في النصف الثاني من القرن العشرين ، كان من أفضل مصادر التيار الكيميائي القابلة لإعادة الشحن بطاريات قابلة لإعادة الشحن مصنوعة باستخدام تكنولوجيا النيكل والكادميوم. لا تزال تستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات بسبب موثوقيتها و unimententiousness.
Sodrezhanie
ما هي بطارية النيكل والكادميوم؟
تعد بطاريات النيكل والكادميوم مصادر حالية قابلة لإعادة الشحن ، والتي تم اختراعها عام 1899 في السويد بواسطة Waldmar Jungner. حتى عام 1932 ، كان استخدامها العملي محدودًا جدًا بسبب التكلفة العالية للمعادن المستخدمة مقارنةً ببطاريات الرصاص الحمضية.
أدى تحسين تقنية إنتاجهم إلى تحسن كبير في خصائصها التشغيلية وسمح في عام 1947 بإنشاء بطارية مختومة خالية من الصيانة مع معايير ممتازة.
مبدأ التشغيل وجهاز بطارية Ni-Cd
تنتج هذه البطاريات طاقة كهربائية بسبب التفاعل العكسي للكادميوم (Cd) مع هيدروكسيد أكسيد النيكل (NiOOH) والماء ، مما يؤدي إلى تكوين هيدروكسيد النيكل Ni (OH) 2 وهيدروكسيد Cd (OH) 2 ، مما يؤدي إلى ظهور قوة كهربائية.
يتم إنتاج بطاريات Ni-Cd في حاويات مغلقة تحتوي على أقطاب تفصل بينها فاصل محايد ، تحتوي على النيكل والكادميوم ، والتي هي في محلول من الإلكتروليت القلوي يشبه الهلام (عادةً هيدروكسيد البوتاسيوم ، KOH).
القطب الموجب هو شبكة فولاذية أو رقائق مطلية بمعجون أكسيد النيكل - هيدروكسيد ممزوج بمادة موصلة
القطب السلبي هو شبكة الصلب (احباط) مع الكادميوم المسامية الضغط.
عنصر واحد من النيكل والكادميوم قادر على توفير جهد يبلغ حوالي 1.2 فولت ، وبالتالي ، لزيادة الجهد والطاقة من البطاريات في تصميمها ، يتم استخدام العديد من الأقطاب الكهربائية الموازية ، مفصولة بفواصل.
المواصفات وما هي بطاريات Ni-Cd
بطاريات Ni-Cd لها المواصفات التالية:
- الجهد التفريغ من عنصر واحد حوالي 0.9-1 فولت.
- الجهد الاسمي للعنصر هو 1.2 فولت ، للحصول على الفولتية من 12 فولت و 24 فولت ، ويستخدم اتصال سلسلة من عدة عناصر ؛
- الجهد من شحنة كاملة - 1.5-1.8 فولت ؛
- درجة حرارة العمل: من -50 إلى +40 درجة ؛
- عدد دورات تفريغ الشحن: من 100 إلى 1000 (في أحدث البطاريات - حتى 2000) ، اعتمادًا على التكنولوجيا المستخدمة ؛
- مستوى التفريغ الذاتي: من 8 إلى 30 ٪ في الشهر الأول بعد الشحن الكامل ؛
- استهلاك طاقة محدد - ما يصل إلى 65 واط * ساعة / كيلوغرام ؛
- خدمة الحياة - حوالي 10 سنوات.
يتم إنتاج بطاريات Ni-Cd في حالات مختلفة من الأحجام القياسية وفي تصميم غير قياسي ، بما في ذلك القرص ، شكل المحكم.
أين تستخدم بطاريات النيكل والكادميوم؟
يتم استخدام هذه البطاريات في الأجهزة التي تستهلك التيارات العالية ، وكذلك تجربة الأحمال العالية أثناء التشغيل في الحالات التالية:
- على عربات الترام والترام ؛
- على السيارات الكهربائية ؛
- على البحر والنقل النهري.
