Nikkel-kadmiumbatterier

I anden halvdel af det tyvende århundrede var en af ​​de bedste genopladelige kemiske strømkilder genopladelige batterier fremstillet ved hjælp af nikkel-cadmium-teknologi. De er stadig meget udbredt på forskellige områder på grund af deres pålidelighed og uhøjtidelighed.

Hvad er nikkelkadmiumbatteri

Nikkel-cadmium-batterier er galvaniske genopladelige strømkilder, som blev opfundet i 1899 i Sverige af Waldmar Jungner. Indtil 1932 var deres praktiske anvendelse meget begrænset på grund af de høje omkostninger til de anvendte metaller sammenlignet med bly-syre-batterier.

Forbedring af deres produktionsteknologi førte til en betydelig forbedring af deres driftsegenskaber og lod i 1947 skabe et forseglet vedligeholdelsesfrit batteri med fremragende parametre.

Funktionsprincippet og enhedens Ni-Cd-batteri

Disse batterier producerer elektrisk energi på grund af den reversible vekselvirkning mellem cadmium (Cd) og nikkeloxid-hydroxid (NiOOH) og vand, hvilket resulterer i dannelsen af ​​nikkelhydroxid Ni (OH) 2 og cadmiumhydroxid Cd (OH) 2, hvilket forårsager udseendet af en elektromotorisk kraft.

Ni-Cd-batterier fås i forseglede kabinetter, der indeholder elektroder, der er adskilt af en neutral separator, der indeholder nikkel og cadmium i en opløsning af en gelélignende alkalisk elektrolyt (normalt kaliumhydroxid, KOH).

Den positive elektrode er et stålnet eller folie belagt med en nikkeloxid-hydroxidpasta blandet med et ledende materiale

Den negative elektrode er et stålnet (folie) med presset porøst cadmium.

Et nikkel-cadmiumelement er i stand til at levere en spænding på ca. 1,2 volt, og derfor øges batteriernes spænding og effekt i deres design, bruges mange parallelle elektroder, adskilt af separatorer.

Specifikationer og hvad er Ni-Cd-batterier

Ni-Cd-batterier har følgende specifikationer:

• et udgangsspænding for et element er ca. 0,9-1 volt;
• elementets nominelle spænding er 1,2 v, for at opnå spændinger på 12v og 24v, bruges en serieforbindelse af flere elementer;
• spænding på en fuld ladning - 1,5-1,8 volt;
• arbejdstemperatur: fra -50 til +40 grader;
• antal ladeafladningscyklusser: fra 100 til 1000 (i de mest moderne batterier - op til 2000), afhængigt af den anvendte teknologi;
• niveau for selvafladning: fra 8 til 30% i den første måned efter en fuld opladning;
• specifikt energiforbrug - op til 65 W * time / kg;
• levetid - ca. 10 år.

Ni-Cd-batterier produceres i forskellige tilfælde af standardstørrelser og i ikke-standard design, inklusive disk, hermetisk form.

Hvor bruges nikkelcadmium-batterier?

Disse batterier bruges i enheder, der forbruger høje strømme, og oplever også store belastninger under drift i følgende tilfælde:

• på trolleybusser og sporvogne;
• på elbiler;
• til sø- og flodtransport;
• i helikoptere og fly;
• i elværktøj (skruetrækkere, bor, elektriske skruetrækkere og andre);
• elektriske barbermaskiner;
• i militært udstyr;
• bærbare radiostationer;
• i legetøj på radioen;
• i lysene til dykning.

På nuværende tidspunkt på grund af stramningen i miljøkravene er de fleste batterier i populære størrelser (AA, AAA og andre) produceres ved hjælp af nikkel-metalhydrid- og lithium-ion-teknologier. Imidlertid er mange Ni Cd-batterier i forskellige størrelser, der blev frigivet for flere år siden, stadig i drift.

Ni-Cd-celler har en lang levetid, som undertiden overstiger 10 år, og derfor kan denne type batteri stadig findes i mange elektroniske enheder, bortset fra dem, der er anført ovenfor.

