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

никелево кадмиевые батарейки или аккумуляторы

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:

ОбозначениеДиаметр, ммДлина, ммВес, г
A175032
AA14,25021
ААА10,544,510
1/2 SC232630
SC (sub C)234352
C264672
D3358105-145
F3391231
SF (super F)41,489,1393

 

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

Никель кадмиевые аккумуляторы

Характеристики

  1. Величина номинального напряжения одного элемента — 1,2 В.
  2. Рабочий диапазон температур — от +40 до — 50оС.
  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 20оС.
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector