Nikkel-kadmium elemek

A huszadik század második felében a legjobb újratölthető kémiai áramforrások egyike a nikkel-kadmium technológiával készült újratölthető elemek. Még mindig széles körben használják a különféle területeken megbízhatóságuk és szerhetetlenségük miatt.

Mi az a nikkel-kadmium akkumulátor?

A nikkel-kadmium elemek galvanikus újratölthető áramforrások, amelyeket 1899-ben Svédországban találtak fel Waldmar Jungner. 1932-ig gyakorlati alkalmazásuk nagyon korlátozott volt a használt fémek magas költsége miatt, az ólom-sav akkumulátorokkal összehasonlítva.

Az előállításuk technológiájának fejlesztése jelentősen javította működési tulajdonságaikat, és 1947-ben lehetővé tette egy kiváló paraméterekkel ellátott, lezárt, karbantartást nem igénylő akkumulátor létrehozását.

A működés elve és a készülék Ni-Cd akkumulátor

Ezek az elemek elektromos energiát termelnek a kadmium (Cd) és a nikkel-oxid-hidroxid (NiOOH) és a víz reverzibilis kölcsönhatása következtében, aminek eredményeként nikkel-hidroxid Ni (OH) 2 és kadmium-hidroxid Cd (OH) 2 képződik, ami elektromotoros erő megjelenését okozza.

A Ni-Cd elemeket zárt házban gyártják, amelyek semleges elválasztóval elválasztott elektródokat tartalmaznak, nikkelt és kadmiumot tartalmaznak, amelyek zselés szerű alkáli elektrolit (általában kálium-hidroxid, KOH) oldatában vannak.

A pozitív elektróda egy acél háló vagy fólia, amely egy vezető anyaggal kevert nikkel-oxid-hidroxid pasztával van bevonva

A negatív elektróda préselt porózus kadmiummal ellátott acélháló (fólia).

Egy nikkel-kadmium elem képes körülbelül 1,2 V feszültséget szolgáltatni, ezért a tervezésben szereplő elemek feszültségének és teljesítményének növelése érdekében sok párhuzamos elektródát használnak, elválasztóval elválasztva.

Műszaki adatok és mi a Ni-Cd akkumulátorok

A Ni-Cd akkumulátorok a következő specifikációkkal rendelkeznek:

• az egyik elem kisülési feszültsége körülbelül 0,9-1 volt;
• az elem névleges feszültsége 1,2 v, 12 és 24 V feszültségek eléréséhez több elem soros csatlakoztatását kell használni;
• teljes töltés feszültsége - 1,5-1,8 volt;
• üzemi hőmérséklet: -50 és +40 fok között;
• töltési és kisütési ciklusok száma: 100-tól 1000-ig (a legmodernebb akkumulátoroknál - 2000-ig), az alkalmazott technológiától függően;
• önkisülés: 8–30% az első hónapban a teljes töltés után;
• fajlagos energiafogyasztás - akár 65 W * óra / kg;
• élettartama - körülbelül 10 év.

A Ni-Cd akkumulátorokat különféle esetekben, szabványos méretekben és nem szabványos kivitelben gyártják, beleértve a lemezt és a hermetikus formát is.

Hol használják a nikkel-kadmium elemeket?

Ezeket az akkumulátorokat olyan készülékekben használják, amelyek nagy áramot fogyasztanak, és működés közben is nagy terhelést élveznek a következő esetekben:

• trolibuszokon és villamosokon;
• elektromos autókon;
• tengeri és folyami szállítás;
• helikopterekben és repülőgépekben;
• a szerszámokban (csavarhúzók, fúrók, elektromos csavarhúzók és mások);
• Elektromos borotvák;
• katonai felszerelésben;
• hordozható rádióállomások;
• játékokban a rádióban;
• a búvárkodás fényében.

Jelenleg a környezeti követelmények szigorodása miatt a legtöbb népszerű méretű elem (AA, AAA és mások) nikkel-fém-hidrid és lítium-ion technológiákkal állítják elő. Számos különféle méretű Ni Cd elem, amelyet néhány évvel ezelőtt bocsátottak ki, továbbra is működik.

A Ni-Cd cellák hosszú élettartamúak, néha meghaladják a 10 évet, ezért az ilyen típusú akkumulátorok a fentiek kivételével még mindig megtalálhatók számos különféle elektronikus eszközben.

A Ni-Cd akkumulátor előnyei és hátrányai

Az ilyen típusú akkumulátor a következő pozitív jellemzőkkel rendelkezik:

• hosszú élettartam és a töltési-ürítési ciklusok száma;
• hosszú élettartam és tárolás;
• gyors töltés képessége;
• képesség ellenállni a nehéz terheknek és az alacsony hőmérsékleteknek;
• a működés fenntartása a legkedvezőtlenebb üzemi körülmények között;
• alacsony költség;
• képesség, hogy ezeket az akkumulátorokat lemerült állapotban tárolja legfeljebb 5 évig;
• közepes túltöltési ellenállás.

