Nikal-kadmijeve baterije

U drugoj polovici dvadesetog stoljeća, neki od najboljih kemijskih izvora za ponovno punjenje bili su punjive baterije izrađene pomoću nikal-kadmijeve tehnologije. I dalje se naširoko koriste u raznim područjima zbog svoje pouzdanosti i nepretencioznosti.

Što je nikal-kadmijeva baterija

Nikal-kadmijeve baterije su galvanske punjive struje, koje je 1899. izumio u Švedskoj Waldmar Jungner. Do 1932. godine, njihova praktična upotreba bila je vrlo ograničena zbog visokih troškova korištenih metala u usporedbi s baterijama s olovnim kiselinama.

Poboljšanje tehnologije njihove proizvodnje dovelo je do značajnog poboljšanja njihovih radnih karakteristika i omogućilo je 1947. stvoriti zapečaćenu bateriju bez održavanja s izvrsnim parametrima.

Princip rada i uređaj Ni-Cd baterija

Te baterije proizvode električnu energiju zbog reverzibilne interakcije kadmija (Cd) s nikl-oksid-hidroksidom (NiOOH) i vodom, što rezultira stvaranjem nikl hidroksida Ni (OH) 2 i kadmij hidroksida Cd (OH) 2, što uzrokuje pojavu elektromotorne sile.

Ni-Cd baterije proizvode se u hermetički zatvorenim kućištima koja sadrže elektrode odvojene neutralnim separatorom, koji sadrže nikl i kadmij, a nalaze se u otopini žele-alkalnog elektrolita (obično kalijev hidroksid, KOH).

Pozitivna elektroda je čelična mreža ili folija prekrivena paste nikl-oksid-hidroksidom pomiješana s vodljivim materijalom

Negativna elektroda je čelična mreža (folija) s prešanim poroznim kadmijem.

Jedan nikal-kadmij element može isporučiti napon od oko 1,2 volta, dakle, da bi povećao napon i snagu baterija u svojoj izvedbi, mnoge paralelne elektrode koriste se razdvojene odvajačima.

Specifikacije i što su Ni-Cd baterije

Ni-Cd baterije imaju sljedeće specifikacije:

• napon pražnjenja jednog elementa je oko 0,9-1 volta;
• nazivni napon elementa je 1,2 v, za dobivanje napona od 12 V i 24 V koristi se serijski spoj više elemenata;
• napon punog naboja - 1,5-1,8 volti;
• radna temperatura: od -50 do +40 stupnjeva;
• broj ciklusa punjenja i pražnjenja: od 100 do 1000 (u najmodernijim baterijama - do 2000), ovisno o uporabljenoj tehnologiji;
• razina samo-pražnjenja: od 8 do 30% u prvom mjesecu nakon punog punjenja;
• specifična potrošnja energije - do 65 W * sat / kilogram;
• vijek trajanja - oko 10 godina.

Ni-Cd baterije proizvode se u različitim slučajevima standardnih veličina i nestandardnog dizajna, uključujući disk, hermetički oblik.

Gdje se koriste nikal-kadmijeve baterije?

Ove se baterije koriste u uređajima koji troše veliku struju, a također imaju velika opterećenja tijekom rada u sljedećim slučajevima:

• na trolejbusima i tramvajima;
• na električne automobile;
• na pomorskom i riječnom prijevozu;
• u helikopterima i avionima;
• u električnim alatima (odvijači, bušilice, električni odvijači i drugi);
• električni brijači;
• u vojnoj opremi;
• prijenosne radio stanice;
• u igračkama na radiju;
• u svjetlima za ronjenje.

Trenutno, zbog pooštravanja okolišnih zahtjeva, većina baterija popularnih veličina (AA, AAA i drugi) proizvodi se nikl-metal-hidrid i litij-ionska tehnologija. Međutim, mnoge Ni Cd baterije raznih veličina, objavljene prije nekoliko godina, još uvijek rade.

Ni-Cd ćelije imaju dug radni vijek, koji ponekad prelazi 10 godina, pa se ova vrsta baterija i dalje može naći u raznim elektroničkim uređajima, osim na gore navedenim.

