1. Nguyên tắc và Cấu trúc cơ bản

Pin Ni-CD và Ni-Mh

Nguyên tắc: Chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện thông qua phản ứng hóa học. Trong quá trình xả, cadmium (Cd) ở điện cực âm bị oxy hóa thành ion cadmium (Cd²⁺), trong khi nickel hydroxide (Ni(OH)₂) ở điện cực dương bị khử thành nickelous hydroxide (NiOOH).

Cấu trúc: Gồm một tấm cực dương (cadmium), một tấm cực âm (nickel hydroxide) và một chất điện phân (thường là dung dịch kali hydroxide), tất cả được bao bọc trong một vỏ kim loại. Pin Nickel-metal hydride

Nguyên tắc: Tương tự như pin nickel-cadmium, nhưng vật liệu điện cực âm là hợp kim lưu trữ hydro, có thể hấp thụ và giải phóng hydro một cách thuận nghịch.

Cấu tạo: Cũng bao gồm một cực dương (hợp kim lưu trữ hydro), một cực âm (nickel hydroxide) và một chất điện phân (dung dịch kali hydroxide), nhưng thiết kế tổng thể nhỏ gọn hơn và có mật độ năng lượng cao hơn.

Pin Lithium-ion

Nguyên tắc: Dựa vào sự di chuyển của các ion lithium giữa các điện cực dương và âm để lưu trữ và giải phóng năng lượng. Trong quá trình sạc, các ion lithium di chuyển từ điện cực dương đến điện cực âm; trong quá trình xả, sự di chuyển bị đảo ngược.

Cấu tạo: Thường bao gồm một điện cực dương (chẳng hạn như lithium cobalt oxide hoặc lithium iron phosphate), một điện cực âm (graphite hoặc các vật liệu carbon khác), một chất điện phân (muối lithium trong dung môi hữu cơ) và một bộ phân tách.

2. Đặc tính hiệu suất

Mật độ năng lượng

Pin nickel-metal hydride: Mật độ năng lượng tương đối thấp, nhưng nặng, khiến chúng không phù hợp với các ứng dụng yêu cầu mật độ năng lượng cao.

Pin Ni-metal hydride: Mật độ năng lượng cao hơn pin nickel-cadmium, nhưng vẫn thấp hơn pin lithium-ion.
Pin lithium-ion: Cung cấp mật độ năng lượng cao nhất, cung cấp năng lượng lâu dài đồng thời giảm trọng lượng thiết bị. Hiệu ứng nhớ

Pin nickel-cadmium: Chúng thể hiện hiệu ứng nhớ đáng kể, có nghĩa là việc sạc trước khi xả hoàn toàn có thể khiến dung lượng của chúng giảm dần.

Pin nickel-metal hydride: Hiệu ứng nhớ ít rõ rệt hơn, nhưng vẫn nên cẩn thận để tránh sạc và xả một phần thường xuyên.

Pin lithium-ion: Chúng hầu như không thể hiện hiệu ứng nhớ và có thể được sạc và xả bất cứ lúc nào mà không ảnh hưởng đến dung lượng của chúng.

Tỷ lệ tự xả

Pin nickel-cadmium: Chúng có tỷ lệ tự xả cao và yêu cầu sạc thường xuyên khi không sử dụng trong thời gian dài để tránh cạn kiệt.

Pin nickel-metal hydride: Chúng có tỷ lệ tự xả thấp hơn và vượt trội hơn pin nickel-cadmium.

Pin lithium-ion: Chúng có tỷ lệ tự xả thấp nhất và có thể giữ lại mức sạc cao ngay cả sau khi lưu trữ lâu dài.

An toàn

Pin nickel-cadmium: Chúng có thể tạo ra khí độc trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc đoản mạch và chúng có nguy cơ quá nhiệt.

Pin nickel-metal hydride: Chúng tương đối an toàn hơn, nhưng vẫn nên cẩn thận để tránh sạc quá mức và đoản mạch.

Pin lithium-ion: Mặc dù những tiến bộ công nghệ đã cải thiện độ an toàn của chúng, nhưng hiện tượng chạy trốn nhiệt và thậm chí nổ vẫn có thể xảy ra trong điều kiện khắc nghiệt, vì vậy phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình sử dụng và bảo trì.

Tuổi thọ chu kỳ

Pin nickel-cadmium: Chúng thường có thể kéo dài hàng trăm chu kỳ sạc và xả. Pin nickel-metal hydride: Tuổi thọ chu kỳ dài hơn, thường đạt hàng nghìn chu kỳ.

Pin lithium-ion: Tuổi thọ chu kỳ dài nhất, với các sản phẩm chất lượng cao có khả năng đạt hàng nghìn hoặc thậm chí hàng chục nghìn chu kỳ sạc và xả.

Thân thiện với môi trường

Pin nickel-cadmium: Chứa cadmium kim loại nặng, có hại cho môi trường và yêu cầu xử lý và tái chế đặc biệt.

Pin Ni-metal hydride: Không chứa kim loại nặng, chúng tương đối thân thiện với môi trường hơn, nhưng vẫn cần phải xử lý pin đã qua sử dụng đúng cách.

Pin lithium-ion: Mặc dù không chứa kim loại nặng, nhưng việc xử lý không đúng cách có thể dẫn đến rò rỉ chất điện phân và ô nhiễm môi trường, do đó cần phải tái chế chuyên nghiệp.

3. Ứng dụng

Pin Ni-cadmium: Do chi phí thấp và khả năng chống va đập tuyệt vời, chúng đã từng được sử dụng rộng rãi trong dụng cụ điện, đồ chơi và các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, với những tiến bộ công nghệ, chúng đã dần được thay thế bằng các loại pin khác.

Pin Ni-metal hydride: Thích hợp cho các thiết bị như máy ảnh kỹ thuật số, hệ thống âm thanh di động và đèn pin, chúng được ưa chuộng vì mật độ năng lượng cao và tỷ lệ tự xả thấp. Chúng cũng thường được sử dụng trong các hệ thống năng lượng phụ trợ cho xe hybrid và xe điện.

Pin lithium-ion: Được sử dụng rộng rãi trong điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính xách tay, máy bay không người lái, xe điện và các lĩnh vực khác. Do mật độ năng lượng cao, tuổi thọ chu kỳ dài và tỷ lệ tự xả thấp, nó đã trở thành giải pháp năng lượng được ưa chuộng cho các thiết bị điện tử và xe cộ hiện đại.