Μπαταρίες νικελίου καδμίου

Στο δεύτερο μισό του εικοστού αιώνα, μερικές από τις καλύτερες επαναφορτιζόμενες πηγές χημικού ρεύματος ήταν επαναφορτιζόμενες μπαταρίες που κατασκευάστηκαν με τεχνολογία νικελίου-καδμίου. Εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς λόγω της αξιοπιστίας τους και της ανεπιτήδευσής τους.

Τι είναι η μπαταρία νικελίου καδμίου

Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου είναι γαλβανικές επαναφορτιζόμενες πηγές ρεύματος, οι οποίες εφευρέθηκαν το 1899 στη Σουηδία από τον Waldmar Jungner. Μέχρι το 1932, η πρακτική χρήση τους ήταν πολύ περιορισμένη λόγω του υψηλού κόστους των χρησιμοποιούμενων μετάλλων σε σύγκριση με τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος.

Η βελτίωση της τεχνολογίας της παραγωγής τους οδήγησε σε σημαντική βελτίωση των λειτουργικών τους χαρακτηριστικών και επέτρεψε το 1947 να δημιουργήσουν μια σφραγισμένη μπαταρία χωρίς συντήρηση με εξαιρετικές παραμέτρους.

Η αρχή λειτουργίας και η μπαταρία Ni-Cd συσκευής

Οι μπαταρίες αυτές παράγουν ηλεκτρική ενέργεια λόγω της αναστρέψιμης αλληλεπίδρασης του καδμίου (Cd) με υδροξείδιο του οξειδίου του νικελίου (NiOOH) και νερό, με αποτέλεσμα το σχηματισμό υδροξειδίου του νικελίου Ni (OH) 2 και υδροξειδίου του καδμίου Cd (OH) 2, γεγονός που προκαλεί την εμφάνιση ηλεκτροκινητικής δύναμης.

Οι μπαταρίες Ni-Cd διατίθενται σε σφραγισμένα περιβλήματα που περιέχουν ηλεκτρόδια που χωρίζονται από ουδέτερο διαχωριστή που περιέχει νικέλιο και κάδμιο σε διάλυμα αλκαλικού ηλεκτρολύτη τύπου ζελέ (συνήθως υδροξειδίου του καλίου, ΚΟΗ).

Το θετικό ηλεκτρόδιο είναι ένα χαλύβδινο πλέγμα ή φύλλο επικαλυμμένο με μια πάστα υδροξειδίου του οξειδίου του νικελίου αναμεμιγμένη με ένα αγώγιμο υλικό

Το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι ένα χαλύβδινο πλέγμα (φύλλο) με πιεσμένο πορώδες κάδμιο.

Ένα στοιχείο νικελίου-καδμίου είναι ικανό να παρέχει τάση περίπου 1,2 βολτ, για να αυξηθεί η τάση και η ισχύς των μπαταριών στο σχεδιασμό τους, χρησιμοποιούνται πολλά παράλληλα ηλεκτρόδια διαχωρισμένα με διαχωριστές.

Προδιαγραφές και ποιες είναι οι Ni-Cd μπαταρίες

Οι μπαταρίες Ni-Cd έχουν τις ακόλουθες προδιαγραφές:

• η τάση εκφόρτισης ενός στοιχείου είναι περίπου 0,9-1 βολτ.
• η ονομαστική τάση του στοιχείου είναι 1,2 v, για να ληφθούν τάσεις των 12v και 24v, χρησιμοποιείται μια σειρά σύνδεσης διαφόρων στοιχείων.
• τάση πλήρους φορτίου - 1,5-1,8 βολτ.
• θερμοκρασία εργασίας: από -50 έως +40 βαθμούς.
• αριθμός κύκλων φόρτισης: από 100 έως 1000 (στις πιο σύγχρονες μπαταρίες - μέχρι 2000), ανάλογα με την χρησιμοποιούμενη τεχνολογία.
• επίπεδο αυτοαπορρόφησης: από 8 έως 30% τον πρώτο μήνα μετά από πλήρη φόρτιση.
• ειδική κατανάλωση ενέργειας - έως 65 W * ώρα / κιλό.
• διάρκεια ζωής - περίπου 10 χρόνια.

