Nikkel-kadmiumbatterier

I andre halvdel av det tjuende århundre var en av de beste oppladbare kjemiske strømkildene oppladbare batterier laget med nikkel-kadmium-teknologi. De er fremdeles mye brukt på forskjellige felt på grunn av deres pålitelighet og upretensiøsitet.

Hva er nikkelkadmiumbatteri

Nikkel-kadmium-batterier er galvaniske ladbare strømkilder, som ble oppfunnet i 1899 i Sverige av Waldmar Jungner. Fram til 1932 var deres praktiske bruk svært begrenset på grunn av de høye kostnadene for metaller som ble brukt i sammenligning med blysyrebatterier.

Å forbedre teknologien i produksjonen deres førte til en betydelig forbedring av deres driftsegenskaper og tillot i 1947 å lage et forseglet vedlikeholdsfritt batteri med gode parametere.

Prinsippet om drift og Ni-Cd-batteriet

Disse batteriene produserer elektrisk energi på grunn av den reversible vekselvirkningen av kadmium (Cd) med nikkeloksyd-hydroksid (NiOOH) og vann, noe som resulterer i dannelsen av nikkelhydroksyd Ni (OH) 2 og kadmiumhydroksyd Cd (OH) 2, noe som forårsaker utseendet til en elektromotorisk kraft.

Ni-Cd-batterier produseres i forseglede kapslinger som inneholder elektroder separert av en nøytral separator, som inneholder nikkel og kadmium, og som er i en løsning av en gelélignende alkalisk elektrolytt (vanligvis kaliumhydroksyd, KOH).

Den positive elektroden er et stålnett eller folie belagt med en nikkeloksyd-hydroksydpasta blandet med et ledende materiale

Den negative elektroden er et stålnett (folie) med presset porøst kadmium.

Ett nikkel-kadmiumelement er i stand til å levere en spenning på omtrent 1,2 volt, og for å øke spenningen og effekten til batteriene i sin utforming blir det brukt mange parallelle elektroder, atskilt med separatorer.

Spesifikasjoner og hva er Ni-Cd-batterier

Ni-Cd-batterier har følgende spesifikasjoner:

• utladningsspenningen til ett element er omtrent 0,9-1 volt;
• elementets nominelle spenning er 1,2 v, for å oppnå spenninger på 12v og 24v, brukes en seriekobling av flere elementer;
• spenning på en full ladning - 1,5-1,8 volt;
• arbeidstemperatur: fra -50 til +40 grader;
• antall ladeavladningssykluser: fra 100 til 1000 (i de mest moderne batteriene - opp til 2000), avhengig av hvilken teknologi som brukes;
• selvutslippsnivå: fra 8 til 30% i den første måneden etter full lading;
• spesifikt energiforbruk - opptil 65 W * time / kilo;
• levetid - ca 10 år.

Ni-Cd-batterier produseres i forskjellige tilfeller av standardstørrelser og i ikke-standard design, inkludert disk, hermetisk form.

Hvor brukes nikkel-kadmiumbatterier?

Disse batteriene brukes på enheter som bruker høye strømmer og opplever også store belastninger under drift i følgende tilfeller:

• på trallebusser og trikker;
• på elbiler;
• på sjø og elve transport;
• i helikoptre og fly;
• i elektroverktøy (skrutrekkere, driller, elektriske skrutrekkere og andre);
• elektriske barbermaskiner;
• i militært utstyr;
• bærbare radiostasjoner;
• i leker på radioen;
• i lysene for dykking.

For tiden, på grunn av strengere miljøkrav, er de fleste batterier i populære størrelser (AA, AAA og andre) er produsert av nikkelmetallhydrid og litium-ion-teknologier. Imidlertid er mange Ni Cd-batterier i forskjellige størrelser, utgitt for flere år siden, fortsatt i drift.

Ni-Cd-celler har lang levetid, som noen ganger overstiger 10 år, og derfor kan denne typen batteri fremdeles finnes i en rekke elektroniske enheter, bortsett fra de som er oppført ovenfor.

