Jedyną technologią, która sprawiła, że niklowo-wodorkowy produkt konsumencki stał się akceptowalnym zamiennikiem alkaliów, nie była większa pojemność, lecz mniejsze samorozładowanie. Konwencjonalne ogniwa NiMH traciły co miesiąc znaczną część ładunku, siedząc w szufladzie, co wymusiło rytuał ładowania akumulatorów w noc poprzedzającą podróż i sprawiało, że akumulatory były niewygodne. Generacja wstępnie naładowanych akumulatorów o niskim samorozładowaniu (LSD) zmieniła to: ogniwa opuszczają fabrykę naładowane, pozostają przez miesiące lub lata i nadal zasilają urządzenie po pierwszym podłączeniu. W artykule tym przyjrzymy się wnętrzu cylindrycznego ogniwa LSD, aby wyjaśnić, skąd pochodzi samorozładowanie, jakie zmiany materiału i procesu je tłumią oraz jak te zmiany oddziałują na pojemność i czas cyklu.
Naładowane ogniwo NiMH to układ utrzymywany z dala od równowagi chemicznej i rozkurcza się w stronę tej równowagi nawet bez zewnętrznego obciążenia. Wewnętrzne reakcje uboczne na ujemnym stopie magazynującym wodór, przepływ środków chemicznych przez separator, drobne zanieczyszczenia w elektrolicie i powolny rozkład na dodatniej elektrodzie niklowej – wszystko to składa się na prąd samorozładowania. W konwencjonalnym ogniwie procesy te są na tyle szybkie, że duża część zmagazynowanej energii może zostać utracona w ciągu kilku miesięcy w temperaturze pokojowej, a jeszcze szybciej, gdy jest ciepło. Samorozładowanie nie jest zatem wadą produkcyjną, którą należy wyeliminować, ale zbiorem szybkości reakcji, które należy obniżyć zgodnie z projektem - i dokładnie to uczyniła generacja LSD.
Elektrodą ujemną ogniwa NiMH jest stop wodorku metalu, który magazynuje wodór w swojej sieci krystalicznej. Udoskonalenie składu stopu – dostrojenie mieszanki miszmetalu i pierwiastków ziem rzadkich, elementów stabilizujących i wyżarzonej mikrostruktury – sprawia, że zmagazynowany wodór jest mniej podatny na ucieczkę na biegu jałowym i ogranicza korozję pasożytniczą. Wiodący producenci LSD opisują ulepszenie siatki stopu wodorku metalu, tak aby ogniwo zachowało wysoki udział ładunku (około 70 procent to powszechnie cytowana liczba za dziesięć lat, mierzona w odniesieniu do minimalnej pojemności zgodnie z określoną metodą IEC i właściwym przechowywaniem) swojego ładunku w długim okresie, a jednocześnie jest odporny na spadki napięcia, które starsze NiMH wykazywały w połowie rozładowania. Stop ten stanowi największą pojedynczą dźwignię stabilności na biegu jałowym.
Porowaty separator pomiędzy elektrodami nie jest pasywnym odstępnikiem w ogniwie LSD. Obróbka i wybór materiału separatora pozwala kontrolować zanieczyszczenia zawierające azot i transportery chemiczne, które w przeciwnym razie przenoszą powolny prąd wewnętrzny, a także zarządza szlakiem rekombinacji tlenu, który zapewnia bezpieczeństwo uszczelnionego ogniwa podczas przeładowania. Czystszy i bardziej stabilny separator jest głównym powodem, dla którego ogniwa LSD tolerują reżimy ściekania i konserwacji, które powodują starzenie się konwencjonalnych ogniw. Wraz z elektrolitem o wyższej czystości i większą czystością produkcyjną – mniejszą liczbą zbłąkanych cząstek metalu, które stają się wewnętrznymi mikrozwarciami – separator przekształca nieszczelny zbiornik chemiczny w stabilny.
Powstrzymywanie samorozładowania nie jest bezpłatne. Wczesne ogniwa LSD oferowały pewną maksymalną pojemność na rzecz stabilności, dlatego też wstępnie naładowane ogniwa AA pierwszej generacji osiągały umiarkowane pojemności, podczas gdy konwencjonalne ogniwa o dużej pojemności nadal oferowały większe liczby. Nowoczesne formuły wypełniły większość tej luki, ale trójkąt konstrukcyjny pozostał: ogniwo można zoptymalizować pod kątem maksymalnej wydajności, maksymalnego cyklu życia lub maksymalnej długoterminowej retencji, a mocne naciskanie jednej osi kosztuje pozostałych. W przypadku gospodarstwa domowego, które ceni sobie „działa, gdy biorę je po latach”, zrównoważone ogniwo LSD pokonuje konwencjonalne ogniwo o najwyższej pojemności mAh, które jest płaskie, gdy jest to potrzebne – punkt selekcji Artykuł B rozwija się na podstawie danych.
Sprzedaż w stanie wstępnie naładowanym jest kamieniem milowym zarówno pod względem psychologicznym, jak i technicznym: ogniwo LSD konkuruje z ogniwem alkalicznym na własnych warunkach przechowywania – otwórz opakowanie i użyj go natychmiast – oferując jednocześnie możliwość ponownego naładowania później. Usunięcie bariery „naładuj przed pierwszym użyciem” pozwoliło sprzedawcom detalicznym takim jak IKEA na ujednolicenie asortymentu akumulatorów bez powodowania dezorientującego doświadczenia klienta. Animowane krzywe retencji poniżej porównują konwencjonalne ogniwo NiMH, LSD i alkaliczne ogniwo referencyjne w czasie przechowywania, pod względem jakościowym: luka, która otwiera się w pierwszych miesiącach, jest dokładnie tą luką, która zadecydowała o rynku konsumenckim.
Ponieważ stwierdzenie „niski poziom samorozładowania” jest stwierdzeniem marketingowym, które łatwo przesadzić, wiarygodnym sposobem jest wyrażenie retencji i odzyskiwania w języku normy IEC 61951-2 – utrzymanie ładunku po określonym przechowywaniu i odzyskiwanie ładunku po kolejnym ładowaniu – oraz odróżnienie wartości dziesięcioletniego przechowywania (twierdzenie zatrzymania w kontrolowanych warunkach) od wartości cyklu życia (twierdzenie trwałości). Artykuł C pokazuje, jak te twierdzenia są testowane i dokumentowane. Zrozumienie inżynierii materiałowej pozwala kupującemu krytycznie zapoznać się z arkuszem danych, a producentowi dostosować stop, separator i równowagę czystości do segmentu gospodarstw domowych, a nie tylko do wartości wzorcowych.
Moc Weijiangaprodukuje wstępnie naładowane ogniwa NiMH AA i AAA o niskim samorozładowaniu, z dostrojonym stopem magazynującym wodór i poddanymi obróbce separatorami, utrzymującymi ładunek przez długi czas przechowywania i gotowymi do użycia po wyjęciu z opakowania. Wyślij docelowe miesiące przechowywania, pojemność i stopień cyklu, a my określimy formułę LSD dopasowaną do urządzenia.
