Bateri Nikel Cadmium

Pada separuh kedua abad ke dua puluh, salah satu daripada sumber semasa kimia yang boleh dicas semula yang terbaik adalah bateri boleh dicas semula yang menggunakan teknologi nikel-kadmium. Mereka masih digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang kerana kebolehpercayaan dan kesungguhannya.

Apakah Nikel Kadmium Bateri

Bateri nikel-kadmium adalah sumber semasa boleh dicas semula galvanik, yang dicipta pada tahun 1899 di Sweden oleh Waldmar Jungner. Sehingga tahun 1932, penggunaan praktikalnya sangat terhad kerana kos logam tinggi yang digunakan berbanding dengan bateri asid plumbum.

Meningkatkan teknologi pengeluaran mereka membawa kepada peningkatan signifikan dalam ciri-ciri operasi mereka dan dibenarkan pada tahun 1947 untuk mencipta bateri bebas penyelenggaraan yang disegel dengan parameter yang sangat baik.

Prinsip operasi dan bateri Ni-Cd peranti

Bateri ini menghasilkan tenaga elektrik kerana interaksi antara kadmium (Cd) dengan nikel oksida-hidroksida (NiOOH) dan air, yang menghasilkan pembentukan nikel hidroksida Ni (OH) 2 dan kadmium hidroksida Cd (OH) 2, yang menyebabkan daya elektromotif.

Bateri Ni-Cd boleh didapati dalam kandang tertutup yang mengandungi elektrod yang dipisahkan oleh pemisah neutral yang mengandungi nikel dan kadmium dalam larutan elektrolit alkali seperti jeli (biasanya kalium hidroksida, KOH).

Elektrod positif adalah mesh atau kerajang yang dilapisi dengan nikel oksida-hidroksida yang dicampur dengan bahan konduktif

Elektrod negatif adalah mesh keluli (foil) dengan kadmium berliang yang ditekan.

Satu elemen nikel-kadmium mampu menghasilkan voltan kira-kira 1.2 volt, oleh itu, untuk meningkatkan voltan dan kuasa bateri dalam reka bentuk mereka, banyak elektrod selari digunakan, dipisahkan oleh pemisah.

Spesifikasi dan apakah bateri Ni-Cd

Bateri Ni-Cd mempunyai spesifikasi berikut:

• voltan pembuangan satu elemen adalah kira-kira 0.9-1 volt;
• voltan nominal elemen ialah 1.2 v, untuk mendapatkan voltan 12v dan 24v, sambungan siri beberapa unsur digunakan;
• voltan cas penuh - 1.5-1.8 volt;
• suhu kerja: dari -50 hingga +40 darjah;
• bilangan kitaran caj-keluar: dari 100 hingga 1000 (dalam bateri paling moden - sehingga 2000), bergantung pada teknologi yang digunakan;
• tahap pelepasan diri: dari 8 hingga 30% pada bulan pertama selepas bayaran penuh;
• penggunaan tenaga tertentu - sehingga 65 W * jam / kilogram;
• hayat perkhidmatan - kira-kira 10 tahun.

Bateri Ni-Cd dihasilkan dalam pelbagai kes saiz standard dan dalam reka bentuk yang tidak standard, termasuk cakera, bentuk hermetik.

Di manakah bateri nikel-kadmium digunakan?

Bateri ini digunakan dalam peranti yang menggunakan arus tinggi dan juga mengalami beban yang tinggi semasa operasi dalam kes berikut:

• pada trolibus dan trem;
• pada kereta elektrik;
• pengangkutan laut dan sungai;
• dalam helikopter dan kapal terbang;
• dalam alat kuasa (pemutar skru, latihan, pemutar skru elektrik dan lain-lain);
• pencukur elektrik;
• dalam peralatan ketenteraan;
• stesen radio mudah alih;
• dalam mainan di radio;
• dalam lampu untuk menyelam.

Pada masa ini, disebabkan pengetatan keperluan persekitaran, kebanyakan bateri saiz popular (AA, AAA dan lain-lain) dihasilkan oleh hidrida nikel dan teknologi lithium-ion. Walau bagaimanapun, banyak bateri Ni Cd dari pelbagai saiz, dikeluarkan beberapa tahun yang lalu, masih beroperasi.

Sel Ni-Cd mempunyai hayat perkhidmatan yang panjang, yang kadang-kadang melebihi 10 tahun, dan oleh itu bateri jenis ini masih boleh didapati dalam pelbagai peranti elektronik, kecuali bagi yang tersenarai di atas.

