Lithium-Ionen- und Nickel-Cadmium-Batterien sind zwei beliebte Klassen autonomer Stromversorgungen. Jeder von ihnen hat bestimmte Grenzen für die beste Anwendung, und Benutzerfehler gehen oft mit Unkenntnis der Eigenschaften solcher Batterien einher. Bei vielen ähnlichen Eigenschaften unterscheiden sich Li-Ion- und NiCd-Akkus in ihrer chemischen Zusammensetzung, Umweltbelastung, Verwendung und Kosten.
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Was haben Li-Ion- und Ni-Cd-Akkus gemeinsam?
Formen und einige Parameter dieser Batterieklassen werden durch GOST 26692-85 bestimmt. Insbesondere. Dieser Standard gilt für beide Typen:
- Gesamtabmessungen
- Abnahme- und Prüfverfahren.
- Bedingungen für die sichere Verwendung.
- Vollständigkeit der Lieferung.
- Kennzeichnung, Verpackung und Transport zum Verbraucher.
- Liste der Anweisungen für den sicheren Betrieb.
- Herstellergarantien.
Wichtig! Da der Einsatz von Batterien dieses Typs stetig zunimmt, wurde kürzlich GOST R IEC 61426-1-2014 eingeführt und angewendet, das die allgemeinen Anforderungen für Batterien festlegt, die als erneuerbare Energiequellen verwendet werden (zum Beispiel in der Photovoltaik).
Die Bereiche der Batteriekapazitäten sind ebenfalls üblich: Beide können mit Indikatoren von 1,2 bis 3,6 Ah · oder mehr hergestellt werden. Eine gemeinsame Eigenschaft kann auch der Wirkungsgrad von Lade- / Entladezyklen genannt werden, der je nach Hersteller im Bereich von 70 ... 90% liegt.
Unterschiede zwischen Li-Ion- und Ni-Cd-Akkus
Vergleichen wir die folgenden Merkmale: die Essenz elektrochemischer Prozesse, die Auswirkungen auf die Umwelt, die Kosten, die Betriebs- und Produktivitätsmerkmale sowie die praktische Anwendung.
Nickel-Cadmium-Batterie Verwendet Cadmium als Anode (negativer Anschluss), Nickeloxyhydroxid als Kathode (positiver Anschluss) und wässriges Kaliumhydroxid als Elektrolyt.
Lithium-Ionen-Akku Verwendet Graphit als Anode, Lithiumoxid als Kathode und Lithiumsalz als Elektrolyt. Lithiumionen wandern während der Entladung von der negativen zur positiven Elektrode und beim Laden in die entgegengesetzte Richtung.
| Titel | Li-Ionen-Netzteile | Ni-Cd-Netzteile |
|---|---|---|
| Spannung | 3,6 / 3,7 V | 1,2 V |
| Anzahl der Arbeitszyklen | Bis zu 1200 | Bis 2000 |
| Lade- / Entladeeffizienz | 80…90 % | 70…90 % |
| Temperaturabhängigkeit der Intensität des Selbstentladungsprozesses (im Monat) | Bis zu 8% bei 21 ° C Bis zu 15% bei 40 ° C Bis zu 31% bei 60 ° C | Bis zu 10% |
| Energiedichte | 250 ... 620 W h / l | 50 ... 150 W h / l |
| Entsorgung | Geringer gefährlicher Abfall | Sondermüll |
Ni-Cd-Batterien enthalten 6% (für industrielle Zwecke) bis 18% (für Verbraucherbatterien) Cadmium, ein giftiges Schwermetall, und erfordern daher besondere Sorgfalt beim Entfernen und Entsorgen einer gebrauchten Batterie. Solche Abfälle gelten als umweltgefährdend. Gleichzeitig sind alle Komponenten von Lithium-Ionen-Batterien umweltfreundlich, da Lithium kein giftiges Metall ist.
Bezogen auf die Kosten ist eine Lithium-Ionen-Batterie etwa 40% teurer als Nickel-Cadmium. Dies erklärt sich durch erhebliche Herstellungskosten für die Bereitstellung einer zusätzlichen Schutzschaltung, die die Parameter Spannung, Strom und Leistung steuert.
Als Lithium-Ionen ist besser als Nickel-Cadmium
Der größte Nachteil von Nickel-Cadmium-Batterien ist ihr Engagement für den sogenannten „Memory-Effekt“, wenn sie mehrmals entladen und auf denselben Ladezustand aufgeladen werden.Die Batterie „merkt“ sich den Punkt im Ladezyklus, an dem der Ladevorgang begann, und während des späteren Gebrauchs fällt die Spannung an diesem Punkt plötzlich ab, als ob die Batterie entladen wäre.
