในการเลือกเกรดเทียบกับการสัมผัสชาร์จเกินเป้าหมาย และจัดหาเส้นโค้งการเติบโตของความต้านทานการถ่ายเทประจุที่ช่วยให้เครื่องชาร์จตรวจจับการชราของขั้วลบก่อนที่การสูญเสียความจุสำรองจะวิกฤต บทความถัดไปถอยกลับเพื่อวัดเชิงปริมาณว่าพื้นที่โปรโตคอลทั้งหมด – ความลึกของการชาร์จ อัตราและอุณหภูมิ – ส่งผลต่ออายุวัฏจักรอย่างไร
Weijiang Power ออกแบบและผลิตเซลล์นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ แพ็กที่จับคู่แล้วและการกำหนดค่าพร้อมชาร์จสำหรับลูกค้าผู้บริโภค อุตสาหกรรม การแพทย์และการเคลื่อนที่ และสนับสนุนพันธมิตรด้วยคำแนะนำโปรโตคอลการชาร์จ ไฟล์สมรรถนะ IEC 61951-2 หลักฐานความปลอดภัย IEC 62133-1 และการตรวจสอบความถูกต้องร่วมของเครื่องชาร์จ แจ้งรูปแบบเซลล์ อัตราชาร์จ ขอบเขตความร้อนและเป้าหมายวัฏจักรแก่เรา แล้ววิศวกรของเราจะกำหนดชุดเซลล์และการชาร์จที่ปกป้องทั้งเวลาทำงานและอายุการใช้งาน ตรวจสอบกลุ่มผลิตภัณฑ์ได้ที่หน้าผลิตภัณฑ์