Ugyanakkor a nikkel-kadmium tápegységeknek számos hátrányuk van:

• a memóriahatás jelenléte, amely kapacitásvesztésként nyilvánul meg az akkumulátor töltésekor, anélkül hogy várná a teljes lemerülést;
• megelőző munka szükségessége (több töltési és ürítési ciklus) a teljes kapacitás elérése érdekében;
• az akkumulátor teljes helyreállítása hosszú távú tárolás után három-négy ciklust igényel a teljes töltés-lemerülés után;
• nagy önkisülés (kb. 10% a tárolás első hónapjában), ami az akkumulátor szinte teljes lemerüléséhez vezet a tárolás évében;
• alacsony energia sűrűség más akkumulátorokkal összehasonlítva;
• a kadmium magas toxicitása, amelynek következtében számos országban, beleértve az EU-t is betiltották őket, az ilyen akkumulátorokat speciális berendezésen kell ártalmatlanítani;
• nagyobb súly, mint a modern akkumulátorok.

A Ni-Cd eltérése a Li-Ion vagy Ni-Mh forrásoktól

Az aktív komponensekkel rendelkező akkumulátorok, beleértve a nikkelt és a kadmiumot, számos különbségben vannak a modern lítium-ion és nikkel-fém-hidrid elektromos áramforrásokkal szemben:

• Ni-Cd elemek, ellentétben Li-Ion és Ni-MH az opciók memóriahatással rendelkeznek, kisebb fajlagos kapacitásúak ugyanolyan méretben;
• A NiCd források szerényebbek, nagyon alacsony hőmérsékleten tartják fenn a teljesítményüket, sokszor ellenállóbbak a túlterhelés és az erős kisülés szempontjából;
• A Li-ion és Ni-Mh akkumulátorok drágábbak, félnek a túltöltéstől és az erős kisüléstől, de kevesebb önkisülésesek;
• a Li-Ion akkumulátorok élettartama és tárolása (2-3 év) többször rövidebb, mint a Ni Cd termékeknél (8-10 év);
• a nikkel-kadmium-források gyorsan elveszítik kapacitását puffer üzemmódban történő felhasználáskor (például UPS esetén). Noha ezeket a mély ürítés és töltés révén teljesen vissza lehet állítani, jobb, ha a Ni Cd termékeket nem használjuk olyan eszközökben, ahol állandóan feltöltődnek;
• a Ni-Cd és Ni-Mh akkumulátorok azonos töltési módja lehetővé teszi ugyanazon töltők használatát, de figyelembe kell venni azt a tényt, hogy a nikkel-kadmium akkumulátorok kifejezettebb memóriahatással rendelkeznek.

A meglévő különbségek alapján lehetetlen egyértelmű következtetést levonni arról, hogy melyik akkumulátorok jobb, mivel minden elemnek vannak erősségei és gyengeségei.

Felhasználási feltételek

A Ni Cd tápegységekben történő üzemeltetés során számos változás történik, amelyek a teljesítmény fokozatos romlásához és végső soron a teljesítmény csökkenéséhez vezetnek:

• az elektródák tényleges területe és tömege csökken;
• az elektrolit összetétele és térfogata megváltozik;
• az elválasztó és a szerves szennyeződések bomlása;
• a víz és az oxigén elvesznek;
• A szivárgások a kadmium-dendriteknek a tányérokon történő növekedése miatt fordulnak elő.

Az akkumulátor működése és tárolása során bekövetkező károsodásának minimalizálása érdekében el kell kerülni az akkumulátor káros hatásait, amelyek a következő tényezőkkel járnak:

• a nem teljesen feltöltött akkumulátor töltése a kapacitás visszafordítható veszteségéhez vezet, mivel a kristályképződés eredményeként a hatóanyag teljes területe csökken;
• rendszeres erős töltés, amely túlmelegedéshez, fokozott gázképződéshez, vízveszteséghez vezet az elektrolitban, elpusztítja az elektródokat (különösen az anódot) és az elválasztót;
• alul töltés, ami az akkumulátor idő előtti kimerüléséhez vezet;
• a nagyon alacsony hőmérsékleten történő hosszú távú működés az elektrolit összetételének és térfogatának megváltozásához vezet, az akkumulátor belső ellenállása növekszik, és teljesítménye különösen romlik, és a kapacitás csökken.