- في طائرات الهليكوبتر والطائرات.
- في أدوات السلطة (مفكات البراغي ، المثاقب ، المفكات الكهربائية وغيرها) ؛
- آلات الحلاقة الكهربائية ؛
- في المعدات العسكرية.
- محطات الراديو المحمولة.
- في اللعب على الراديو ؛
- في الأضواء للغوص.
حاليا ، بسبب تشديد المتطلبات البيئية ، فإن معظم البطاريات ذات الأحجام الشائعة (AA, AAA وغيرها) التي تنتجها هيدريد النيكل والمعادن وتقنيات ليثيوم أيون. ومع ذلك ، فإن العديد من بطاريات Ni Cd من مختلف الأحجام ، التي تم إصدارها قبل عدة سنوات ، لا تزال تعمل.
تتمتع خلايا Ni-Cd بعمر خدمة طويل ، يتجاوز أحيانًا 10 سنوات ، وبالتالي لا يزال من الممكن العثور على هذا النوع من البطاريات في مجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية ، باستثناء الأجهزة المذكورة أعلاه.
إيجابيات وسلبيات بطارية النيكل
هذا النوع من البطارية له الخصائص الإيجابية التالية:
- طول العمر وعدد دورات الشحن والتفريغ ؛
- الخدمة الطويلة في الحياة والتخزين ؛
- القدرة على شحن سريع ؛
- القدرة على تحمل الأحمال الثقيلة ودرجات الحرارة المنخفضة ؛
- الحفاظ على قابلية التشغيل في أكثر ظروف التشغيل سوءًا ؛
- تكلفة منخفضة
- القدرة على تخزين هذه البطاريات في حالة تفريغها لمدة تصل إلى 5 سنوات ؛
- مقاومة فاحش متوسط.
في الوقت نفسه ، يكون لإمدادات الطاقة من النيكل والكادميوم عيوب عديدة:
- وجود تأثير للذاكرة ، يتجلى في فقدان السعة عند شحن البطارية ، دون انتظار التفريغ الكامل ؛
- الحاجة إلى العمل الوقائي (عدة دورات لتفريغ الشحنة) لتحقيق القدرة الكاملة ؛
- تتطلب الاستعادة الكاملة للبطارية بعد التخزين طويل المدى ثلاث إلى أربع دورات من التفريغ الكامل للشحن ؛
- التفريغ الذاتي الكبير (حوالي 10٪ في الشهر الأول للتخزين) ، مما يؤدي إلى تفريغ البطارية بالكامل تقريبًا خلال سنة التخزين ؛
- انخفاض كثافة الطاقة مقارنة بالبطاريات الأخرى ؛
- ارتفاع سمية الكادميوم ، بسبب حظره في عدد من البلدان ، بما في ذلك الاتحاد الأوروبي ، والحاجة إلى التخلص من هذه البطاريات على معدات خاصة ؛
- وزن أكبر من البطاريات الحديثة.
اختلاف Ni-Cd من مصادر Li-Ion أو Ni-Mh
تحتوي البطاريات التي تحتوي على مكونات نشطة ، بما في ذلك النيكل والكادميوم ، على عدد من الاختلافات بين مصادر الكهرباء الحديثة من ليثيوم أيون وهيدريد النيكل والمعادن:
- عناصر Ni-Cd ، على عكس ليثيوم أيون و متولى حسن خيارات لها تأثير الذاكرة ، لديها سعة أقل محددة في نفس الحجم ؛
- تعد مصادر البلى المتساقطة أكثر تباينًا ، وتحافظ على الأداء في درجات حرارة منخفضة جدًا ، وتكون أكثر من مرة أكثر مقاومة للزيادة المفرطة والتفريغ القوي ؛
- تعد بطاريات Li-Ion و Ni-Mh أغلى ثمناً وتخشى من الشحن الزائد والتفريغ القوي ، ولكنها أقل تفريغًا ذاتيًا ؛
- عمر وتخزين بطاريات Li-Ion (2-3 سنوات) أقصر بعدة مرات من منتجات Ni Cd (من 8 إلى 10 سنوات) ؛
- تفقد مصادر النيكل والكادميوم القدرة بسرعة عند استخدامها في وضع التخزين المؤقت (على سبيل المثال ، في UPS). على الرغم من أنه يمكن استعادتها تمامًا عن طريق التفريغ العميق والشحن ، من الأفضل عدم استخدام منتجات Ni Cd في الأجهزة التي يتم إعادة شحنها فيها باستمرار ؛
- يسمح لك نفس وضع الشحن في بطاريات Ni-Cd و Ni-Mh باستخدام نفس أجهزة الشحن ، ولكن يجب أن تأخذ في الاعتبار حقيقة أن بطاريات النيكل والكادميوم لها تأثير ذاكرة أكثر وضوحًا.
