ニッケル水素電池

最も簡単な安全な充電方法は、タイマーの有無にかかわらず、一定の低電流で充電することです。ほとんどのメーカーは、0.1 C ( C /10) (ここでCはバッテリーの容量を 1 時間で割った電流) 未満の非常に低い電流であれば過充電は安全であると主張しています。^{[ 24 ]}パナソニックの NiMH 充電マニュアルでは、長時間過充電するとバッテリーが損傷する可能性があるため、総充電時間を 10 ～ 20 時間に制限することを推奨しています。^{[ 23 ]} 

デュラセルは、常に満充電状態にしておく必要がある電池には、 C /300での微弱充電を使用できると提案しています。^{[ 24 ]}一部の充電器は、自然自己放電を相殺するために、充電サイクル後にこれを行います。同様のアプローチはエナジャイザーによっても提案されており、^{[ 21 ]}自己触媒作用により、C/10 までの充電レートで電極で生成されたガスが再結合する可能性があることを示しています。これにより、セルが発熱します。同社は、長寿命が重要な無期限の用途には、 C /30 またはC /40 を推奨しています。これは、非常用照明用途で採用されているアプローチであり、微弱充電抵抗値の増加を除いて、設計は基本的に古い NiCd ユニットと同じです。

パナソニックの取扱説明書では、待機状態のニッケル水素電池は、デューティサイクルを低くして充電することを推奨しています。これは、電池の電圧が1.3Vを下回るたびに、より高い電流のパルスを使用する方法です 。これにより、電池の寿命を延ばし、エネルギー消費量を削減できます。^{[ 23 ]}

セルの損傷を防ぐため、急速充電器は過充電が発生する前に充電サイクルを終了する必要があります。その方法の1つは、時間の経過に伴う電圧の変化を監視することです。バッテリーが完全に充電されると、端子間の電圧がわずかに低下します。充電器はこの低下を検出して充電を停止できます。この方法は、満充電時に大きな電圧降下を示すニッケルカドミウム電池でよく使用されます。しかし、NiMH では電圧降下ははるかに小さく、低充電レートでは電圧降下がまったくない場合があるため、この方法は信頼性に欠ける可能性があります。^{[ 24 ]}

別の方法として、時間に対する電圧の変化を監視し、これがゼロになったときに停止する方法がありますが、この方法では時期尚早にカットオフされるリスクがあります。^{[ 24 ]}この方法では、トリクル充電よりもはるかに高い充電レート、最大1Cを使用できます。この充電レートでは、パナソニックは、セルあたりの電圧がピーク電圧から5～10mV低下したときに充電を終了することを推奨しています。^{[ 23 ]}この方法ではバッテリーの両端の電圧を測定するため、定電圧ではなく定電流の充電回路が使用されます。  

温度変化法は、原理的にはΔV法と似ています。充電電圧はほぼ一定なので、定電流充電ではほぼ一定の速度でエネルギーが供給されます。セルが完全に充電されていないときは、このエネルギーの大部分は化学エネルギーに変換されます。しかし、セルが完全に充電されると、充電エネルギーの大部分は熱に変換されます。これにより、バッテリー温度の変化率が増加し、サーミスタ などのセンサーで検出できます。パナソニックとデュラセルはどちらも、1分あたり1℃を最大温度上昇率として推奨しています。温度センサーを使用すると絶対温度カットオフが可能になり、デュラセルは60  ℃を推奨しています。^{[ 24 ]} ΔT充電法とΔV充電法の両方で、両メーカーは最初の急速充電の後にさらにトリクル充電期間を設けることを推奨しています。

電池と直列に接続されたリセット可能なヒューズ、特にバイメタルストリップタイプのヒューズは安全性を高めます。このヒューズは、電流または温度が過大になると切れます。^{[ 24 ]}

最新のニッケル水素電池には、過充電によって発生するガスを処理するための触媒が組み込まれている。

${\displaystyle {\ce {2H2{}+O2->[{\overset {}{\text{触媒}}}]2H2O}}}$

しかし、これは最大 0.1 C (つまり、公称容量を 10 時間で割った値) の過充電電流でのみ機能します。この反応によりバッテリーが発熱し、充電プロセスが終了します。^{[ 24 ]} 

セル内充電制御と呼ばれる非常に高速な充電方法は、セル内部の圧力スイッチを利用するもので、過圧が発生した場合に充電電流を遮断する。

NiMH化学の固有のリスクの1つは、過充電によって水素ガスが発生し、セルが破裂する可能性があることです。そのため、セルには深刻な過充電が発生した場合にガスを放出するためのベントがあります。^{[ 25 ]}