Οι μπαταρίες Ni-Cd παράγονται σε διάφορες περιπτώσεις τυποποιημένων μεγεθών και σε μη τυποποιημένο σχεδιασμό, συμπεριλαμβανομένου δίσκου, ερμητικής μορφής.

Πού χρησιμοποιούνται μπαταρίες νικελίου-καδμίου;

Αυτές οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται σε συσκευές που καταναλώνουν υψηλά ρεύματα και επίσης βιώνουν υψηλά φορτία κατά τη λειτουργία στις ακόλουθες περιπτώσεις:

• σε τρόλεϊ και τραμ,
• σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα.
• στις θαλάσσιες και ποτάμιες μεταφορές.
• σε ελικόπτερα και αεροπλάνα ·
• σε ηλεκτρικά εργαλεία (κατσαβίδια, τρυπάνια, ηλεκτρικά κατσαβίδια και άλλα).
• ηλεκτρικά ξυριστικά?
• σε στρατιωτικό εξοπλισμό.
• φορητοί ραδιοφωνικοί σταθμοί ·
• σε παιχνίδια στο ραδιόφωνο.
• στα φώτα για καταδύσεις.

Επί του παρόντος, λόγω της σύσφιγξης των περιβαλλοντικών απαιτήσεων, οι περισσότερες μπαταρίες δημοφιλών μεγεθών (ΑΑ, AAA και άλλα) παράγεται από υδριδίου νικελίου-μεταλλικού υδριδίου και ιόντων λιθίου. Ωστόσο, πολλές μπαταρίες Ni Cd διαφόρων μεγεθών, που κυκλοφόρησαν πριν από αρκετά χρόνια, εξακολουθούν να λειτουργούν.

Τα κύτταρα Ni-Cd έχουν μακρά διάρκεια ζωής, η οποία μερικές φορές υπερβαίνει τα 10 χρόνια και συνεπώς αυτός ο τύπος μπαταρίας μπορεί ακόμα να βρεθεί σε μια ποικιλία ηλεκτρονικών συσκευών, εκτός από εκείνες που αναφέρονται παραπάνω.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της μπαταρίας Ni-Cd

Αυτός ο τύπος μπαταρίας έχει τα ακόλουθα θετικά χαρακτηριστικά:

• τη μεγάλη διάρκεια ζωής και τον αριθμό των κύκλων φόρτισης-απόρριψης.
• μεγάλη διάρκεια ζωής και αποθήκευση.
• η δυνατότητα γρήγορης φόρτισης.
• ικανότητα αντοχής σε βαριά φορτία και χαμηλές θερμοκρασίες.
• διατηρώντας τη λειτουργικότητα στις πιο δυσμενείς συνθήκες λειτουργίας.
• χαμηλό κόστος.
• την ικανότητα αποθήκευσης των μπαταριών σε κατάσταση εκφόρτισης για έως και 5 χρόνια.
• μέση αντίσταση υπερφόρτισης.

Ταυτόχρονα, τα τροφοδοτικά ισχύος νικελίου-καδμίου έχουν αρκετά μειονεκτήματα:

• η παρουσία ενός εφέ μνήμης, που εκδηλώνεται στην απώλεια χωρητικότητας κατά τη φόρτιση της μπαταρίας, χωρίς να περιμένει πλήρης εκφόρτιση.
• την ανάγκη για προληπτική εργασία (πολλοί κύκλοι φόρτισης-απόρριψης) για την επίτευξη πλήρους δυναμικότητας ·
• η πλήρης αποκατάσταση της μπαταρίας μετά από μακροχρόνια αποθήκευση απαιτεί τρεις έως τέσσερις κύκλους πλήρους εκφόρτισης.
• μεγάλη αυτοεκφόρτιση (περίπου 10% στον πρώτο μήνα αποθήκευσης), που οδηγεί σε σχεδόν πλήρη εκφόρτιση της μπαταρίας κατά τη διάρκεια του έτους αποθήκευσης.
• χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα σε σύγκριση με άλλες μπαταρίες.
• την υψηλή τοξικότητα του καδμίου, λόγω της οποίας απαγορεύονται σε αρκετές χώρες, συμπεριλαμβανομένης της ΕΕ, την ανάγκη διάθεσης τέτοιων ηλεκτρικών στηλών σε ειδικό εξοπλισμό ·
• περισσότερο βάρος από τις σύγχρονες μπαταρίες.