بناءً على الاختلافات ، من المستحيل التوصل إلى استنتاج لا لبس فيه حول البطاريات الأفضل ، حيث أن جميع العناصر لها نقاط قوة ونقاط ضعف.
شروط الاستخدام
أثناء التشغيل في مصادر طاقة Ni Cd ، يحدث عدد من التغييرات التي تؤدي إلى تدهور تدريجي في الأداء ، وفي النهاية إلى فقدان الأداء:
- منطقة فعالة وكتلة من الأقطاب الكهربائية يقلل.
- تكوين وحجم التغييرات المنحل بالكهرباء.
- تحلل الفاصل والشوائب العضوية ؛
- فقد الماء والأكسجين ؛
- تحدث التسريبات الحالية بسبب نمو التشعبات الكادميوم على اللوحات.
من أجل التقليل إلى أدنى حد من تلف البطارية الذي يحدث أثناء تشغيلها وتخزينها ، من الضروري تجنب الآثار الضارة على البطارية ، والتي ترتبط بالعوامل التالية:
- يؤدي شحن بطارية غير مكتملة الشحن إلى فقد عكسي لسعتها بسبب انخفاض المساحة الكلية للمادة الفعالة نتيجة لتشكيل البلورة ؛
- إعادة شحن قوية منتظمة ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة ، وزيادة تكوين الغاز ، وفقدان الماء في المنحل بالكهرباء ويدمر الأقطاب (وخاصة الأنود) والفاصل ؛
- الشحن الزائد ، مما يؤدي إلى استنزاف مبكر للبطارية ؛
- تؤدي العملية طويلة الأجل في درجات حرارة منخفضة للغاية إلى حدوث تغيير في تكوين وحجم المنحل بالكهرباء ، وتزداد المقاومة الداخلية للبطارية وتدهور أدائها ، على وجه الخصوص ، تنقص السعة.
مع زيادة قوية في الضغط داخل البطارية نتيجة لشحن سريع مع تدهور كبير وقوي لكاثود الكادميوم ، يمكن إطلاق الهيدروجين الزائد في البطارية ، مما يؤدي إلى زيادة حادة في الضغط ، والتي يمكن أن تشوه الحالة ، تنتهك كثافة التجميع وتزيد من مقاومة التشغيل وتقلل من جهد التشغيل.
في البطاريات المزودة بصمام تخفيف الضغط الطارئ ، يمكن تجنب خطر التشوه ، لكن لا يمكن تجنب التغييرات التي لا رجعة فيها في التركيب الكيميائي للبطارية.
يجب أن يتم شحن بطاريات Ni Cd بمعدل تيار يبلغ 10٪ (إذا لزم الأمر ، شحن سريع في البطاريات الخاصة بتيار يصل إلى 100٪ في ساعة واحدة) من سعتها (على سبيل المثال ، 100 مللي أمبير بسعة 1000 مللي أمبير في الساعة) لمدة 14-16 ساعة. أفضل وضع لتفريغها هو تيار يساوي 20٪ من سعة البطارية.
