Никал-кадмијумске батерије

У другој половини двадесетог века, један од најбољих извора пуњивих хемијских струја биле су пуњиве батерије произведене коришћењем никл-кадмијумске технологије. И даље се широко користе у разним областима због своје поузданости и непретенциозности.

Шта је никл-кадмијумска батерија

Никал-кадмијумске батерије су галванске пуњиве струје, које је 1899. изумио у Шведској Валдмар Јунгнер. До 1932. године, њихова практична употреба била је веома ограничена због високих трошкова метала који се користе у поређењу са батеријама оловним киселинама.

Побољшање технологије њихове производње довело је до значајног побољшања њихових радних карактеристика и омогућило је 1947. године да створе запечаћену батерију без одржавања, са одличним параметрима.

Принцип рада и уређај Ни-Цд батерија

Ове батерије производе електричну енергију услед реверзибилне интеракције кадмијума (Цд) са никл-оксид-хидроксидом (НиООХ) и водом, што резултира стварањем никл хидроксида Ни (ОХ) 2 и кадмијум хидроксида Цд (ОХ) 2, што изазива појаву електромоторне силе.

Ни-Цд батерије се производе у херметички затвореним кућиштима која садрже електроде одвојене неутралним сепаратором, који садрже никл и кадмијум, који се налазе у раствору желе-алкалног електролита (обично калијум хидроксида, КОХ).

Позитивна електрода је челична мрежа или фолија прекривена пасте никл-оксид-хидроксидом помешана са проводљивим материјалом

Негативна електрода је челична мрежа (фолија) са пресованим порозним кадмијумом.

Један никл-кадмијум елемент може да испоручи напон од око 1,2 В, тако да за повећање напона и снаге батерија у свом дизајну користе се многе паралелне електроде, одвојене одвајачима.

Спецификације и шта су Ни-Цд батерије

Ни-Цд батерије имају следеће спецификације:

• напон пражњења једног елемента је око 0,9-1 волти;
• номинални напон елемента је 1,2 в, да би се добили напони од 12в и 24в, користи се серијска веза више елемената;
• напон пуног набоја - 1,5-1,8 волти;
• радна температура: од -50 до +40 степени;
• број циклуса пуњења и пражњења: од 100 до 1000 (у најсавременијим батеријама - до 2000), зависно од технологије која се користи;
• ниво само-пражњења: од 8 до 30% у првом месецу након пуне напуњености;
• специфична потрошња енергије - до 65 В * сат / килограм;
• век трајања - око 10 година.

Ни-Цд батерије се производе у различитим случајевима стандардних величина и нестандардног дизајна, укључујући диск, херметички облик.

Где се користе никл-кадмијумске батерије?

Ове батерије се користе у уређајима који троше велике струје и такође доживљавају велика оптерећења током рада у следећим случајевима:

• на тролејбусима и трамвајима;
• на електричне аутомобиле;
• морским и речним превозом;
• у хеликоптерима и авионима;
• у електричним алатима (одвијачи, бушилице, електрични одвијачи и други);
• електрични бријачи;
• у војној опреми;
• преносне радио станице;
• у играчкама на радију;
• у светлима за роњење.

Тренутно, због пооштравања еколошких захтева, већина батерија популарних величина (АА, ААА и други) производи се никл-метал хидриди и литијум-јонска технологија. Међутим, многе Ни Цд батерије разних величина, објављене пре неколико година, још увек раде.

Ни-Цд ћелије имају дуг радни век, који понекад прелази 10 година, па се ова врста батерија и даље може наћи у многим електронским уређајима, осим на горе наведеним.

За и против Ни-Цд батерије

Ова врста батерије има следеће позитивне карактеристике:

• дуг век и број циклуса пуњења и пражњења;
• дуг радни век и складиштење;
• способност брзог пуњења;
• способност да издржи велика оптерећења и ниске температуре;
• одржавање операбилности у најнеповољнијим радним условима;
• ниска цена;
• способност да се ове батерије чувају у празном стању до 5 година;
• средња отпорност на прекомерно пуњење.

Истовремено, напајања никлом-кадмијумом имају неколико недостатака:

• присуство меморијског ефекта, који се манифестује у губитку капацитета приликом пуњења батерије, без чекања на потпуно пражњење;
• потреба за превентивним радом (неколико циклуса пуњења-пражњења) ради постизања пуног капацитета;
• потпуно обнављање батерије након дуготрајног складиштења захтева три до четири циклуса пуног пражњења;
• велико самопражњење (око 10% у првом месецу складиштења), што доводи до скоро пуног пражњења батерије током године складиштења;
• ниска густина енергије у поређењу с другим батеријама;
• велика токсичност кадмијума, због које су оне забрањене у многим земљама, укључујући ЕУ, потреба да се такве батерије одлажу на посебној опреми;
• већа тежина од модерних батерија.

Разлика Ни-Цд од Ли-Ион или Ни-Мх извора

Батерије са активним компонентама, укључујући никл и кадмијум, имају бројне разлике у односу на модерније литијум-јонске и никл-метал хидридне изворе електричне енергије:

• Ни-Цд елементи, за разлику од њих Ли-јон и Ни-мх опције имају ефекат меморије, имају нижи специфични капацитет у истој величини;
• НиЦд извори су непретенциознији, одржавају перформансе на врло ниским температурама, пуно су отпорнији на прекомерно пуњење и јака пражњења;
• Ли-Ион и Ни-Мх батерије су скупље, боје се прекомерног пуњења и јаког пражњења, али имају мање само-пражњења;
• век и складиштење Ли-Ион батерија (2-3 године) неколико пута су краћи од Ни Цд производа (8-10 година);
• извори никла-кадмијума брзо губе капацитет када се користе у међуспремнику (на пример, у УПС-у). Иако се након тога могу у потпуности обновити дубоким пражњењем и пуњењем, боље је да се Ни Цд производи не користе на уређајима на којима се стално пуне;
• исти начин пуњења Ни-Цд и Ни-Мх батерија вам омогућава да користите исте пуњаче, али морате узети у обзир чињеницу да никл-кадмијумске батерије имају израженији ефекат на меморију.

