Никель-кадмиевые аккумуляторы или батарейки

Никель-кадмиевые аккумуляторы — вторичные источники электрической энергии, которые изобрел Вальдмар Юнгнер в конце 19 века в Швеции. Устройство состоит из корпуса, двух электродов — анода и катода, сепаратора и электролита. Отличие от других аккумуляторов в материале для изготовления электродов и растворе электролита. Именно эти отличия существенно влияют на технические характеристики батареи.

Устройство и принцип работы

Никелево кадмиевые батарейки (NiCd) работают по принципу преобразования химической энергии в электрическую благодаря обратимым реакциям взаимодействия гидроксида никеля (NiOOH), кадмия (Cd), воды (H₂O). В итоге образовывается гидроксид никеля Ni(OH)₂ и Cd(OH)₂, появляется ЭДС.

Химические реакции, происходящие в аккумуляторной батарее:

В процессе заряда: 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂ → 2NiOOH + Cd + 2H₂O

В процессе разряда: 2NiOOH + Cd + 2H₂O → 2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂

Никель кадмиевые батареи изготавливаются в плотном металлическом корпусе, внутри которого никелевые и кадмиевые электроды разделяются сепаратором, а в роли электролита выступает щелочь — гидроксид калия. Анодом здесь является фольга либо сетка из стальной проволоки с нанесением смеси гидроксида никеля с проводящим материалом. Катодом — тоже стальная сетка или фольга, в ячейки которой впрессован губчатый кадмий.

Разновидности

            Никель кадмиевые батарейки по своей форме бывают:

1. Цилиндрические — они получили второе название — «банки».
2. Плоские — дисковые или «таблетки».

Размерный ряд цилиндрических состоит из нескольких основных типовых видов:

Дисковые батарейки или «таблетки», были достаточно популярны для стран бывшего СССР. Современные кадмиевые аналоги советских «таблеток» применяются в часах, фотовспышках, слуховых аппаратах, фотоаппаратах, фонариках.

Характеристики

1. Величина номинального напряжения одного элемента — 1,2 В.
2. Рабочий диапазон температур — от +40 до — 50^оС.
3. Возможность полной зарядки-разрядки — от 100 до 1000, усовершенствованные современные модели достигают 2000 циклов.
4. Скорость саморазряда — около 10% в месяц.

Достоинства

Никель-кадмиевые батареи обладают рядом преимуществ по сравнению с другими:

• Возможность работы при минусовых температурах.
• Быстрая скорость зарядки и медленный разряд батареи.
• Эксплуатация при экстремальных промышленных условиях (устойчивость к сотрясению, ударам, высоким нагрузкам, повышенной запыленности, отрицательным температурам).
• Множество циклов «заряд — разряд» — 1000 и более.
• Длительный срок эксплуатации — до 10 лет.
• Продолжительный срок хранения, даже в разряженном виде — около 5 лет.
• Относительно низкая стоимость.

Недостатки

К недостаткам можно отнести:

• Эффект памяти — потеря емкости при зарядке не до конца разряженной кадмиевой батареи.
• Токсичность внутреннего содержимого — необходимость соблюдения правил экологической безопасности при утилизации.
• Саморазряд — за год хранения наступает полная разрядка полностью заряженной никель-кадмиевой батареи.
• Процесс восстановления батареи после продолжительного хранения занимает несколько полных циклов «заряд — разряд».
• Невысокое напряжение одиночного элемента — 1,2 В Для увеличения выходного напряжения батареи соединяются насколько элементов последовательно.

Применение

            Кадмиевые батареи, благодаря своим характеристикам, используются в приборах с большим током потребления, высокими эксплуатационными нагрузками:

• Речной, морской транспорт.
• Авиационный транспорт — самолеты, вертолеты.
• Наземный электротранспорт — трамваи, троллейбусы.
• Военная техника.
• Промышленное производство— электрокары.
• Электроинструмент — дрели, шуруповёрты.
• Бытовая техника — электробритвы, фонари.
• Радиотехника — портативные переговорные устройства, радиоуправляемые игрушки.

Выводы, рекомендации

• Батарея ni cd во время эксплуатации не нагревается благодаря тому, что химические реакции внутри носят эндотермический характер, т. е. выделяемое тепло поглощается. Это свойство уменьшает риск перегревания, увеличивает срок службы.
• Наличие плотного герметичного корпуса, способно выдерживать агрессивное влияние извне (перепады температуры, давления, химическое разрушение), делает никель-кадмиевые батареи устойчивыми к самовозгоранию.
• На промышленных предприятиях кадмиевые аккумуляторы продолжают исправно служить на протяжении 10-20 лет, несмотря на новые современные аналоги, поэтому не требуют замены.

Для продления срока службы никель-кадмиевые батареи нужно правильно заряжать:

• Для качественной зарядки нужно применять специальные зарядные устройства (ЗУ).
• Не рекомендуется заряжать не до конца разряженную батарею — произойдет кристаллизация, уменьшится площадь вещества, понизится емкость.
• Постоянная перезарядка — в результате перегрева, уменьшения количества воды электролита, приведет к разрушению электродов и сепаратора.
• Недостаточная зарядка истощит эксплуатационный ресурс никель-кадмиевой батареи.
• Для того, чтобы устранить «эффект памяти», восстановить емкость аккумулятора нужно провести несколько циклов «заряд-разряд».
• Процесс зарядки лучше всего проводить при температуре 20^оС.

Batareykaa.ru