NiMH電池は環境に優しい材料で作られています。^{[ 26 ]}電池には毒性の低い物質しか含まれておらず、リサイクル可能です。^{[ 21 ]}

繰り返しの部分放電による電圧低下（しばしば誤ってメモリー効果に起因するとされる）が発生する可能性があるが、数回の完全放電/充電サイクルで可逆的である。^{[ 27 ]}

複数セルパックの完全放電は、1つまたは複数のセルに逆極性を引き起こし、セルを永久的に損傷させる可能性があります。これは、4本の単3電池を直列接続した一般的な構成で発生する可能性があり、セル間の容量のわずかな違いにより、1つのセルが他のセルよりも先に完全に放電してしまうことが原因です。この場合、正常なセルが放電したセルを逆極性（つまり、正極が陽極、負極が陰極）に駆動し始めます。一部のカメラ、GPS受信機、PDAは、直列接続されたセルの安全な放電終了電圧を検出し、自動的にシャットダウンしますが、懐中電灯や一部のおもちゃなどの機器はそうではありません。

極性反転による不可逆的な損傷は、セルの温度が変化すると、低電圧閾値カットアウトが使用されている場合でも特に危険です。これは、セルが冷却されるにつれて容量が著しく低下するためです。その結果、低温のセルでは負荷時の電圧が低くなります。^{[ 29 ]}

歴史的に、NiMH セルは NiCd セルよりも自己放電率 (内部漏洩に相当)がやや高い。自己放電率は温度によって大きく変化し、保管温度が低いほど放電が遅くなり、バッテリー寿命が長くなる。自己放電は初日に5〜20%で、室温では 1 日あたり0.5〜4%程度で安定する。^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} しかし、45 °C (113 °F)では約 3 倍になる。^{[ 24 ]}  

低自己放電ニッケル水素電池（LSD NiMH）は、自己放電率が著しく低い。この技術革新は、2005年に三洋電機によってエネループというブランド名で導入された。^{[ 35 ]}電極セパレータ、正極、その他の部品の改良により、メーカーは、通常のNiMH電池の約半分に対し、 20 ℃（68 °F）で1年間保管した場合、セルの容量の70～85%が保持されると主張している。それ以外は標準的なNiMH電池と同様で、標準的なNiMH充電器で充電できる。これらのセルは、「ハイブリッド」、「すぐに使える」、「充電済み」の充電式電池として販売されている。充電保持率は、主に電池の漏洩に対する耐性（高いほど良い）、物理的なサイズ、および充電容量に依存する。  

セパレータは、電流が流れる際に回路を閉じるイオン電荷キャリアの輸送を可能にしながら、電気放電を遅らせるために2つの電極を離しておく。^{[ 36 ]}高品質のセパレータは、バッテリーの性能にとって重要である。

自己放電率はセパレータの厚さに依存します。セパレータが厚いほど自己放電は減少しますが、活性成分のためのスペースが少なくなるため容量も減少します。一方、セパレータが薄いと自己放電が高くなります。一部の電池では、より精密に製造された薄いセパレータと、エチレンビニルアルコールをベースとした親水性ポリオレフィンよりも改良されたスルホン化ポリオレフィンセパレータを使用することで、このトレードオフを克服している可能性があります。^{[ 37 ]}

自己放電の少ない電池は、セパレータの体積が大きいため、同等のNiMH電池よりも容量がやや低い。自己放電の少ないAA電池の最高容量は2500mAhで 、 高容量AA NiMH電池の2700mAhと比較すると低い。^{[ 38 ]}

自己放電を改善する一般的な方法には、スルホン化セパレータの使用（窒素含有化合物の除去）、アクリル酸グラフト化PPセパレータの使用（セパレータ内のAlおよびMnデブリ形成の減少）、A2B7MH合金中のCoおよびMnの除去_（セパレータ_内のデブリ形成の減少）、電解液量の増加（電解液中の水素拡散の減少）、Cu含有成分の除去（微小短絡の減少）、正極へのPTFEコーティング（NiOOHとH2の反応の抑制_）、CMC溶液への浸漬（酸素発生の抑制）、MH合金へのCuのマイクロカプセル化（MH合金からのH2放出の減少_）、MH合金へのNi-B合金コーティング（保護層の形成）、負極のアルカリ処理（MnおよびAlの溶出の減少）、電解液へのLiOHおよびNaOHの添加（電解液の腐食能力の減少）、およびAl2（SO）の添加などが_ある。₄ ) _{3 を}電解液に投入する（MH合金の腐食を抑制する）。これらの改良のほとんどはコストに影響がないか、ごくわずかである。一部はコストをわずかに増加させる。^{[ 39 ]}

