ニッケル水素電池とリチウムイオン電池の違い

今日、私たちは毎日コンピューター、携帯電話、デジタルカメラなどの電子機器に囲まれています。これらにはすべて共通点があり、それはバッテリーです。市場では、いくつかの種類の電池が販売されています。それぞれの種類のバッテリーには専門分野があります。同時に、ある領域が他の領域と比較して不足している必要があります。今日は、2 つの主要なタイプのバッテリー、つまり NiMH バッテリーとリチウムイオンバッテリーについて説明します。最も一般的な充電式電池です。ニッケル水素電池とリチウムイオン電池の違いを見てみましょう。

ニッケル水素電池とは何ですか?

NiMH は、1989 年に主に開発された充電式バッテリーです。非常に手頃な価格で、充電されていないアルカリ電池と同様に機能します。これらは漏れや破裂の可能性が低く、若干低いものの、通常は互換性のあるセル電圧を備えています。 NiCd 電池の化学手順と同様に、正極には水酸化ニッケルが使用されます。ニッケルカドミウム電池と比較して、ニッケル水素電池は 2 ～ 3 倍の容量と高いエネルギー密度を持っています。

リチウムイオン電池とは何ですか?

先進的なバッテリー技術です。電気化学の重要な部分としてリチウムイオンを使用します。放電サイクル中、アノード内のリチウム原子はイオン化を受け、電子から分離されます。これらのリチウムイオンは電解質中を移動し、カソードに向かって進みます。カソードに到達すると、リチウムイオンは電子と結合し、電気的中性を取り戻します。

リチウムイオン電池も充電式電池です。リチウム金属酸化物で作られたカソードと、通常グラファイトで作られたアノードを備えています。リチウムイオン電池は、ノートパソコン、自動車、携帯電話など、幅広い製品に使用されています。

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日常生活の違い

性能のスケールでは、リチウムイオン電池は最大のカテゴリーでニッケル水素電池よりも優れています。 NiMH のライフサイクルが 2 ～ 5 年であるのに比べ、ライフサイクルは 5 年と長いです。リチウムイオン電池には、ニッケル水素電池に比べていくつかの利点があります。充電時間が大幅に短縮され、極端な温度でも優れたパフォーマンスを発揮し、充電を長期間維持します。一方、ニッケル水素電池は一般的にリチウムイオン電池に比べて手頃な価格です。メンテナンスがほとんど必要なく、より環境に優しく、輸送時にリチウムイオン電池が従う必要がある輸送規制がありません。

リチウムイオン電池のメリットとデメリット

リチウムイオン電池のメリット

メンテナンスが簡単

リチウムイオン電池の大きな利点の 1 つは、性能を保証するためのメンテナンスが必要ないことです。 Ni-Cad セルは、メモリー効果を避けるために定期的に放電する必要がありました。このメンテナンス手順は、リチウムイオン電池やセルには影響を与えないため、必要ありません。

バッテリー寿命の延長

リチウムイオン電池は一般に、他のほとんどの電池モデルに比べて長時間持続します。これらのバッテリーは約 2 ～ 3 年間、または 300 ～ 500 回の充電期間で持続します。

連続電圧

リチウムイオン電池のもう 1 つの利点は、安定した電圧を維持できることです。負荷がどれほど重い場合でも、リチウムイオン電池は電圧を効果的に一定に保ちます。これは、すべてのリチウムイオン電池で生成される電圧が約 3.6 ボルトであり、他の代替電池よりも高いためです。

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入手可能なモデルの多様性

リチウムイオン電池にはいくつかの種類があります。この利点により、リチウムイオン電池を適切な用途に使用できる可能性があります。一部のリチウムイオン電池は高い電流密度を提供し、民生用モバイル電子機器に最適です。他の製品では、はるかに高い電流レベルを提供でき、電動工具や電気自動車に最適です。

環境に優しい

リチウムイオン電池は、材料に鉛、カドミウム、水銀などの物質を使用していないため、環境負荷が低いです。カドミウム、鉛、水銀などの物質は、常に自然界に存在しています。したがって、自然環境そのものに大きな影響を与えることはありません。