Fordele og ulemper ved et Ni-Cd-batteri

Denne type batteri har følgende positive egenskaber:

• lang levetid og antallet af ladeafladningscyklusser;
• lang levetid og opbevaring;
• evnen til hurtigt at oplade;
• evne til at modstå tunge belastninger og lave temperaturer;
• opretholdelse af driftsevnen under de mest ugunstige driftsforhold;
• lave omkostninger;
• muligheden for at opbevare disse batterier i udladet tilstand i op til 5 år;
• medium overladningsmodstand.

Samtidig har nikkel-cadmium-strømforsyninger flere ulemper:

• tilstedeværelsen af ​​en hukommelseseffekt, der manifesteres i tab af kapacitet, når batteriet oplades, uden at vente på en fuld afladning;
• behovet for forebyggende arbejde (flere opladningsafladningscyklusser) for at opnå fuld kapacitet
• fuld gendannelse af batteriet efter langvarig opbevaring kræver tre til fire cykler med fuld opladning;
• stor selvafladning (ca. 10% i den første oplagringsmåned), hvilket fører til næsten fuld batteriafladning i løbet af oplagringsåret;
• lav energitæthed sammenlignet med andre batterier;
• den høje toksicitet af cadmium, som de er forbudt i en række lande, herunder EU, behovet for at bortskaffe sådanne batterier på specielt udstyr;
• mere vægt end moderne batterier.

Forskel på Ni-Cd fra Li-Ion eller Ni-Mh kilder

Batterier med aktive komponenter, herunder nikkel og cadmium, har en række forskelle fra mere moderne lithium-ion- og nikkel-metalhydridkilder til elektricitet:

• Ni-Cd-elementer, i modsætning til Li-Ion og Ni-Mh indstillinger har en hukommelseseffekt, har en lavere specifik kapacitet i samme størrelse;
• NiCd-kilder er mere uhøjtidelige, opretholder ydeevnen ved meget lave temperaturer, er mange gange mere modstandsdygtige over for overladning og stærk udladning;
• Li-Ion- og Ni-Mh-batterier er dyrere, bange for overopladning og stærk udladning, men har mindre selvudladning;
• levetid og opbevaring af Li-Ion-batterier (2-3 år) er flere gange kortere end Ni Cd-produkter (8-10 år);
• nikkel-cadmiumkilder mister hurtigt kapacitet, når de bruges i en buffertilstand (for eksempel i UPS). Selvom de derefter kan gendannes fuldstændigt ved dyb afladning og opladning, er det bedre ikke at bruge Ni Cd-produkter på enheder, hvor de konstant genoplades;
• den samme opladningstilstand af Ni-Cd- og Ni-Mh-batterier giver dig mulighed for at bruge de samme opladere, men du skal tage hensyn til det faktum, at nikkel-cadmium-batterier har en mere markant hukommelseseffekt.

Baseret på forskellene er det umuligt at drage en utvetydig konklusion om, hvilke batterier der er bedre, da alle elementer har styrker og svagheder.

Betingelser for brug

Under drift i Ni Cd-strømkilder forekommer et antal ændringer, der fører til en gradvis forringelse af ydeevnen og i sidste ende til tab af ydeevne:

• effektivt areal og masse af elektroder falder;
• sammensætningen og volumenet af elektrolytændringerne
• nedbrydning af separatoren og organiske urenheder;
• vand og ilt går tabt;
• Aktuelle lækager forekommer på grund af væksten af ​​cadmiumdendriter på pladerne.

For at minimere skader på batteriet, der opstår under dets drift og opbevaring, er det nødvendigt at undgå uheldige virkninger på batteriet, som er forbundet med følgende faktorer:

• opladningen af ​​et ufuldstændigt opladet batteri fører til et reversibelt tab af dets kapacitet på grund af et fald i det aktive stofs totale areal som følge af krystaldannelse;
• regelmæssig stærk opladning, som fører til overophedning, øget gasdannelse, vandtab i elektrolytten og ødelægger elektroderne (især anoden) og separatoren;
• underopladning, hvilket fører til for tidlig udtømning af batteriet;
• langvarig drift ved meget lave temperaturer fører til en ændring i sammensætningen og volumen af ​​elektrolytten, batteriets indre modstand stiger, og dens ydeevne forringes, især mindskes kapaciteten.