На основу разлика, немогуће је извести недвосмислени закључак о томе које су батерије боље, јер сви елементи имају снаге и слабости.

Услови коришћења

Током рада у изворима напајања Ни Цд, долази до низа промена које воде постепеном погоршању перформанси и, на крају, до губитка перформанси:

• смањује се ефективна површина и маса електрода;
• мења се састав и запремина електролита;
• распадање сепаратора и органских нечистоћа;
• губе се вода и кисеоник;
• До тренутних цурења долази због раста кадмијум-дендрита на плочама.

Да би се минимизирало оштећење батерије које настаје током његовог рада и складиштења, потребно је избећи штетне ефекте на батерију, који су повезани са следећим факторима:

• напуњење потпуно напуњене батерије води до реверзибилног губитка његовог капацитета услед смањења укупне површине активне супстанце као резултат стварања кристала;
• редовно снажно пуњење, које доводи до прегревања, повећаног стварања гасова, губитка воде у електролиту и уништава електроде (нарочито аноду) и сепаратор;
• недовољно пуњење, што доводи до превременог пражњења батерије;
• дуготрајни рад на врло ниским температурама доводи до промене састава и запремине електролита, повећава се унутрашњи отпор батерије и смањује се његов рад, нарочито смањује се капацитет.

Уз снажно повећање притиска унутар батерије као резултат брзог напуњења, велике струје и јаке деградације кадмијумске катоде, вишак водоника се може отпустити у батерију, што доводи до наглог повећања притиска, што може деформисати случај, нарушава густину састављања, повећава унутрашњу отпорност и смањује радни напон.

У батеријама опремљеним сигурносним вентилом за смањење притиска ризик од деформације се може спречити, али не могу се избећи неповратне промене хемијског састава батерије.

Пуњење Ни Цд батерија мора да се врши струјом од 10% (ако је потребно, брзо пуњење у специјалним батеријама са струјом до 100% у 1 сату) њиховог капацитета (на пример, 100 мА при 1000 мАх) током 14-16 сати. Најбољи начин њиховог пражњења је струја једнака 20% капацитета батерије.

Како опоравити Ни ЦД батерију

У случају губитка капацитета, напајање никл-кадмијумом може се скоро у потпуности обновити коришћењем пуног пражњења (до 1 волти по ћелији) и накнадним пуњењем у стандардном режиму. Ова обука батерија може се поновити неколико пута ради најпотпуније обнове њиховог капацитета.

Ако батерију није могуће обновити пражњењем и пуњењем, можете покушати да је обновите применом кратких струјних импулса (неколико десетина пута већих од капацитета обновљеног елемента) неколико секунди. Овим ефектом се елиминише унутрашњи круг ћелија батерије који настаје услед раста дендрита спаљивањем их јаком струјом. Постоје посебни индустријски активатори који спроводе овај ефекат.

Потпуно враћање почетног капацитета таквих батерија је немогуће због неповратних промена у саставу и својствима електролита, као и деградације плоча, али омогућава продужење века батерије.

Метода опоравка код куће јесте спровођење следећих радњи:

• жица са пресеком од најмање 1,5 квадратних милиметара повезана је умањена за обновљену ћелију са катодом моћне батерије, као што су аутомобил или УПС;
• друга жица је сигурно причвршћена на аноду (плус) једне од батерија;
• у трајању од 3-4 секунде, слободни крај друге жице брзо додирује бесплатни плус терминал (са фреквенцијом од 2-3 контакта у секунди). У овом случају је потребно спречити заваривање жица на месту спајања;
• волтметром се проверава напон на извору који се обнавља; у његовом одсуству врши се други циклус опоравка ;;
• када се на батерији појави електромоторна сила, она се пуни;

Поред тога, можете покушати да уништите дендрите у батерији замрзавањем током 2-3 сата, а затим оштрим тапкањем. Када се смрзну, дендрити постану крхки и уништени су од шока, што теоретски може да их се ријеши.

Постоје екстремније методе опоравка повезане са додавањем дестиловане воде старим елементима бушењем њихових тела. Али потпуно пружање чврстоће таквих елемената у будућности је врло проблематично. Због тога, не треба да штедите и излажете здравље ризику тровања кадмијумским једињењима услед стицања неколико радних циклуса.

Складиштење и одлагање

Боље је да чувате никл-кадмијумске батерије у пражњеном стању на ниској температури на сувом месту. Што је нижа температура складиштења таквих батерија, то ће мање бити самопражњења. Висококвалитетни модели се могу чувати до 5 година без значајног оштећења техничких карактеристика. Да бисте их ставили у рад, довољно је да их напуните.

Штетне материје садржане у једној АА батерији могу загађивати око 20 квадратних метара територије. За сигурно одлагање батерија Ни Цд морају се одвести на места рециклаже, одакле се шаљу у фабрике, где се морају уништити у посебним затвореним пећима опремљеним филтерима који убиру токсичне материје.