Az akkumulátor belsejében a nagy töltés és a kadmium-katód gyors lebomlása következtében jelentősen növekszik a nyomás, és felesleges hidrogén szabadulhat fel az akkumulátorba, ami a nyomás hirtelen növekedéséhez vezet, amely deformálhatja az esetet, megsérti a szerelési sűrűséget, növeli a belső ellenállást és csökkenti az üzemi feszültséget.

A vésznyomáscsökkentő szeleppel felszerelt akkumulátorok esetében elkerülhető a deformáció veszélye, de az akkumulátor kémiai összetételének visszafordíthatatlan változásai nem kerülhetők el.

A Ni Cd akkumulátorok töltését kapacitásuk 10% -ának (ha szükséges, gyors töltésnek kell lennie, legfeljebb 100% / 1 óra áram alatt, speciális akkumulátorok esetén) (például 100 mA 1000 mAh kapacitással) 14-16 órán keresztül. A lemerülés legjobb módja az akkumulátor kapacitásának 20% -ával egyenlő áram.

A Ni CD-akkumulátor helyreállítása

Kapacitás elvesztése esetén a nikkel-kadmium tápegységek szinte teljes egészében visszaállíthatók egy teljes kisütés (cellánként 1 volt) és az azt követő töltés segítségével normál üzemmódban. Ez az akkumulátorok kiképzése többször megismételhető a kapacitás legteljesebb helyreállítása érdekében.

Ha az akkumulátort nem lehet visszaállítani kisütés és töltés révén, akkor megpróbálhatja azokat visszaállítani rövid áramimpulzusok alkalmazásával (több tízszer nagyobb, mint a helyreállított elem kapacitása) néhány másodpercig. Ez a hatás kiküszöböli az akkumulátorcellák belső áramkörét, amely a dendritek növekedésének következtében fordul elő, erős árammal égetve őket. Vannak speciális ipari aktivátorok, amelyek ezt a hatást hajtják végre.

Az ilyen akkumulátorok eredeti kapacitásának teljes helyreállítása lehetetlen az elektrolit összetételében és tulajdonságainak visszafordíthatatlan változása, valamint a lemezek leromlása miatt, de lehetővé teszi az akkumulátor élettartamának meghosszabbítását.

Az otthoni gyógyulás módja a következő műveletek végrehajtása:

• legalább 1,5 négyzetmilliméter keresztmetszetű vezetéket csatlakoztatnak a mért restaurált cellához az erős akkumulátor, például egy autó vagy szünetmentes tápegység katódjával;
• a második huzal biztonságosan van rögzítve az egyik elem anódjához (plusz);
• 3-4 másodpercig a második vezeték szabad vége gyorsan megérinti a szabad plusz csatlakozót (másodpercenként 2-3 érintkező frekvenciájával). Ebben az esetben el kell kerülni a huzalok hegesztését a kereszteződésnél;
• voltmérővel ellenőrizni kell a feszültséget a helyreállított forrásnál; ennek hiányában újabb helyreállítási ciklust kell végezni ;;
• amikor egy elektromotoros erő jelenik meg az akkumulátoron, akkor az fel van töltve;

Ezen túlmenően megpróbálhatja megsemmisíteni az akkumulátorban lévő dendriteket, 2-3 órán keresztül fagyasztva, majd élesen megcsapva. Fagyos állapotban a dendritek törékennyé válnak és sokkkal elpusztulnak, ami elméletileg segíthet megszabadulni tőlük.

Szélsőségesebb visszanyerési módszerek kapcsolódnak a desztillált víz hozzáadásához a régi elemekhez testük fúrásával. Az ilyen elemek jövőbeli szorosságának biztosítása azonban nagyon problematikus. Ezért nem szabad megtakarítania és ki kell tétenie egészségét a kadmiumvegyületekkel való mérgezés kockázatának, mivel több munkaciklus nyer.

Tárolás és ártalmatlanítás

Sokkal jobb a nikkel-kadmium elemeket kisütött állapotban, alacsony hőmérsékleten, száraz helyen tárolni. Minél alacsonyabb az ilyen elemek tárolási hőmérséklete, annál kevesebb az önkisülés. A kiváló minőségű modellek akár 5 évig tárolhatók a műszaki jellemzők jelentős károsodása nélkül. Az üzembe helyezéshez elegendő feltölteni őket.

Az egyik AA elemben található káros anyagok mintegy 20 négyzetméter területet szennyezhetnek. A Ni Cd akkumulátorok biztonságos ártalmatlanítása érdekében azokat újrahasznosító pontokba kell vinni, ahonnan gyárakba küldik, ahol azokat speciális, lezárt kemencékben meg kell semmisíteni, amelyek szűrővel vannak felszerelve, amely mérgező anyagokat gyűjt.