軽量かつコンパクト

リチウム電池には重量面での利点があり、従来の電池よりも 50 ～ 60% 軽いです。この特性により、スマートフォンや電子書籍リーダーなどのコンパクトでポータブルなデバイスに非常に適しています。

高いエネルギー密度

リチウムイオン電池は、高エネルギー密度の点で最高のパフォーマンスを発揮します。この特性は、バッテリーがそのサイズに対して保持できるエネルギーを定義します。バッテリーが貯蔵できる電力が増えるほど、そのエネルギー密度は高くなります。リチウムイオン電池では 260 ～ 270 wh/kg の節約が可能ですが、鉛蓄電池では 50 ～ 100 wh/kg の節約が可能です。

低い自己放電率

リチウムイオン電池の自己放電率は、NiMH などの他の充電式電池よりもはるかに低いです。通常、充電後の最初の 4 時間は約 5% ですが、その後は 1 か月あたり約 1 ～ 2% に低下します。

リチウムイオン電池のデメリット

保護が必要です

リチウム電池は壊れやすいため、安全な動作を保証するために保護回路が必要です。この回路は、充電中の各セルの最大電圧を制限し、放電中にセル電圧が過度に低下するのを防ぐ上で重要な役割を果たします。

パフォーマンスは時間の経過とともに低下します。

リチウムイオン電池の寿命は長期にわたっていますが、寿命全体にわたって同じままであることはありません。また、リチウムイオン電池は時間の経過とともに性能が低下します。また、バッテリーは、使用しているかどうかに関係なく、性能が低下します。容量の低下には時間に関連した要因もあります。

非常に壊れやすい

リチウムイオン電池は堅牢な技術がほとんどないため、過酷な使用には適していません。リチウムイオン電池には重合した液体電解質が含まれているため、すぐに穴が開く可能性があります。

簡単ではない交通手段

リチウムイオン電池の輸送、特に大量のリチウムイオン電池の航空輸送には多くの制限がありますが、飛行機に乗る際は少数の電池を手荷物に入れて持ち込むことができます。

高温では安全ではない

リチウムイオン電池のもう 1 つの主な欠点は、高温での使用が安全でないことです。スマートフォンのリチウムイオン電池が過熱すると発火、爆発する可能性があります。

高い

リチウムイオン電池の製造にはかなりのコストがかかる可能性があります。これらの電池の一般的な製造コストは、ニッケル水素電池よりも約 40% 高くなります。

充電方法の違い

自己放電

自己放電はバッテリーが使用されていないことによって発生します。 Ni-MH バッテリーの自己放電は比較的一般的であり、自己放電によりバッテリーの寿命が短くなり、早期に終了することがあります。対照的に、リチウムイオン電池の自己放電は、使用される材料による自然な化学的差異により、ほとんど無視できます。

メモリー効果なし

ニッケル水素電池には顕著なメモリー効果があります。そのため、ニッケル水素電池は使用後に毎回慎重に深放電して残りのメモリをクリアする必要がありますが、リチウムイオン電池はいつでも再充電できます。

高充放電プラットフォーム

単一のリチウムイオン電池の電圧は 3.6 V、単一の NiMH 電池の電圧は 1.2 ボルトです。リチウムイオン電池は、端子電圧を設定することによって充電されます (通常、セルあたり 4.2V)。ニッケル水素電池は大きな電圧変動がありません。リチウムイオン電池の充電方法は電圧および電流制限として知られていますが、ニッケル水素電池には電圧プラトーが低く、通常は定電流を使用して充電されます。リチウムイオン電池充電器とニッケル水素電池充電器は充電方法が異なるため、互換的に使用することはできません。

結論

NiMH バッテリーと比較して、リチウムイオンバッテリーはほとんどのカテゴリで優れたパフォーマンスを発揮します。リチウムイオン電池の平均寿命は、平均寿命が 2 ～ 5 年の NiMH 電池の 5 倍です。さらに、リチウムイオン電池はニッケル水素電池よりも充電が速く、極端な温度にも耐えることができ、寿命も長くなります。ニッケル水素電池はリチウムイオン電池よりも高価です。メンテナンスはほとんど必要なく、リチウムイオン電池に必要な出荷規制に従う必要もありません。