Za i protiv Ni-Cd baterije

Ova vrsta baterije ima sljedeće pozitivne karakteristike:

• dug život i broj ciklusa punjenja i pražnjenja;
• dug radni vijek i skladištenje;
• sposobnost brzog punjenja;
• sposobnost izdržavanja velikih opterećenja i niskih temperatura;
• održavanje operabilnosti u najnepovoljnijim radnim uvjetima;
• nizak trošak;
• mogućnost skladištenja tih baterija u praznom stanju do 5 godina;
• srednji otpor na prekomjerno punjenje.

Istovremeno, napajanja niklom-kadmijem imaju nekoliko nedostataka:

• prisutnost memorijskog efekta, koji se očituje u gubitku kapaciteta prilikom punjenja baterije, bez čekanja na potpuno pražnjenje;
• potreba za preventivnim radom (nekoliko ciklusa punjenja-pražnjenja) radi postizanja punog kapaciteta;
• potpuna obnova baterije nakon dugotrajnog skladištenja zahtijeva tri do četiri ciklusa punog pražnjenja;
• veliko samopražnjenje (oko 10% u prvom mjesecu skladištenja), što dovodi do gotovo punog pražnjenja baterije tijekom godine skladištenja;
• niska gustoća energije u usporedbi s drugim baterijama;
• visoka toksičnost kadmija, zbog koje je u mnogim zemljama, uključujući EU, zabranjena takva potreba da se takve baterije bacaju na posebnu opremu;
• veću težinu od modernih baterija.

Razlika Ni-Cd iz Li-Ion ili Ni-Mh izvora

Baterije s aktivnim komponentama, uključujući nikl i kadmij, imaju niz razlika u odnosu na modernije litij-ionske i nikl-metal hidridne izvore električne energije:

• Ni-Cd elementi, za razliku od njih Li-ion i Ni-MH opcije imaju efekt memorije, imaju niži specifični kapacitet u istoj veličini;
• NiCd izvori su nepretenciozniji, održavaju performanse na vrlo niskim temperaturama, mnogo su otporniji na prekomjerno punjenje i snažno pražnjenje;
• Li-Ion i Ni-Mh baterije su skuplje, boje se prekomjernog punjenja i jakog pražnjenja, ali imaju manje samopražnjenja;
• vijek i skladištenje Li-Ion baterija (2-3 godine) nekoliko su puta kraći od Ni Cd proizvoda (8-10 godina);
• izvori nikla-kadmija brzo gube kapacitet kada se koriste u međuspremniku (na primjer, u UPS-u). Iako se oni nakon dubokog pražnjenja i punjenja mogu u potpunosti obnoviti, bolje je ne koristiti Ni Cd proizvode na uređajima na kojima se stalno pune;
• isti način punjenja Ni-Cd i Ni-Mh baterija omogućuje upotrebu istih punjača, ali morate uzeti u obzir činjenicu da nikal-kadmijeve baterije imaju izraženiji učinak na memoriju.

Na temelju razlika, nemoguće je izvući nedvosmislen zaključak o tome koje su baterije bolje, jer svi elementi imaju snage i slabosti.

Uvjeti korištenja

Tijekom rada u izvorima napajanja Ni Cd, događaju se brojne promjene koje dovode do postupnog pogoršanja performansi i, u konačnici, do gubitka performansi:

• smanjuje se djelotvorna površina i masa elektroda;
• mijenja se sastav i volumen elektrolita;
• raspadanje separatora i organskih nečistoća;
• gube se voda i kisik;
• Do trenutnog curenja dolazi zbog rasta kadmijum-dendrita na pločama.

Kako bi se umanjila šteta na bateriji koja nastaje tijekom rada i pohrane, potrebno je izbjeći štetne učinke na bateriju, koji su povezani sa sljedećim čimbenicima:

• punjenje baterija koja nije potpuno napunjena dovodi do reverzibilnog gubitka njegovog kapaciteta zbog smanjenja ukupne površine aktivne tvari kao rezultat stvaranja kristala;
• redovito snažno punjenje, što dovodi do pregrijavanja, povećanog stvaranja plina, gubitka vode u elektrolitu i uništava elektrode (posebno anodu) i separator;
• prenisko punjenje, što dovodi do preranog pražnjenja baterije;
• dugotrajni rad na vrlo niskim temperaturama dovodi do promjene u sastavu i volumenu elektrolita, povećava se unutarnji otpor baterije i smanjuje se njegov rad, posebno smanjuje se kapacitet.