ニッケル水素電池は、デジタルカメラやその他の高消費電力機器によく使用され、アルカリ化学を用いることが多い一次電池、あるいは劣る亜鉛炭素電池や塩化物電池よりも優れた性能を発揮する。

NiMHセルは内部抵抗が低いため、アルカリ電池よりも大電流消費用途に適しています。一般的なアルカリAAサイズの電池は、 低電流需要（25mA  ）で約2.6Ahの容量を提供しますが、 500mAの負荷 では1.3Ahの容量しか提供しません 。^{[ 40 ]} LCD付きデジタルカメラや懐中電灯は1Aを超える電流を消費し 、電池を急速に消耗させます。NiMHセルは、同様の容量損失なしにこれらの電流レベルを提供できます。^{[ 21 ]}

アルカリ電池（および亜鉛炭素電池や塩化物電池などの他の技術を用いた電池）は、新品時は1.5Vの電圧を供給しますが、使用に伴い徐々に電圧が低下します。そのため、これらの電池を使用する機器は通常、終点電圧が約1.0Vになるまで動作するように設計されています。ニッケル水素電池は、初期電圧が1.2Vですが、内部抵抗が低いため、電池がほぼ消耗するまで電圧の低下がそれほど速くなく、終点電圧1.0Vまで十分な耐久性があります。そのため、初期電圧は低いものの、ほぼすべての用途で一次電池の代わりにニッケル水素電池を使用できます。アルカリ電池用に設計された電池残量表示器は、ニッケル水素電池の初期電圧が低く、電圧低下が緩やかなため、正確ではありません。

リチウムイオン電池は、ニッケル水素電池よりも非常に高い出力と高い比エネルギーを実現できますが、^{[ 41 ]}当初は価格がかなり高かったのです。^{[ 42 ]} 2010 年代にはリチウム電池のコストが劇的に低下し、その結果、現在では多くの小型民生機器に、消費者が交換できないリチウム電池が搭載されています。リチウム電池はより高い電圧 ( 公称 3.2～3.7 V) を生成するため、電圧を下げる回路がないと AA (アルカリ電池または NiMh) 電池の代替品としてそのまま使用することはできません。通常、1 つのリチウム電池で 3 つの NiMH 電池を置き換えるのに理想的な電力が得られますが、形状のため、デバイスにはまだ変更が必要です。

ニッケル水素電池は鉛蓄電池よりも小型軽量化が容易で、小型機器においては鉛蓄電池を完全に置き換えている。しかしながら、鉛蓄電池は低コストで大電流を供給できるため、内燃機関車のスターターモーターにはより適している。

2005年現在ニッケル水素電池は電池市場の3％を占めていた。^{[ 26 ]}

NiMH電池は、特に小型充電式電池など、多くの用途でNiCdに取って代わりました。NiMH電池は一般的にAA（ペンライトサイズ）電池として入手可能です。これらの電池の公称充電容量（C）は、  1.2Vで1.1～2.8Ahで 、5時間でセルを放電するレートで測定されます。実用放電容量は放電レートの減少関数ですが、約1× C（1時間で完全放電） のレートまでは、公称容量と大きく変わりません。^{[ 27 ]}完全に充電されたNiMH電池は、公称1.2Vでセルごとに動作し、新品の1.5V使い捨て電池よりやや低いですが、ほとんどのデバイスは電圧が約1.0Vまで低下するまで動作し続けるように設計されているため、NiMH電池は性能を損なうことなくアルカリ電池に置き換えることができます。   

NiMH電池は、以前の世代の電気自動車やハイブリッド電気自動車で頻繁に使用されていました。2020年現在、電気自動車やプラグインハイブリッド車ではほぼ完全にリチウムイオン電池に置き換えられていますが、一部のハイブリッド車（例えば、2020年型トヨタ・ハイランダー）では引き続き使用されています。^{[ 43 ]}以前の全電気プラグイン車には、ゼネラルモーターズEV1、初代トヨタRAV4 EV、ホンダEVプラス、フォード・レンジャーEV、ベクトリックススクーターなどがありました。初代ハイブリッド車はすべてNiMH電池を使用しており、特にトヨタ・プリウスとホンダ・インサイトが有名です。また、フォード・エスケープ・ハイブリッド、シボレー・マリブ・ハイブリッド、ホンダ・シビック・ハイブリッドなどの後期モデルでも使用されています。