Med en kraftig stigning i trykket inde i batteriet som et resultat af en hurtig opladning med en stor strøm og stærk nedbrydning af cadmiumkatoden, kan overskydende brint frigøres i batteriet, hvilket fører til en kraftig stigning i tryk, som kan deformere sagen, krænker monteringsdensiteten, øger den interne modstand og reducerer driftsspændingen.

I batterier, der er udstyret med en nødpresningsventil, kan risikoen for deformation forhindres, men irreversible ændringer i batteriets kemiske sammensætning kan ikke undgås.

Opladning af Ni Cd-batterier skal udføres med en strøm på 10% (om nødvendigt hurtig opladning i specielle batterier med en strøm på op til 100% på 1 time) af deres kapacitet (for eksempel 100 mA ved en kapacitet på 1000 mAh) i 14-16 timer. Den bedste tilstand for deres afladning er en strøm svarende til 20% af batterikapaciteten.

Sådan gendannes Ni Cd-batteri

I tilfælde af kapacitetstab kan nikkel-cadmium-strømforsyninger næsten fuldstændigt gendannes ved hjælp af en fuld afladning (op til 1 volt pr. Celle) og efterfølgende opladning i standardtilstand. Denne træning af batterier kan gentages flere gange for at opnå den mest komplette gendannelse af deres kapacitet.

Hvis det ikke er muligt at gendanne batteriet ved udladning og opladning, kan du prøve at gendanne dem ved at anvende kortstrømsimpulser (ti gange større end kapaciteten til det gendannede element) i flere sekunder. Denne effekt eliminerer det interne kredsløb i battericellerne, der opstår på grund af væksten af ​​dendritter ved at brænde dem med en stærk strøm. Der er specielle industrielle aktivatorer, der udfører denne effekt.

Fuld genoprettelse af sådanne batteriers startkapacitet er umulig på grund af irreversible ændringer i elektrolytens sammensætning og egenskaber samt nedbrydning af pladerne, men gør det muligt at forlænge batteriets levetid.

Metoden til bedring derhjemme er at udføre følgende handlinger:

• en ledning med et tværsnit på mindst 1,5 kvadratmeter er forbundet minus den gendannede celle med katoden i et kraftigt batteri, såsom en bil eller UPS;
• den anden ledning er sikkert fastgjort til anoden (plus) på et af batterierne;
• i 3-4 sekunder berører den frie ende af den anden ledning hurtigt den frie plus terminal (med en frekvens på 2-3 kontakter pr. sekund). I dette tilfælde er det nødvendigt at forhindre svejsning af ledninger i krydset;
• med et voltmeter kontrolleres spændingen ved kilden, der gendannes, i dens fravær udføres en anden gendannelsescyklus;
• når der vises en elektromotorisk kraft på batteriet, sættes det i ladning;

Derudover kan du prøve at ødelægge dendritterne i batteriet ved at fryse dem i 2-3 timer, efterfulgt af et skarpt tryk. Når frosne, dendrites bliver sprøde og ødelægges af chok, hvilket teoretisk kan hjælpe med at slippe af med dem.

Der er mere ekstreme genvindingsmetoder forbundet med tilsætning af destilleret vand til gamle elementer ved at bore deres kroppe. Men den fulde tilvejebringelse af sådanne elementers stramhed i fremtiden er meget problematisk. Derfor bør du ikke gemme og udsætte dit helbred for risikoen for forgiftning med cadmiumforbindelser på grund af gevinsten ved flere arbejdscyklusser.

Opbevaring og bortskaffelse

Det er bedre at opbevare nikkel-cadmium-batterier i udladet tilstand ved lav temperatur på et tørt sted. Jo lavere opbevaringstemperatur sådanne batterier er, jo mindre selvudladning har de. Modeller af høj kvalitet kan opbevares i op til 5 år uden betydelig skade på de tekniske egenskaber. For at sætte dem i drift er det nok at oplade dem.

Skadelige stoffer indeholdt i et AA-batteri kan forurene ca. 20 kvadratmeter territorium. For sikker bortskaffelse af Ni Cd-batterier skal de føres til genvindingssteder, hvorfra de sendes til fabrikker, hvor de skal destrueres i specielle forseglede ovne udstyret med filtre, der fanger giftige stoffer.