Kebaikan dan Kekurangan Bateri Ni-Cd

Bateri jenis ini mempunyai ciri-ciri positif berikut:

• jangka hayat dan bilangan kitaran caj-pelepasan;
• hayat perkhidmatan dan penyimpanan yang panjang;
• keupayaan untuk cepat mengenakan bayaran;
• keupayaan untuk menahan beban berat dan suhu rendah;
• mengekalkan kebolehoperasian dalam keadaan operasi yang paling buruk;
• kos rendah;
• keupayaan untuk menyimpan bateri ini dalam keadaan yang dilepaskan sehingga 5 tahun;
• rintangan overcharge sederhana.

Pada masa yang sama, bekalan kuasa nikel-kadmium mempunyai beberapa kelemahan:

• kehadiran kesan ingatan, ditunjukkan dalam kehilangan kapasiti apabila mengecas bateri, tanpa menunggu pelepasan penuh;
• keperluan untuk kerja pencegahan (beberapa kitaran pelepasan caj) untuk mencapai kapasiti penuh;
• Pemulihan sepenuhnya bateri selepas penyimpanan jangka panjang memerlukan tiga hingga empat kitaran pelepasan muatan penuh;
• pelepasan diri yang besar (kira-kira 10% pada bulan pertama penyimpanan), membawa kepada pelepasan bateri hampir penuh pada tahun penyimpanan;
• ketumpatan tenaga yang rendah berbanding dengan bateri lain;
• toksisitas tinggi kadmium, yang mana ia dilarang di beberapa negara, termasuk EU, keperluan untuk membuang bateri tersebut pada peralatan khas;
• lebih banyak berat daripada bateri moden.

Perbezaan Ni-Cd dari sumber Li-Ion atau Ni-Mh

Bateri dengan komponen aktif, termasuk nikel dan kadmium, mempunyai beberapa perbezaan daripada sumber hidrida lithium-ion dan nikel logam yang lebih moden:

• Unsur Ni-Cd, tidak seperti Li-ion dan Ni-mh pilihan mempunyai kesan ingatan, mempunyai kapasiti khusus yang lebih rendah pada saiz yang sama;
• Sumber-sumber NiCd lebih bersahaja, mengekalkan prestasi pada suhu yang sangat rendah, banyak kali lebih tahan terhadap overcharge dan pelepasan kuat;
• Li-Ion dan bateri Ni-Mh lebih mahal, takut dengan pengecasan berlebihan dan pelepasan yang kuat, tetapi mempunyai pelepasan diri yang kurang;
• Kehidupan dan penyimpanan bateri Li-Ion (2-3 tahun) adalah beberapa kali lebih pendek daripada produk Ni Cd (8-10 tahun);
• sumber nikel-kadmium dengan cepat kehilangan kapasiti apabila digunakan dalam mod penampan (contohnya, dalam UPS). Walaupun ia dapat dipulihkan sepenuhnya dengan pelepasan dan caj yang mendalam, lebih baik tidak menggunakan produk Ni Cd dalam peranti di mana ia sentiasa dicas semula;
• mod caj yang sama Ni-Cd dan Ni-Mh bateri membolehkan anda menggunakan pengecas yang sama, tetapi anda harus mengambil kira fakta bahawa bateri nikel-kadmium mempunyai kesan ingatan yang lebih ketara.

Berdasarkan perbezaan, adalah mustahil untuk membuat kesimpulan yang tidak jelas tentang bateri mana yang lebih baik, kerana semua unsur mempunyai kekuatan dan kelemahan.

Syarat Penggunaan

Semasa beroperasi di sumber kuasa Ni Cd, beberapa perubahan berlaku yang membawa kepada kemerosotan secara beransur-ansur dalam prestasi dan, akhirnya, kepada kehilangan prestasi:

• kawasan berkesan dan jisim elektrod berkurangan;
• komposisi dan volum perubahan elektrolit;
• penguraian pemisah dan kekotoran organik;
• air dan oksigen hilang;
• Kebocoran semasa berlaku disebabkan oleh pertumbuhan kadendang dendrit pada plat.

Untuk meminimumkan kerosakan bateri yang berlaku semasa operasi dan penyimpanannya, adalah perlu untuk mengelakkan kesan buruk pada bateri, yang dikaitkan dengan faktor-faktor berikut:

• caj bateri yang tidak dicas sepenuhnya menyebabkan kehilangan kapasiti yang boleh diterbalikkan disebabkan oleh penurunan dalam jumlah kawasan bahan aktif akibat pembentukan kristal;
• pengisian semula haba yang tetap, yang menyebabkan terlalu panas, peningkatan pembentukan gas, kehilangan air dalam elektrolit dan memusnahkan elektrod (terutamanya anod) dan pemisah;
• bawah pengisian, menyebabkan pengurangan bateri awal;
• Operasi jangka panjang pada suhu yang sangat rendah menyebabkan perubahan dalam komposisi dan volum elektrolit, rintangan dalaman peningkatan bateri dan prestasinya merosot, khususnya kapasiti berkurangan.

