Ero litium- ja NiMH-akkujen välillä
Akut ovat ratkaiseva virtalähde monille nykyaikaisille laitteille, televisioiden kaukosäätimistä ja kameroista sähköajoneuvoihin. Yleisesti käytössä olevista erilaisista ladattavista akkutyypeistä kaksi useimmin vertailtua akkua ovat litium-akut (yleensä litiumioni/Li-ion ja litiumpolymeeri/Li-po) ja nikkelimetallihydridi (NiMH) -akut. Vaikka molemmat ovat ladattavia, niillä on erilaiset ominaisuudet energiatiheyden, kestävyyden, kustannusten, turvallisuuden ja sovellusten suhteen. Tässä artikkelissa käsitellään litium- ja NiMH -akkujen keskeisiä eroja , jotta voit valita tarpeisiisi sopivan akun.
1. Kokoonpano ja sen toimintaperiaate lyhyesti
Litium-ioni-akut kattavat useita kemiallisia ryhmiä, mutta yleisin kuluttajatuotteissa on litiumioniakku. Nämä akut hyödyntävät litiumionien liikkumista anodin ja katodin välillä elektrolyytin läpi. Koska litium on erittäin kevyttä ja sillä on korkea sähkökemiallinen potentiaali, litium-akut yleensä tuottavat suuria määriä energiaa suhteellisen pienessä koossa.
NiMH-akuissa puolestaan käytetään nikkelioksihydroksidipohjaista katodia ja vetyä absorboivaa metalliseosta (metallihydridiä) olevaa anodia. Akun toimiessa vety siirtyy ioneina ja tuottaa sähköä redox-reaktion kautta. NiMH kehitettiin NiCd:n (nikkeli-kadmium) ympäristöystävällisemmäksi seuraajaksi, koska se ei sisällä kadmiumia.
2. Energiatiheys
Yksi merkittävimmistä eroista on energiatiheys. Litium-akuilla on yleensä suurempi energiatiheys kuin NiMH-akuilla. Tämä tarkoittaa, että samasta koosta ja painosta huolimatta litium-akut voivat varastoida enemmän energiaa. Tästä syystä matkapuhelimet, kannettavat tietokoneet ja monet nykyaikaiset kannettavat laitteet käyttävät litium-akkuja: käyttäjät haluavat ohuita, kevyitä ja pitkäikäisiä laitteita.
NiMH-akuilla on alhaisempi energiatiheys. NiMH-akut ovat tyypillisesti suurempia ja painavampia samasta energiakapasiteetista huolimatta. Joissakin sovelluksissa, kuten AA/AAA-akuissa, NiMH on kuitenkin edelleen suosittu saatavuutensa, vanhempien laitteiden yhteensopivuutensa ja suhteellisen turvallisuudensa ansiosta.
3. Nimellisjännite ja sen vaikutus laitteisiin
Litium-ioniakkujen nimellisjännite on tyypillisesti noin 3,6–3,7 volttia kennoa kohden, kun taas NiMH-akkujen nimellisjännite on noin 1,2 volttia kennoa kohden. Tämä ero tekee piirisuunnittelusta ja laitteiden yhteensopivuudesta tärkeää.
Esimerkiksi 1,5 V:n AA-alkaliparistoille suunniteltu laite voi joskus toimia edelleen 1,2 V:n NiMH-akuilla, mutta joidenkin suorituskyky voi heikentyä (esim. tietyt taskulamput himmenevät). Litiumparistoja puolestaan käytetään tyypillisesti akkupaketeissa, joissa on sarjaan-rinnakkain kytketyt kennojärjestelyt laitteen jännitevaatimuksiin räätälöityinä, kuten 2S (noin 7,4 V) tai 3S (noin 11,1 V).
4. Syklin elämä
Molempia akkutyyppejä voidaan ladata satoja kertoja, mutta niiden käyttöikään vaikuttaa se, miten niitä käytetään ja ladataan.
– Litium: yleensä hyvä lataussyklien kestoikä, mutta herkkä lämmölle, ylilataukselle ja syväpurkaukselle. Monissa nykyaikaisissa litium-akuissa on suojausjärjestelmät (BMS/PCM) ylilatauksen, ylipurkauksen ja liiallisen virran estämiseksi. Normaalikäytössä litiumioniakku voi kestää satoja tai yli tuhansia lataussyklejä kennojen laadusta ja virranhallintajärjestelmästä riippuen.
– NiMH: voi kestää myös satoja lataussyklejä. NiMH kestää yleensä tiettyjä olosuhteita paremmin kuin litium, mutta sen suorituskyky voi heiketä, jos sitä säilytetään usein purkautuneessa tilassa tai sitä ladataan usein väärin. Nykyaikainen NiMH-teknologia, erityisesti matalan itsepurkautumisen (LSD) tyyppi, on yleensä vakaampi kotitalouskäyttöön.
5. Itsepurkautuminen (tehohäviö varastoinnin aikana)
Itsepurkautuminen on energian hukkaa, vaikka akkua ei käytettäisikään.
– Perinteisillä NiMH-akuilla on suhteellisen korkea itsepurkautumisnopeus; ne voivat menettää merkittävän osan varauksestaan muutamassa viikossa. Alhaisen itsepurkautumisen omaavat NiMH-akut (joita usein markkinoidaan jokapäiväiseen käyttöön) ovat kuitenkin paljon parempia ja voivat säilyttää varauksensa kuukausia.
– Litiumilla on hitaampi itsepurkautumisnopeus. Siksi litiumioniakut säilyttävät yleensä virtaa jonkin aikaa varastoinnin jälkeen, vaikkakin virta voi vähitellen laskea. On kuitenkin tärkeää muistaa, että suojauspiiri ja itse laite voivat kuluttaa jonkin verran energiaa myös valmiustilassa.