Fordeler og ulemper med Ni-Cd-batteri

Denne typen batterier har følgende positive egenskaper:

• lang levetid og antall ladning-utladningssykluser;
• lang levetid og lagring;
• muligheten til å raskt lade;
• evne til å motstå tunge belastninger og lave temperaturer;
• opprettholde driftsdyktighet under de mest ugunstige driftsforholdene;
• lave kostnader;
• muligheten til å lagre disse batteriene i utladet tilstand i opptil 5 år;
• middels overladningsmotstand.

På samme tid har nikkel-kadmiumforsyninger flere ulemper:

• tilstedeværelsen av en minneeffekt, manifestert i tap av kapasitet når du lader batteriet, uten å vente på full utladning;
• behovet for forebyggende arbeid (flere ladesladingssykluser) for å oppnå full kapasitet
• full gjenoppretting av batteriet etter langvarig lagring krever tre til fire sykluser med full ladeavladning;
• stor selvutladning (ca. 10% i den første måneden med lagring), noe som fører til nesten full batteriutladning i løpet av lagringsåret;
• lav energitetthet sammenlignet med andre batterier;
• den høye toksisiteten til kadmium, på grunn av hvilken de er forbudt i flere land, inkludert EU, behovet for å kaste slike batterier på spesialutstyr;
• mer vekt enn moderne batterier.

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

Batterier med aktive komponenter, inkludert nikkel og kadmium, har en rekke forskjeller fra mer moderne litium-ion- og nikkel-metallhydridkilder:

• Ni-Cd-elementer, i motsetning til Li-Ion og Ni-Mh alternativene har en minneeffekt, har en lavere spesifikk kapasitet i samme størrelse;
• NiCd-kilder er mer upretensiøs, opprettholder ytelsen ved veldig lave temperaturer, er mange ganger mer motstandsdyktige mot overlading og sterk utladning;
• Li-Ion- og Ni-Mh-batterier er dyrere, redd for overlading og sterk utladning, men har mindre selvutladning;
• levetiden og lagringen av Li-Ion-batterier (2-3 år) er flere ganger kortere enn Ni Cd-produkter (8-10 år);
• nikkel-kadmiumkilder mister raskt kapasiteten når de brukes i en buffermodus (for eksempel i UPS). Selv om de da kan gjenopprettes fullstendig ved dyp utladning og lading, er det bedre å ikke bruke Ni Cd-produkter på enheter der de kontinuerlig lades;
• den samme ladningsmodusen til Ni-Cd- og Ni-Mh-batterier lar deg bruke de samme ladere, men du må ta hensyn til det faktum at nikkel-kadmiumbatterier har en mer uttalt minneeffekt.

Basert på forskjellene er det umulig å trekke en entydig konklusjon om hvilke batterier som er bedre, siden alle elementene har styrker og svakheter.

Betingelser for bruk

Under drift i Ni Cd strømkilder oppstår det en rekke endringer som fører til en gradvis forringelse av ytelsen og til slutt til tap av ytelse:

• effektivt areal og masse av elektroder synker;
• sammensetningen og volumet av elektrolyttendringene;
• spaltning av separatoren og organiske urenheter;
• vann og oksygen går tapt;
• Nåværende lekkasjer oppstår på grunn av veksten av kadmiumdendritter på platene.

For å minimere skader på batteriet som oppstår under drift og lagring, er det nødvendig å unngå uheldige effekter på batteriet, som er forbundet med følgende faktorer:

• ladingen av et ufullstendig ladet batteri fører til et reversibelt tap av kapasiteten på grunn av en reduksjon i det totale arealet av det aktive stoffet som et resultat av krystalldannelse;
• regelmessig sterk oppladning, som fører til overoppheting, økt gassdannelse, tap av vann i elektrolytten og ødelegger elektrodene (spesielt anoden) og separatoren;
• underlading, noe som fører til for tidlig uttømming av batteriet;
• langvarig drift ved veldig lave temperaturer fører til en endring i sammensetningen og volumet til elektrolytten, batteriets indre motstand øker og ytelsen blir dårligere, spesielt reduseres kapasiteten.

