Nikel-kadmiové batérie alebo batérie

Nikel-kadmiové batérie sú sekundárne zdroje elektrickej energie, ktoré vynašiel Waldmar Jungner. Koncom 19. storočia vo Švédsku zariadenie pozostávalo z puzdra, dvoch elektród – anódy a katódy – separátora a elektrolytu. Od ostatných batérií sa líšilo materiálom použitým na výrobu elektród a roztokom elektrolytu. Tieto rozdiely významne ovplyvňujú technické vlastnosti batérie.

Dizajn a princíp fungovania

Nikel-kadmiové batérie (NiCd) fungujú na princípe premeny chemickej energie na elektrickú energiu prostredníctvom reverzibilných reakcií hydroxidu nikelnatého (NiOOH), kadmia (Cd), vody (H₂O). V dôsledku toho sa tvorí hydroxid nikelnatý Ni(OH).₂ a Cd(OH)₂, objaví sa Elektromagnetické pole.

Chemické reakcie prebiehajúce v batérii:

Počas nabíjania: 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂ → 2NiOOH + Cd + 2H₂O

Počas vybíjania: 2NiOOH + Cd + 2H₂O → 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂

Nikel-kadmiové batérie sa vyrábajú v hustom kovovom puzdre, vo vnútri ktorého sú niklové a kadmiové elektródy oddelené separátorom a ako elektrolyt slúži alkalický roztok (hydroxid draselný). Anóda je fólia alebo oceľové drôtené pletivo potiahnuté zmesou hydroxidu nikelnatého a vodivého materiálu. Katóda je tiež oceľové pletivo alebo fólia s kadmiovou hubovitou kovovou štruktúrou vtlačenou do článkov.

Odrody

Nikel-kadmiové batérie podľa ich formy sú to:

1. Valcové - dostali druhé meno - „banky“.
2. Plochý - disk alebo „tablet“

Rozsah valcových veľkostí pozostáva z niekoľkých základných štandardných typov:

Označenie	Priemer, mm	Dĺžka, mm	Hmotnosť, g
A	17	50	32
AA	14.2	50	21
AAA	10,5	44,5	10
1/2 KS	23	26	30
SC (pod C)	23	43	52
C	26	46	72
D	33	58	105 – 145
F	33	91	231
SF (super F)	41,4	89,1	393

 

Diskové batérie alebo „tablety“ boli v krajinách bývalého ZSSRModerné kadmiové analógy sovietskych „tabletiek“ sa používajú v hodinkách, bleskoch, načúvacie prístroje, fotoaparáty, baterky.

Charakteristiky

1. Menovité napätie jedného prvku je 1,2 V.
2. Prevádzkový teplotný rozsah: od +40 do -50^OS.
3. Možnosť úplného nabitia a vybitia je od 100 do 1000, moderné vylepšené modely dosahujú 2000 cyklov.
4. Miera samovybíjania je približne 10 % za mesiac.

Výhody

Nikel-kadmiové batérie majú oproti iným množstvo výhod:

• Možnosť prevádzky pri teplotách pod bodom mrazu.
• Rýchla rýchlosť nabíjania a pomalé vybíjanie batérie.
• Prevádzka v extrémnych priemyselných podmienkach (odolnosť voči nárazom, nárazom, vysokému zaťaženiu, zvýšenej prašnosti, teplotám pod bodom mrazu).
• Viacnásobné cykly nabíjania a vybíjania – 1000 alebo viac.
• Dlhá životnosť - až 10 rokov.
• Dlhá životnosť, aj keď nie je nabitá – približne 5 rokov.
• Relatívne nízke náklady.

Nedostatky

Medzi nevýhody patrí:

• Pamäťový efekt je strata kapacity pri nabíjaní kadmiovej batérie, ktorá nie je úplne vybitá.
• Toxicita vnútorného obsahu znamená, že počas likvidácie je potrebné dodržiavať predpisy o environmentálnej bezpečnosti.
• Samovybíjanie – po roku skladovania sa plne nabitá nikel-kadmiová batéria úplne vybije.
• Proces obnovy batérie po dlhodobom skladovaní trvá niekoľko cyklov úplného nabitia a vybitia.
• Nízke napätie jedného článku je 1,2 V. Na zvýšenie výstupného napätia batérie sa niekoľko článkov zapája sériovo.

Aplikácia

Kadmiové batérie, Vďaka svojim vlastnostiam sa používajú v zariadeniach s vysokou spotrebou prúdu a vysokým prevádzkovým zaťažením:

• Riečna a námorná doprava.
• Letecká doprava - lietadlá, vrtuľníky.
• Pozemná elektrická doprava - električky, trolejbusy.
• Vojenské vybavenie.
• Priemyselná výroba - elektromobily.
• Elektrické náradie - vŕtačky, skrutkovače.
• Domáce spotrebiče - elektrické holiace strojčeky, baterky.
• Rádiotechnika – prenosné interkomy, hračky na rádiové ovládanie.

Závery, odporúčania

• Ni-CD batérie sa počas prevádzky nezahrievajú, pretože chemické reakcie vo vnútri sú endotermické, čo znamená, že generované teplo sa absorbuje. Táto vlastnosť znižuje riziko prehriatia a predlžuje ich životnosť.
• Prítomnosť tesného, ​​utesneného puzdra, schopného odolávať agresívnym vonkajším vplyvom (zmeny teploty a tlaku, chemické ničenie), robí nikel-kadmiové batérie odolnými voči samovznieteniu.
• V priemyselných závodoch kadmiové batérie spoľahlivo slúžia 10 – 20 rokov, a to aj napriek novým moderným analógom, a preto si nevyžadujú výmenu.

Pre predĺženie životnosti nikel-kadmiových batérií je potrebné ich správne nabíjať:

• Pre kvalitné nabíjanie je potrebné použiť špeciálne nabíjačky (ZU).
• Neodporúča sa nabíjať batériu, ktorá nie je úplne vybitá – dôjde ku kryštalizácii, povrchová plocha látky sa zníži a kapacita.
• Neustále dobíjanie – vyplývajúce z prehriatia a poklesu množstva vody v elektrolyte – povedie k zničeniu elektród a separátora.
• Nedostatočné nabitie skracuje životnosť NiCd batérie.
• Na odstránenie „pamäťového efektu“ je potrebné obnoviť kapacitu batérie vykonaním niekoľkých cyklov nabitia a vybitia.
• Proces nabíjania sa najlepšie vykonáva pri teplote 20^OS.