Διαφορά Ni-Cd από πηγές Li-Ion ή Ni-Mh

Οι μπαταρίες με ενεργά συστατικά, συμπεριλαμβανομένου του νικελίου και του καδμίου, έχουν ορισμένες διαφορές από τις πιο σύγχρονες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας από λιθιο-ιόντα και νικέλιο-μέταλλο υδρίδιο:

• Ni-Cd στοιχεία, αντίθετα Ιόντων λιθίου και Ni-mh οι επιλογές έχουν εφέ μνήμης, έχουν χαμηλότερη ειδική χωρητικότητα στο ίδιο μέγεθος.
• Οι πηγές NiCd είναι πιο ανεπιτήδευτες, διατηρούν την απόδοση σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, πολλές φορές είναι πιο ανθεκτικές σε υπερφόρτωση και ισχυρή απόρριψη.
• Οι μπαταρίες Li-Ion και Ni-Mh είναι ακριβότερες, φοβούνται την υπερφόρτιση και την ισχυρή απόρριψη, αλλά έχουν λιγότερη αυτοεκφόρτιση.
• η διάρκεια ζωής και η αποθήκευση των μπαταριών Li-Ion (2-3 χρόνια) είναι αρκετές φορές μικρότερες από τα προϊόντα NiCd (8-10 έτη).
• οι πηγές νικελίου-καδμίου χάνουν γρήγορα ικανότητα όταν χρησιμοποιούνται σε λειτουργία προσωρινής αποθήκευσης (για παράδειγμα, στο UPS). Αν και μπορούν στη συνέχεια να αποκατασταθούν πλήρως με βαθιά εκφόρτιση και φόρτιση, είναι προτιμότερο να μην χρησιμοποιηθούν τα προϊόντα NiCd σε συσκευές όπου επαναφορτίζονται συνεχώς.
• ο ίδιος τρόπος φόρτισης των μπαταριών Ni-Cd και Ni-Mh σάς επιτρέπει να χρησιμοποιείτε τους ίδιους φορτιστές, αλλά πρέπει να λάβετε υπόψη ότι οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου έχουν πιο έντονο φαινόμενο μνήμης.

Με βάση τις διαφορές, είναι αδύνατο να καταλήξουμε σε ένα σαφές συμπέρασμα σχετικά με τις μπαταρίες που είναι καλύτερο, αφού όλα τα στοιχεία έχουν ισχυρές και αδύνατες πλευρές.

Όροι Χρήσης

Κατά τη λειτουργία σε πηγές τροφοδοσίας NiCd, εμφανίζονται ορισμένες αλλαγές που οδηγούν σε σταδιακή χειροτέρευση της απόδοσης και, τελικά, απώλεια απόδοσης:

• η αποτελεσματική περιοχή και η μάζα των ηλεκτροδίων μειώνεται.
• τη σύνθεση και τον όγκο των αλλαγών του ηλεκτρολύτη,
• αποσύνθεση του διαχωριστή και οργανικών ακαθαρσιών.
• νερό και οξυγόνο χάνονται.
• Οι τρέχουσες διαρροές οφείλονται στην αύξηση των δενδριτών καδμίου στις πλάκες.

Προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι βλάβες που προκαλούνται στη μπαταρία κατά τη διάρκεια της λειτουργίας και της αποθήκευσης, είναι απαραίτητο να αποφευχθούν δυσμενείς επιπτώσεις στη μπαταρία, οι οποίες σχετίζονται με τους ακόλουθους παράγοντες:

• η φόρτιση μιας ατελούς φορτισμένης μπαταρίας οδηγεί σε αναστρέψιμη απώλεια της χωρητικότητάς της λόγω της μείωσης της συνολικής περιοχής της δραστικής ουσίας ως αποτέλεσμα του σχηματισμού κρυστάλλων.
• κανονική ισχυρή επαναφόρτιση, η οποία οδηγεί σε υπερθέρμανση, αυξημένο σχηματισμό αερίου, απώλεια νερού στον ηλεκτρολύτη και καταστρέφει τα ηλεκτρόδια (ειδικά την άνοδο) και τον διαχωριστή.
• επιβάρυνση, οδηγώντας σε πρόωρη εξάντληση της μπαταρίας.
• η μακροχρόνια λειτουργία σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες οδηγεί σε αλλαγή στη σύνθεση και τον όγκο του ηλεκτρολύτη, η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας αυξάνεται και η απόδοσή της επιδεινώνεται, ιδίως μειώνεται η ικανότητα.

Με μια ισχυρή αύξηση της πίεσης μέσα στην μπαταρία ως αποτέλεσμα μιας γρήγορης φόρτισης με μεγάλη ρεύμα και ισχυρή υποβάθμιση της καθόδου κάδμιο, μπορεί να απελευθερωθεί περίσσεια υδρογόνου στην μπαταρία, γεγονός που οδηγεί σε απότομη αύξηση της πίεσης, που μπορεί να παραμορφώσει την περίπτωση, παραβιάζει την πυκνότητα συναρμολόγησης, αυξάνει την εσωτερική αντίσταση και μειώνει την τάση λειτουργίας.

Σε μπαταρίες εξοπλισμένες με βαλβίδα εκτόνωσης έκτακτης ανάγκης μπορεί να αποτραπεί ο κίνδυνος παραμόρφωσης, αλλά δεν μπορούν να αποφευχθούν μη αναστρέψιμες αλλαγές στη χημική σύνθεση της μπαταρίας.

Η φόρτιση των μπαταριών Ni Cd πρέπει να πραγματοποιείται με ρεύμα 10% (αν χρειάζεται, γρήγορη φόρτιση σε ειδικές μπαταρίες με ρεύμα έως 100% ανά 1 ώρα) της χωρητικότητάς τους (για παράδειγμα, 100 mA σε χωρητικότητα 1000 mAh) για 14-16 ώρες. Ο καλύτερος τρόπος εκφόρτισης είναι ένα ρεύμα ίσο με το 20% της χωρητικότητας της μπαταρίας.

Πώς να ανακτήσετε Ni Cd μπαταρία

Σε περίπτωση απώλειας δυναμικότητας, τα τροφοδοτικά ισχύος νικελίου-καδμίου μπορούν να αποκατασταθούν σχεδόν πλήρως χρησιμοποιώντας πλήρη εκφόρτιση (έως 1 βολτ ανά κύτταρο) και μετέπειτα φόρτιση σε κανονική λειτουργία. Αυτή η εκπαίδευση των μπαταριών μπορεί να επαναληφθεί αρκετές φορές για την πληρέστερη αποκατάσταση της χωρητικότητάς τους.

Εάν δεν είναι δυνατή η επαναφορά της μπαταρίας με εκφόρτιση και φόρτιση, μπορείτε να προσπαθήσετε να τα επαναφέρετε εφαρμόζοντας σύντομα παλμούς ρεύματος (δεκάδες φορές μεγαλύτερες από την χωρητικότητα του αποκατεστημένου στοιχείου) για μερικά δευτερόλεπτα. Αυτό το φαινόμενο εξαλείφει το εσωτερικό κύκλωμα των κυψελών της μπαταρίας που συμβαίνει λόγω της αύξησης των δενδριτών, κάνοντας τους με έντονο ρεύμα. Υπάρχουν ειδικοί βιομηχανικοί ενεργοποιητές που πραγματοποιούν αυτό το αποτέλεσμα.