Dengan kenaikan tekanan yang kuat di dalam bateri akibat daripada caj cepat dengan penurunan besar dan kuat dalam katodum kadmium, hidrogen yang berlebihan boleh dilepaskan ke dalam bateri, yang membawa kepada kenaikan tekanan yang tajam, yang boleh mengubah bentuk kes, melanggar ketumpatan pemasangan, meningkatkan ketahanan dalaman dan mengurangkan voltan operasi.

Dalam bateri yang dilengkapi dengan injap pelega tekanan kecemasan, risiko ubah bentuk boleh dicegah, tetapi perubahan yang tidak dapat dipulihkan dalam komposisi kimia bateri tidak dapat dielakkan.

Mengisi bateri Ni Cd mesti dilakukan dengan arus 10% (jika perlu, cas cepat dalam bateri khas dengan arus sehingga 100% setiap 1 jam) kapasiti mereka (contohnya, 100 mA pada kapasiti 1000 mAh) selama 14-16 jam. Cara terbaik pelepasan mereka adalah semasa yang bersamaan dengan 20% daripada kapasiti bateri.

Bagaimana Memulihkan Bateri Ni Cd

Dalam kes kehilangan kapasiti, bekalan kuasa nikel-kadmium hampir dapat dipulihkan sepenuhnya menggunakan pelepasan penuh (sehingga 1 volt per sel) dan caj seterusnya dalam mod standard. Latihan bateri boleh diulang beberapa kali untuk pemulihan yang paling lengkap keupayaan mereka.

Sekiranya tidak mungkin untuk memulihkan bateri melalui pelepasan dan caj, anda boleh cuba memulihkannya dengan menggunakan pulsa semasa yang singkat (puluhan kali lebih besar daripada kapasiti elemen yang dipulihkan) selama beberapa saat. Kesan ini menghilangkan litar dalaman dalam sel bateri yang berlaku akibat pertumbuhan dendrit dengan membakarnya dengan arus yang kuat. Terdapat pengaktif industri khas yang melaksanakan kesan ini.

Pemulihan penuh keupayaan awal bateri sedemikian tidak mungkin disebabkan oleh perubahan tak dapat dipulihkan dalam komposisi dan sifat-sifat elektrolit, serta penurunan plat, tetapi memungkinkan untuk memanjangkan hayat bateri.

Kaedah pemulihan di rumah adalah untuk melaksanakan tindakan berikut:

• dawai dengan seksyen salib sekurang-kurangnya 1.5 milimeter persegi disambungkan dikurangkan sel yang dipulihkan dengan katod bateri berkuasa, seperti kereta atau UPS;
• wayar kedua dipasang dengan selamat ke anoda (tambah) salah satu bateri;
• selama 3-4 saat, akhir percuma wayar kedua dengan cepat menyentuh terminal tambah percuma (dengan kekerapan 2-3 kenalan sesaat). Dalam kes ini, adalah perlu untuk mencegah kimpalan wayar di simpang;
• dengan voltmeter, voltan di sumber yang dipulihkan diperiksa, dalam ketiadaannya, kitaran pemulihan lain dilakukan;
• apabila daya elektromotif muncul pada bateri, ia dikenakan caj;

Di samping itu, anda boleh cuba memusnahkan dendrites dalam bateri dengan membekukan mereka selama 2-3 jam, diikuti dengan ketuk tajam. Ketika membeku, dendrit menjadi rapuh dan hancur oleh kejutan, yang secara teoritis dapat membantu menghilangkannya.

Terdapat kaedah pemulihan yang lebih ekstrem yang dikaitkan dengan penambahan air suling kepada elemen lama dengan menggerudi mayat mereka. Tetapi peruntukan penuh ketegangan elemen sedemikian pada masa akan datang adalah sangat bermasalah. Oleh itu, anda tidak sepatutnya menyimpan dan mendedahkan kesihatan anda dengan risiko keracunan dengan sebatian kadmium kerana mendapat beberapa kitaran kerja.

Penyimpanan dan pelupusan

Adalah lebih baik untuk menyimpan bateri kadmium nikel dalam keadaan yang dilepaskan pada suhu rendah di tempat yang kering. Semakin rendah suhu penyimpanan bateri sedemikian, semakin rendah pelepasan diri mereka. Model berkualiti tinggi boleh disimpan sehingga 5 tahun tanpa kerosakan yang ketara terhadap ciri-ciri teknikal. Untuk meletakkan mereka beroperasi, sudah cukup untuk membebankan mereka.

Bahan berbahaya yang terkandung dalam satu bateri AA boleh mencemarkan kira-kira 20 meter persegi wilayah. Untuk pelupusan bateri Ni Cd yang selamat, ia mesti dibawa ke tempat kitar semula, dari mana ia dihantar ke kilang-kilang, di mana ia mesti dimusnahkan di dalam relau yang dimeteraikan khas yang dilengkapi dengan penapis yang menangkap bahan toksik.