Die Akkukapazität nimmt jedoch tatsächlich nur geringfügig ab. Einige Arten von elektronischen Geräten sind speziell dafür ausgelegt, einer solchen Unterspannung lange genug standzuhalten - so dass die Spannung wieder in den Normalzustand zurückkehrt. Einige Geräte und Minianwendungen sind jedoch in diesem Zeitraum ausgeschaltet, sodass der Akku früher als gewöhnlich "leer" zu sein scheint.
Ein ähnlicher Effekt, der als Stressdepression bezeichnet wird, ist das Ergebnis wiederholten Aufladens. In diesem Fall ist der Akku vollständig aufgeladen, entlädt sich jedoch nach kurzer Betriebsdauer schnell.
Ein weiteres Problem ist der „Reverse Charge“ -Effekt, der aufgrund eines Benutzerfehlers auftritt oder wenn ein Akku mit mehreren Zellen vollständig entladen ist. Rückwärtsladen verkürzt die Lebensdauer des Akkus. Ein Nebenprodukt der Rückladung ist Wasserstoffgas, das gefährlich ist.
Interessante Tatsache: Bei unregelmäßiger Verwendung von Nickel-Cadmium-Stromquellen tritt eine Rückladung auf. Dann werden Dendriten gebildet und in den Batterien verteilt - dünne leitfähige Kristalle, die die Trennmembran zwischen den Elektroden durchdringen können. Dies führt zu einem internen Kurzschluss und einem vorzeitigen Batterieausfall.
Im Gegensatz dazu erfordern Lithium-Ionen-Batterien kein hohes Serviceniveau. Sie können aufgeladen werden, bevor sie vollständig entladen sind (ohne Bildung eines „Memory-Effekts“) und in einem größeren Temperaturbereich arbeiten. Im Vergleich zu Ni-Cd beträgt die Selbstentladung in einer Lithium-Ionen-Lösung weniger als die Hälfte der Gesamtkapazität, was die Lebensdauer einer solchen Batterie verlängert. Ein Lithium-Ionen-Akku kann daher ohne Ladungsverlust mehrere Monate gelagert werden.
Als Nickel Cadmium Akku ist besser als Li-Ion
NiCd-Akkus können zu Akkus zusammengebaut oder separat verwendet werden. Diese Batterien sind klein und winzig, sodass sie im täglichen Leben zum Beispiel in Taschenlampen, tragbaren Elektronikgeräten, Kameras und Camcordern sowie in Spielzeug verwendet werden können. Nickel-Cadmium-Batterien liefern bei kleinen Abmessungen besser hohe Pulsströme mit relativ geringem Innenwiderstand. Dies macht sie zur bevorzugten Wahl für ferngesteuerte, elektrisch gesteuerte Modelle von Flugzeugen, Booten, Autos, für schnurlose Elektrowerkzeuge sowie für die Versorgung von Blitzgeräten während der Lebensdauer und der wert der kapazität in mah spielt keine besondere rolle.
Große Ni-Cd-Batterien werden für Luftstarter, Elektrofahrzeuge und als Notstromquellen verwendet.
Wichtig! Ein merklicher Nachteil eines Lithium-Ionen-Akkus ist seine Zerbrechlichkeit. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, benötigt eine solche Batterie eine spezielle Schutzschaltung.
Die Schutzschaltung dient zur Begrenzung der Spitzenspannung beim Laden der Batterie oder des Akkus. Dadurch wird die Möglichkeit einer Unterspannung ausgeschlossen, die beim Entladen der Stromquelle beobachtet werden kann. Um extreme Temperaturen zu vermeiden und die Anwendungssicherheit zu verbessern, wird auch die Temperatur im Gehäuse kontrolliert. All dies verteuert und vergrößert den Lithium-Ionen-Akku.
Aufgrund der hohen Energiedichte, des fehlenden Memory-Effekts und des langsamen Ladungsverlusts werden Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich für militärische Zwecke, in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie für Stromquellen für moderne Elektrofahrzeuge (wo geringes Gewicht und Abmessungen wichtig sind) verwendet. .
Was ist besser: Li-Ion oder Ni-Cd
Es ist unmöglich, diese Frage eindeutig zu beantworten, und es ist nicht notwendig. Jeder Batterietyp hat seine eigene rationale Anwendung.Ein Ni-Cd-Akku ist billiger und weist eine erhebliche Anzahl von Lade- / Entladezyklen auf (was jedoch nicht oft durchgeführt werden sollte!). Der Li-Ion-Akku zeichnet sich durch seine kompakte Größe, längere Akkulaufzeit und das Fehlen eines „Memory-Effekts“ aus und kann in einem breiteren Temperaturbereich betrieben werden.
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