Η πλήρης αποκατάσταση της αρχικής χωρητικότητας τέτοιων μπαταριών είναι αδύνατη λόγω μη αναστρέψιμων μεταβολών στη σύνθεση και τις ιδιότητες του ηλεκτρολύτη, καθώς και της υποβάθμισης των πλακών, αλλά καθιστά δυνατή την παράταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.

Η τεχνική ανάκτησης στο σπίτι είναι η πραγματοποίηση των ακόλουθων ενεργειών:

• ένα καλώδιο με διατομή τουλάχιστον 1,5 τετραγωνικών χιλιοστών είναι συνδεδεμένο με το αποκατεστημένο κελί με την κάθοδο μιας ισχυρής μπαταρίας, όπως ένα αυτοκίνητο ή ένα UPS.
• το δεύτερο σύρμα είναι ασφαλώς τοποθετημένο στην άνοδο (συν) μιας από τις μπαταρίες.
• για 3-4 δευτερόλεπτα, το ελεύθερο άκρο του δεύτερου καλωδίου αγγίζει γρήγορα τον ελεύθερο συν άκρο (με συχνότητα 2-3 επαφών ανά δευτερόλεπτο). Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να αποφευχθεί η συγκόλληση καλωδίων στη διασταύρωση.
• με ένα βολτόμετρο, ελέγχεται η τάση στην αποκατάσταση της πηγής · αν δεν υπάρχει, πραγματοποιείται ένας άλλος κύκλος ανάκτησης.
• όταν εμφανίζεται ηλεκτρική δύναμη στην μπαταρία, τίθεται σε φόρτιση.

Επιπλέον, μπορείτε να προσπαθήσετε να καταστρέψετε τους δενδρίτες της μπαταρίας παγώνοντας τους για 2-3 ώρες, ακολουθούμενος από μια αιχμηρή βρύση. Όταν καταψυχθούν, οι δενδρίτες γίνονται εύθραυροι και καταστρέφονται από σοκ, που θεωρητικά μπορεί να τους βοηθήσει να απαλλαγούμε από αυτά.

Υπάρχουν περισσότερες ακραίες μέθοδοι ανάκτησης που συνδέονται με την προσθήκη απεσταγμένου νερού σε παλαιά στοιχεία με διάτρηση του σώματός τους. Αλλά η πλήρης πρόβλεψη της στενότητας τέτοιων στοιχείων στο μέλλον είναι πολύ προβληματική. Επομένως, δεν πρέπει να σώζετε και να εκθέτετε την υγεία σας σε κίνδυνο δηλητηρίασης με ενώσεις καδμίου λόγω της απόκτησης αρκετών κύκλων εργασίας.

Αποθήκευση και διάθεση

Είναι καλύτερο να αποθηκεύετε τις μπαταρίες νικελίου-καδμίου σε κατάσταση εκφόρτισης σε χαμηλή θερμοκρασία σε ξηρό μέρος. Όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία αποθήκευσης τέτοιων συσσωρευτών, τόσο λιγότερη αυτοεκφόρτιση έχουν. Τα μοντέλα υψηλής ποιότητας μπορούν να αποθηκευτούν έως και 5 χρόνια χωρίς σημαντική ζημιά στα τεχνικά χαρακτηριστικά. Για να τα θέσετε σε λειτουργία, αρκεί να τα χρεώσετε.

Οι επιβλαβείς ουσίες που περιέχονται σε μία μπαταρία AA μπορούν να μολύνουν περίπου 20 τετραγωνικά μέτρα εδάφους. Για την ασφαλή διάθεση των μπαταριών NiCd, πρέπει να μεταφέρονται σε σημεία ανακύκλωσης, από όπου αποστέλλονται σε εργοστάσια, όπου πρέπει να καταστρέφονται σε ειδικά σφραγισμένους κλιβάνους εξοπλισμένους με φίλτρα που συλλέγουν τοξικές ουσίες.