كيفية استرداد ني المضغوط البطارية
في حالة فقد السعة ، يمكن استعادة إمدادات طاقة النيكل والكادميوم تقريبًا بالكامل باستخدام تفريغ كامل (يصل إلى 1 فولت لكل خلية) وشحن لاحق في الوضع القياسي. يمكن تكرار تدريب البطاريات هذا عدة مرات لاستعادة قدرتها على أكمل وجه.
إذا لم يكن من الممكن استعادة البطارية عن طريق الشحن والتفريغ ، فيمكنك محاولة استعادتها عن طريق تطبيق نبضات التيار قصيرة (عشرات المرات أكبر من قدرة العنصر المستعاد) لعدة ثوان. هذا التأثير يلغي الدائرة الداخلية في خلايا البطارية التي تحدث بسبب نمو التشعبات عن طريق حرقها بتيار قوي. هناك المنشطات الصناعية الخاصة التي تنفذ هذا التأثير.
من المستحيل الاستعادة الكاملة للسعة الأولية لهذه البطاريات بسبب التغيرات التي لا رجعة فيها في تكوين وخصائص المنحل بالكهرباء ، فضلاً عن تدهور الصفائح ، ولكن يجعل من الممكن إطالة عمر البطارية.
طريقة الشفاء في المنزل هي تنفيذ الإجراءات التالية:
- يتم توصيل سلك به مقطع عرضي لا يقل عن 1.5 ملليمتر مربع ناقص الخلية المستعادة بالكاثود الخاص ببطارية قوية ، مثل سيارة أو UPS ؛
- يتم توصيل السلك الثاني بأمان بالأنود (زائد) لإحدى البطاريات ؛
- لمدة 3 إلى 4 ثوانٍ ، تلامس النهاية المجانية للسلك الثاني الطرف الآخر زائد (بتردد 2-3 جهات اتصال في الثانية). في هذه الحالة ، من الضروري منع لحام الأسلاك عند التقاطع.
- مع الفولتميتر ، يتم فحص الجهد عند المصدر الذي يتم استعادته ؛ وفي غيابه ، يتم إجراء دورة استرداد أخرى ؛
- عندما تظهر قوة دافعة كهربائية على البطارية ، يتم وضعها على الشحن ؛
بالإضافة إلى ذلك ، يمكنك محاولة تدمير dendrites في البطارية عن طريق تجميدها لمدة 2-3 ساعات ، تليها التنصت حاد. عندما تتجمد ، تصبح التشعبات هشة ويتم تدميرها بالصدمة ، مما يساعد نظريا في التخلص منها.
هناك طرق استرداد أكثر تطرفًا مرتبطة بإضافة الماء المقطر إلى العناصر القديمة عن طريق حفر أجسامهم. لكن التوفير الكامل لضيق هذه العناصر في المستقبل يمثل مشكلة كبيرة. لذلك ، لا ينبغي عليك حفظ صحتك وتعريضها لخطر التسمم بمركبات الكادميوم بسبب زيادة دورات العمل المتعددة.
التخزين والتخلص
من الأفضل تخزين بطاريات النيكل والكادميوم في حالة تفريغها في درجة حرارة منخفضة في مكان جاف. كلما انخفضت درجة حرارة تخزين هذه البطاريات ، قلت كمية التفريغ الذاتي. يمكن تخزين النماذج عالية الجودة لمدة تصل إلى 5 سنوات دون إلحاق ضرر كبير بالخصائص التقنية. لوضعها موضع التنفيذ ، يكفي شحنها.
يمكن أن تلوث المواد الضارة الموجودة في بطارية AA واحدة حوالي 20 متر مربع من الأراضي. للتخلص الآمن من بطاريات Ni Cd ، يجب نقلها إلى نقاط إعادة التدوير ، حيث يتم إرسالها إلى المصانع ، حيث يجب تدميرها في أفران محكمة الغلق خاصة مزودة بمرشحات تلتقط مواد سامة.