6. Latausnopeus ja -tehokkuus
Litium-ionit latautuvat yleensä nopeammin ja tehokkaammin, mutta ne vaativat hyvin tarkan latausmenetelmän (CC-CV: ensin vakiovirta ja sitten vakiojännite). Litium-ionien latauslaitteiden on oltava tarkkoja turvallisuuden takaamiseksi ja akun vaurioitumisen estämiseksi.
NiMH-akkuja ladataan tyypillisesti eri menetelmillä, kuten delta-V-ilmaisimella tai lämpötilan seurannalla. NiMH-akkuja voidaan ladata vaihtelevilla virroilla, mutta nopea lataus voi lisätä lämpötilaa. NiMH-akut ovat yleensä anteeksiantavaisempia yksinkertaisille latureille, mutta väärä lataus voi lyhentää akun käyttöikää.
7. Turvallisuus ja riskit
Turvallisuusnäkökohdat ovat usein merkittävä huolenaihe.
– Litium on alttiimpi fyysisille vaurioille, ylilatauksille, oikosuluille tai äärimmäisille lämpötiloille. Vakavissa tapauksissa litiumkennot voivat kokea lämpöpurkauksia, jotka voivat johtaa tulipaloon. Siksi litiumparistot on tyypillisesti varustettu elektronisella suojauksella, lämpötila-antureilla ja kestävällä mekaanisella rakenteella.
– NiMH on yleensä turvallisempi ja kemiallisesti vakaampi. Jos ongelmia ilmenee, ne johtavat yleensä vain lämmöntuotantoon tai elektrolyyttivuotoon, vaikka ne ovatkin vaarallisia, jos niitä käsitellään huolimattomasti. Kotikäyttöön ja yksinkertaisiin laitteisiin NiMH:tä pidetään usein turvallisempana ja käytännöllisempänä vaihtoehtona.
8. Hinta ja saatavuus
AA/AAA-kokoisia NiMH-akkuja on helposti saatavilla, ne ovat suhteellisen edullisia ja niitä voidaan käyttää monissa laitteissa, jotka vaativat standardiakkuja. NiMH-latureita on myös saatavilla monenlaisina, edullisista edistyneisiin.
Litium-ionit ovat tyypillisesti kalliimpia yksikköä kohden, erityisesti käytettäessä korkealaatuisia kennoja ja suojausjärjestelmiä. Korkean energiatiheytensä vuoksi yksikköhinta voi kuitenkin olla kilpailukykyinen tietyissä sovelluksissa. Älypuhelimien kaltaisissa laitteissa litium-ioneista on tullut lähes alan standardi ylivoimaisen suorituskykynsä ansiosta.
9. Sopivat käyttötarkoitukset ja sovellukset
Litium-ion-akut sopivat:
– Älypuhelimet, tabletit, kannettavat tietokoneet
– Nykyaikaiset kamerat ja tehokkaat kannettavat laitteet
- Virta pankki
– Droonit ja RC-laitteet
- Sähköajoneuvot (tiettyjen litiumkemiallisten vaihteluiden kera)
NiMH-akut sopivat:
– Ladattavat AA/AAA-paristot kaukosäätimiin, kelloihin, leluihin ja taskulamppuihin
– Laitteet, jotka vaativat nopean ja helpon akunvaihdon
– Käyttö kotitaloudet, jotka tarvitsevat paristoja turvallinen ja kestävä
– Jotkin teollisuussovellukset tai -laitteet on suunniteltu NiMH-akuille
10. Ympäristövaikutukset ja kierrätys
Molemmilla on ympäristövaikutuksia ja ne on kierrätettävä asianmukaisesti. NiMH on ympäristöystävällisempi kuin NiCd, koska se ei sisällä kadmiumia, mutta se sisältää silti nikkeliä ja muita kemikaaleja, joita ei tule hävittää huolimattomasti.
Litiumparistot vaativat myös kierrätystä, koska ne sisältävät mahdollisesti vaarallisia metalleja ja elektrolyyttejä. Lisäksi litiumparistojen lisääntyvä käyttö lisää tarvetta parantaa kierrätysinfrastruktuuria jätteen vähentämiseksi ja arvokkaiden materiaalien talteen ottamiseksi.
Johtopäätös
Litium- ja NiMH-akkujen tärkeimmät erot ovat energiatiheys, kennokohtainen jännite, itsepurkautuminen, turvallisuus ja latausjärjestelmän vaatimukset. Litium erottuu edukseen suuressa kapasiteetissa, keveydessä ja suorituskyvyssä nykyaikaisissa laitteissa, mutta vaatii asianmukaista suojausta ja latausta. NiMH on erinomaista turvallisuuden, saatavuuden ja yhteensopivuuden suhteen tavallisten AA/AAA-akkujen kanssa, vaikka se on yleensä painavampaa ja sen jännite on alhaisempi.
Jos tarvitset akun tehokkaaseen kannettavaan laitteeseen ja priorisoit kompaktia kokoa, litium-akut ovat ensisijainen valinta. Kotitalouskäyttöön laitteille, jotka vaativat vakioakkuja ja haluavat yksinkertaisemman ja turvallisemman vaihtoehdon, NiMH-akut ovat kuitenkin edelleen erittäin relevantteja ja harkitsemisen arvoisia. Parhaan akun valinta riippuu viime kädessä laitteesi tarpeista, käyttötottumuksista ja prioriteeteistasi suorituskyvyn, kustannusten ja turvallisuuden välillä.
