Никел-кадмиеви батерии или батерии

Никел-кадмиевите батерии са вторични източници на електрическа енергия, изобретени от Валдмар Юнгнер. В края на 19-ти век в Швеция устройството се състои от корпус, два електрода – анод и катод – сепаратор и електролит. То се различава от другите батерии по материала, използван за направата на електродите, и електролитния разтвор. Тези разлики значително влияят върху техническите характеристики на батерията.

Дизайн и принцип на действие

Никел-кадмиевите батерии (NiCd) работят на принципа на преобразуване на химическата енергия в електрическа чрез обратими реакции на никелов хидроксид (NiOOH), кадмий (Cd), вода (H₂O). В резултат на това се образува никелов хидроксид Ni(OH).₂ и Cd(OH)₂, се появява ЕМП.

Химични реакции, протичащи в батерия:

По време на зареждане: 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂ → 2NiOOH + Cd + 2H₂О

По време на разреждане: 2NiOOH + Cd + 2H₂O → 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂

Никел-кадмиевите батерии се произвеждат в плътен метален корпус, вътре в който никеловите и кадмиевите електроди са разделени от сепаратор, а алкален разтвор (калиев хидроксид) служи като електролит. Анодът е фолио или стоманена телена мрежа, покрита със смес от никелов хидроксид и проводим материал. Катодът също е стоманена мрежа или фолио, с гъбест метал кадмий, пресован в клетките.

Разновидности

Никел-кадмиеви батерии според формата си те са:

1. Цилиндрични - те получиха второ име - "банки".
2. Плосък - диск или „таблетка“

Цилиндричният размерен диапазон се състои от няколко основни стандартни типа:

Обозначение	Диаметър, мм	Дължина, мм	Тегло, г
А	17	50	32
АА	14.2	50	21
ААА	10.5	44.5	10
1/2 SC	23	26	30
SC (под C)	23	43	52
C	26	46	72
Д	33	58	105-145
Ф	33	91	231
SF (супер F)	41.4	89.1	393

 

Дисковите батерии или „таблетки“ бяха доста популярни в страните от бившия СССРСъвременните кадмиеви аналози на съветските „таблетки“ се използват в часовници, фотосветкавици, слухови апарати, камери, фенерчета.

Характеристики

1. Номиналното напрежение на един елемент е 1,2 V.
2. Работен температурен диапазон: от +40 до -50^ОС.
3. Възможността за пълно зареждане-разреждане е от 100 до 1000, съвременните подобрени модели достигат 2000 цикъла.
4. Степента на саморазреждане е около 10% на месец.

Предимства

Никел-кадмиевите батерии имат редица предимства пред другите:

• Възможност за работа при температури под нулата.
• Бърза скорост на зареждане и бавно разреждане на батерията.
• Работа при екстремни промишлени условия (устойчивост на удар, силен натиск, високи натоварвания, повишена запрашеност, температури под нулата).
• Многобройни цикли на зареждане-разреждане – 1000 или повече.
• Дълъг експлоатационен живот - до 10 години.
• Дълъг срок на годност, дори когато е незареден – около 5 години.
• Сравнително ниска цена.

Недостатъци

Недостатъците включват:

• Ефектът на паметта е загуба на капацитет при зареждане на кадмиева батерия, която не е напълно разредена.
• Токсичността на вътрешното съдържание означава, че по време на изхвърлянето трябва да се спазват правилата за екологична безопасност.
• Саморазреждане - след една година съхранение, напълно заредена никел-кадмиева батерия ще бъде напълно разредена.
• Процесът на възстановяване на батерията след дългосрочно съхранение отнема няколко пълни цикъла на зареждане-разреждане.
• Ниското напрежение на една клетка е 1,2 V. За да се увеличи изходното напрежение на батерията, няколко клетки се свързват последователно.

Приложение

Кадмиеви батерии, Поради своите характеристики, те се използват в устройства с висока консумация на ток и високи работни натоварвания:

• Речен и морски транспорт.
• Въздушен транспорт - самолети, хеликоптери.
• Наземен електрически транспорт - трамваи, тролейбуси.
• Военна техника.
• Индустриално производство - електрически автомобили.
• Електрически инструменти - бормашини, отвертки.
• Домакински уреди - електрически самобръсначки, фенерчета.
• Радиотехника – преносими домофони, радиоуправляеми играчки.

Заключения, препоръки

• Ni-CD батериите не се нагряват по време на работа, защото химичните реакции вътре са ендотермични, което означава, че генерираната топлина се абсорбира. Това свойство намалява риска от прегряване и удължава експлоатационния им живот.
• Наличието на плътно запечатан корпус, способен да издържа на агресивни външни влияния (промени в температурата и налягането, химическо разрушаване), прави никел-кадмиевите батерии устойчиви на спонтанно запалване.
• В промишлените предприятия кадмиевите батерии продължават да служат надеждно в продължение на 10-20 години, въпреки новите съвременни аналози, и следователно не изискват подмяна.

За да удължите живота на никел-кадмиевите батерии, те трябва да се зареждат правилно:

• За висококачествено зареждане е необходимо да използвате специални зарядни устройства (ZU).
• Не се препоръчва зареждането на батерия, която не е напълно разредена - ще се получи кристализация, повърхността на веществото ще намалее и капацитет.
• Постоянното презареждане - в резултат на прегряване и намаляване на количеството вода в електролита - ще доведе до разрушаване на електродите и сепаратора.
• Недостатъчното зареждане ще изчерпи живота на NiCd батерията.
• За да се елиминира „ефектът на паметта“, капацитетът на батерията трябва да се възстанови чрез извършване на няколко цикъла на зареждане-разреждане.
• Процесът на зареждане се извършва най-добре при температура от 20^ОС.