Med en sterk økning i trykket inne i batteriet som et resultat av en hurtig ladning med stor strøm og sterk nedbrytning av kadmiumkatoden, kan overflødig hydrogen frigjøres i batteriet, noe som fører til en kraftig økning i trykket, som kan deformere saken, bryter monteringsdensiteten, øker den interne motstanden og reduserer driftsspenningen.

I batterier utstyrt med en nødtrykkavlastningsventil kan risikoen for deformasjon forhindres, men irreversible endringer i batteriets kjemiske sammensetning kan ikke unngås.

Lading av Ni Cd-batterier må utføres med en strøm på 10% (om nødvendig hurtiglading i spesielle batterier med strøm opp til 100% på 1 time) av kapasiteten (for eksempel 100 mA med en kapasitet på 1000 mAh) i 14-16 timer. Den beste utladningsmodusen er en strøm som tilsvarer 20% av batterikapasiteten.

Hvordan gjenopprette Ni Cd-batteri

I tilfelle tap av kapasitet, kan nikkel-kadmium strømforsyninger nesten gjenopprettes ved hjelp av full utladning (opptil 1 volt per celle) og etterfølgende lading i standardmodus. Denne opplæringen av batterier kan gjentas flere ganger for en mest mulig gjenoppretting av kapasiteten.

Hvis det ikke er mulig å gjenopprette batteriet ved utladning og lading, kan du prøve å gjenopprette dem ved å bruke kortstrømspulser (titalls ganger større enn kapasiteten til det gjenopprettede elementet) i flere sekunder. Denne effekten eliminerer den interne kretsen i battericellene som oppstår på grunn av vekst av dendritter ved å brenne dem med en sterk strøm. Det er spesielle industrielle aktivatorer som utfører denne effekten.

Full gjenoppretting av den opprinnelige kapasiteten til slike batterier er umulig på grunn av irreversible endringer i sammensetningen og egenskapene til elektrolytten, samt nedbrytning av platene, men gjør det mulig å forlenge batteriets levetid.

Metoden for utvinning hjemme er å utføre følgende handlinger:

• en ledning med et tverrsnitt på minst 1,5 kvadratmeter er koblet minus den gjenopprettede cellen med katoden til et kraftig batteri, for eksempel en bil eller UPS;
• den andre ledningen er ordentlig festet til anoden (pluss) til et av batteriene;
• i 3-4 sekunder berører den frie enden av den andre ledningen raskt den gratis pluss terminalen (med en frekvens på 2-3 kontakter per sekund). I dette tilfellet er det nødvendig å forhindre sveising av ledninger i krysset;
• med et voltmeter kontrolleres spenningen ved kilden som gjenopprettes; i fravær utføres en annen gjenopprettingssyklus ;;
• når det vises en elektromotorisk kraft på batteriet, blir det satt på lading;

I tillegg kan du prøve å ødelegge dendrittene i batteriet ved å fryse dem i 2-3 timer, etterfulgt av et skarpt trykk. Når frosne blir dendritter sprø og blir ødelagt av sjokk, noe som teoretisk sett kan bidra til å bli kvitt dem.

Det er mer ekstreme utvinningsmetoder forbundet med tilsetning av destillert vann til gamle elementer ved å bore kroppene. Men full bestemmelse av tettheten til slike elementer i fremtiden er veldig problematisk. Derfor bør du ikke spare og utsette helsen din for risikoen for forgiftning med kadmiumforbindelser på grunn av gevinsten ved flere arbeidssykluser.

Lagring og deponering

Det er bedre å lagre nikkel-kadmiumbatterier i utladet tilstand ved lav temperatur på et tørt sted. Jo lavere lagringstemperatur på slike batterier, jo mindre selvutladning har de. Modeller av høy kvalitet kan lagres i opptil 5 år uten betydelig skade på de tekniske egenskapene. For å sette dem i drift er det nok å lade dem.

Skadelige stoffer i et AA-batteri kan forurense omtrent 20 kvadratmeter territorium. For sikker avhending av Ni Cd-batterier, må de føres til gjenvinningssteder, der de blir sendt til fabrikker, hvor de må ødelegges i spesielle tette ovner utstyrt med filtre som fanger opp giftige stoffer.