S snažnim porastom tlaka unutar akumulatora kao rezultat brzog punjenja s velikom strujom i jakom razgradnjom kadmijevog katoda, višak vodika može se ispuštati u bateriju, što dovodi do oštrog porasta tlaka, što može deformirati slučaj, narušava gustoću montaže, povećava unutarnju otpornost i smanjuje radni napon.

U baterijama opremljenim sigurnosnim ventilom za smanjenje tlaka može se spriječiti opasnost od deformacije, ali ne mogu se izbjeći nepovratne promjene u kemijskom sastavu baterije.

Punjenje Ni Cd baterija mora se vršiti strujom od 10% (ako je potrebno, brzim punjenjem u posebnim baterijama sa strujom do 100% u 1 satu) njihovog kapaciteta (na primjer, 100 mA pri 1000 mAh) tijekom 14-16 sati. Najbolji način njihovog pražnjenja je struja jednaka 20% kapaciteta baterije.

Kako oporaviti Ni CD bateriju

U slučaju gubitka kapaciteta, napajanje nikal-kadmijem može se gotovo u potpunosti obnoviti korištenjem punog pražnjenja (do 1 volta po ćeliji) i naknadnog punjenja u uobičajenom načinu rada. Ovo vježbanje baterija može se ponoviti nekoliko puta radi najpotpunije obnove njihovog kapaciteta.

Ako bateriju nije moguće obnoviti pražnjenjem i punjenjem, pokušajte je obnoviti primjenom kratkih strujnih impulsa (nekoliko desetina puta većih od kapaciteta restauriranog elementa) nekoliko sekundi. Ovim učinkom se eliminira unutarnji krug u stanicama akumulatora koji nastaje zbog rasta dendrita spaljivanjem ih snažnom strujom. Postoje posebni industrijski aktivatori koji provode ovaj učinak.

Potpuno vraćanje početnog kapaciteta takvih baterija nije moguće zbog nepovratnih promjena u sastavu i svojstvima elektrolita, kao i degradacije ploča, ali omogućuje produljenje vijeka trajanja baterije.

Metoda oporavka kod kuće je provesti sljedeće radnje:

• žica s presjekom od najmanje 1,5 kvadratnih milimetara povezana je minus obnovljena ćelija s katodom snažne baterije, poput automobila ili UPS-a;
• druga žica je sigurno pričvršćena na anodu (plus) jedne od baterija;
• u trajanju od 3-4 sekunde, slobodni kraj druge žice brzo dodiruje besplatni plus terminal (s frekvencijom od 2-3 kontakta u sekundi). U tom je slučaju potrebno spriječiti zavarivanje žica na spoju;
• voltmetrom se provjerava napon na izvoru koji se obnavlja; u njegovoj odsutnosti vrši se još jedan ciklus oporavka ;;
• kad se na bateriji pojavi elektromotorna sila, ona se puni;

Osim toga, možete pokušati uništiti dendrite u bateriji zamrzavanjem 2-3 sata, nakon čega slijedi oštri dodir. Kada se smrznu, dendriti postanu krhki i uništeni su od šoka, što teoretski može pomoći da ih se riješite.

Postoje ekstremnije metode oporavka povezane s dodavanjem destilirane vode starim elementima bušenjem njihovih tijela. Ali u potpunosti je osigurati čvrstoću takvih elemenata u budućnosti vrlo problematično. Stoga ne biste trebali štedjeti i izlagati zdravlje riziku trovanja kadmijevim spojevima zbog dobivanja nekoliko radnih ciklusa.

Skladištenje i odlaganje

Bolje je čuvati nikl-kadmijeve baterije u praznom stanju na niskoj temperaturi na suhom mjestu. Niža temperatura skladištenja takvih akumulatora, manje samopuštenja. Visokokvalitetni modeli mogu se pohraniti do 5 godina bez značajnog oštećenja tehničkih karakteristika. Da biste ih naručili, dovoljno ih je naplatiti.

Štetne tvari sadržane u jednoj AA bateriji mogu zagađivati ​​oko 20 četvornih metara teritorije. Za sigurno odlaganje baterija Ni Cd moraju se odvesti u mjesta recikliranja, odakle se šalju u tvornice, gdje se moraju uništiti u posebnim zatvorenim pećima opremljenim filtrima koji skupljaju otrovne tvari.