概要
ニッケル水素電池（NiMH）は、ニッケル系の正極と水素を蓄える負極のあいだで可逆的な電気化学反応を利用して電気エネルギーを蓄える、充電可能な二次電池の一種である。NiMHセルは、AAやAAAといった一般的な家庭用サイズのほか、産業用途、電動工具、自動車用途向けの大型の円筒形や角形でも製造されている。適度なエネルギー密度、安全性、費用対効果のバランスにより、20世紀後半の商業化以来、広く使われる充電池技術となっている。
化学と構造
NiMHセルの正極はニッケルオキシ水酸化物（しばしばNiOOHと略記される）を基礎とし、ニッケル・カドミウム電池の活物質とよく似た挙動を示す。負極は水素を吸蔵・放出する金属合金で、充電と放電の過程で可逆的な金属水素化物を形成する。代表的な負極合金にはミッシュメタル系や希土類を含む水素化物材料があり、金属水素化物の化学については金属水素化物や、関連する合金の話題として水素化ランタンを参照できる。正極の活物質はニッケル酸化物・オキシ水酸化物と関連しており、その酸化還元遷移がセル動作の中心である。背景としてはニッケルオキシ水酸化物も参考になる。
電気的特性
NiMHセルの公称電圧は約1.2ボルトで、一般的なアルカリ電池より低いが、放電末期に近づくまで比較的一貫している。エネルギー密度はニッケル・カドミウム電池より高い一方、現代のリチウムイオン電池（リチウムイオン）よりは一般に低い。内部抵抗や容量はセルサイズ、構造、温度によって変わる。NiMHは比較的大きな放電電流を供給できるため、高消費電力の携帯機器で今でも有用である。
充電、保守、寿命
適切な充電管理はサイクル寿命を延ばす。NiMH電池は、電圧低下、デルタV、または温度上昇の測定によって満充電を検知するスマート充電器で充電されることが多い。古いNiMHセルは自己放電が比較的多く、数週間でかなりの充電を失うことがあったが、現代の低自己放電タイプははるかに長く電荷を保ち、待機用途にも適している。一般的なサイクル寿命は、放電深度、充電方法、動作温度に応じて数百回から千回超まで幅がある。
利点と限界
- 利点: NiMHセルはカドミウムを使用しないため、ニッケル・カドミウム技術と比べて毒性が低い。比較についてはNiCdを参照できる。堅牢で、いくつかのリチウム系化学と比べると乱暴な扱いにも比較的強く、必要に応じて大電流を供給できる。
- 限界: リチウムイオンと比べると、NiMHは比エネルギーが低く、通常は自己放電も大きい（ただし現代の改良型では改善されている）。同じ蓄電量なら重くかさばり、1セルあたりの公称電圧も多くのリチウム系より低い。
用途
NiMH電池は、デジタルカメラ（カメラ）、懐中電灯、コードレス電話などの民生用電子機器のほか、耐久性と大電流能力が重要な電動工具やハイブリッド電気自動車にも使われている。歴史的には、充放電サイクルへの耐性と広い温度範囲への対応から、初期のハイブリッド車で採用された。
環境とリサイクル上の考慮
NiMHパックにはカドミウムが含まれないため、NiCdセルよりも危険性が低いと考えられているが、それでも金属や材料を含むため、通常の廃棄物として処理するのではなくリサイクルすべきである。多くの地域では、充電池のリサイクルに関する規制や回収制度がある。利用者は、役立つ材料を回収し環境影響を減らすため、地域の案内や回収サービスに従うべきである。
実用上の指針
- NiMH化学およびセル形式に対応した充電器を使う。スマート充電器は寿命を延ばし、過充電のリスクを下げる。
- セルはある程度充電した状態で、涼しく乾燥した場所に保管し、自己放電と経年劣化を抑える。
- 長期の待機用途では、数週間ではなく数か月単位で容量を保てる低自己放電NiMHを検討する。
- 材料回収と環境負荷低減のため、NiMH電池は地域の規則に従ってリサイクルまたは適切に処分する。
総じて、ニッケル水素電池は成熟した実用的な充電技術であり、多くの日常用途や産業用途において、安全性、コスト、性能のバランスが取れている。一方で、重量あたりの最大エネルギーが重要な用途では、リチウムイオン系が引き続き主流である。