Nikel Kadmiyum Piller

Yirminci yüzyılın ikinci yarısında, en iyi şarj edilebilir kimyasal akım kaynaklarından bazıları nikel-kadmiyum teknolojisi kullanılarak yapılan şarj edilebilir pillerdi. Güvenilirliği ve iddiasızlığı nedeniyle hala çeşitli alanlarda kullanılmaktadırlar.

Nikel Kadmiyum Batarya Nedir?

Nikel-kadmiyum piller, 1899'da İsveç'te Waldmar Jungner tarafından icat edilen galvanik şarj edilebilir akım kaynaklarıdır. 1932 yılına kadar, kurşun asit akülere kıyasla kullanılan metallerin yüksek maliyeti nedeniyle pratik kullanımları çok sınırlıydı.

Üretim teknolojilerinin iyileştirilmesi, işletme özelliklerinde önemli bir iyileşme sağladı ve 1947'de mükemmel parametrelerle sızdırmaz bir bakım gerektirmeyen akü yarattı.

Çalışma prensibi ve cihaz Ni-Cd pil

Bu piller, kadmiyum (Cd) 'nin nikel oksit-hidroksit (NiOOH) ve suyla ters çevrilebilir etkileşimi nedeniyle elektrik enerjisi üretir, bu da bir nikel hidroksit Ni (OH) 2 ve kadmiyum hidroksit Cd (OH) 2 oluşumuna neden olur ve bu da bir elektromotor kuvveti ortaya çıkarır.

Ni-Cd piller, jöle benzeri bir alkalin elektrolit (genellikle potasyum hidroksit, KOH) çözeltisinde bulunan, nikel ve kadmiyum içeren nötr bir ayırıcı ile ayrılan elektrotlar içeren kapalı muhafazalarda üretilir.

Pozitif elektrot iletken bir malzemeyle karıştırılmış nikel oksit-hidroksit macunu ile kaplanmış bir çelik ağ veya folyodur

Negatif elektrot preslenmiş gözenekli kadmiyuma sahip çelik bir ağdır (folyo).

Bir nikel-kadmiyum elementi, yaklaşık 1.2 volt'luk bir voltaj verebilir, bu nedenle tasarımlarındaki pillerin voltajını ve gücünü artırmak için, ayırıcılarla ayrılmış birçok paralel elektrot kullanılır.

Özellikler ve Ni-Cd piller nedir

Ni-Cd piller aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• bir elemanın boşaltma voltajı yaklaşık 0.9-1 volt;
• elemanın nominal gerilimi 12v ve 24v'luk gerilimler elde etmek için 1.2 v'dir, birkaç elemanın seri bağlantısı kullanılır;
• tam şarjın gerilimi - 1.5-1.8 volt;
• çalışma sıcaklığı: -50 ila +40 derece;
• şarj-deşarj döngüsü sayısı: kullanılan teknolojiye bağlı olarak 100'den 1000'e kadar (en modern pillerde - 2000'e kadar);
• kendi kendine deşarj seviyesi: tam şarjdan sonraki ilk ayda% 8 ila% 30;
• spesifik enerji tüketimi - 65 W * saat / kilograma kadar;
• hizmet ömrü - yaklaşık 10 yıl.

Ni-Cd aküler, standart ebatlarda ve disk, hermetik form da dahil olmak üzere standart olmayan tasarımlarda üretilmektedir.

Nikel-kadmiyum piller nerede kullanılır?

Bu piller, yüksek akım tüketen cihazlarda kullanılır ve ayrıca aşağıdaki durumlarda çalışma sırasında yüksek yükler yaşar:

• troleybüs ve tramvaylarda;
• elektrikli otomobillerde;
• deniz ve nehir taşımacılığı;
• helikopterlerde ve uçaklarda;
• elektrikli el aletlerinde (tornavidalar, matkaplar, elektrikli tornavidalar ve diğerleri);
• elektrikli traş makineleri;
• askeri teçhizatta;
• taşınabilir radyo istasyonları;
• radyodaki oyuncaklarda;
• Dalış için ışıklarda.

Şu anda, çevresel gereksinimlerin sıkılaştırılmasından dolayı, popüler pillerin çoğuAA, AAA ve diğerleri) nikel-metal hidrit ve lityum-iyon teknolojileri tarafından üretilir. Bununla birlikte, birkaç yıl önce piyasaya sürülen çeşitli ebatlardaki birçok Ni Cd pil hala çalışıyor.

Ni-Cd hücreleri, bazen 10 yılı aşan uzun bir hizmet ömrüne sahiptir ve bu nedenle, bu tip bir pil, yukarıda listelenenler dışında, çeşitli elektronik cihazlarda hala bulunabilir.

Ni-Cd Batarya Artıları ve Eksileri

Bu tip pil aşağıdaki pozitif özelliklere sahiptir:

• uzun ömür ve şarj-deşarj döngüsü sayısı;
• uzun servis ömrü ve depolama;
• hızlı şarj yeteneği;
• ağır yüklere ve düşük sıcaklıklara dayanabilme yeteneği;
• en olumsuz çalışma koşullarında çalışabilirliği sağlamak;
• Düşük maliyetli;
• bu pilleri 5 yıla kadar boşalmış durumda saklayabilme;
• orta aşırı şarj direnci.

Aynı zamanda, nikel-kadmiyum güç kaynaklarının birkaç dezavantajı vardır:

• aküyü şarj ederken, tam deşarj beklemeden kapasite kaybında ortaya çıkan bir hafıza etkisinin varlığı;
• tam kapasiteye ulaşmak için önleyici çalışma ihtiyacı (birkaç şarj-deşarj döngüsü);
• Uzun süreli depolama sonrasında bataryanın tamamen restorasyonu, üç ila dört devir tam şarj deşarjı gerektirir;
• büyük kendi kendine deşarj (ilk depolama ayında yaklaşık% 10);
• diğer pillere kıyasla düşük enerji yoğunluğu;
• AB de dahil olmak üzere birçok ülkede yasaklandıkları için kadmiyumun yüksek toksisitesi, bu tür pilleri özel ekipmanlara atma ihtiyacı;
• Modern akülerden daha fazla ağırlık.

Ni-Cd'nin Li-Ion veya Ni-Mh kaynaklarından farkı

Nikel ve kadmiyum da dahil olmak üzere aktif bileşenlere sahip olan bataryalar, daha modern lityum-iyon ve nikel-metal hidrit elektrik kaynaklarından çok sayıda farklılığa sahiptir:

• Ni-Cd elemanları, aksine Li-Ion ve Ni-Mh seçenekler bellek etkisine sahiptir, aynı boyutta daha düşük bir özgül kapasiteye sahiptir;
• NiCd kaynakları daha iddiasız, performansı çok düşük sıcaklıklarda tutar, aşırı şarj ve güçlü deşarja karşı çoğu zaman daha dirençlidir;
• Li-Ion ve Ni-Mh piller daha pahalıdır, aşırı şarj ve güçlü deşarjdan korkar, ancak daha az kendiliğinden deşarj olur;
• Li-Ion pillerin ömrü ve depolanması (2-3 yıl) Ni Cd ürünlerinden (8-10 yıl) birkaç kat daha kısadır;
• nikel-kadmiyum kaynakları tampon modunda kullanıldığında hızlı bir şekilde kapasite kaybeder (örneğin, UPS’te). Daha sonra derin deşarj ve şarj ile tamamen restore edilebilseler de, Ni Cd ürünlerini sürekli şarj edildikleri cihazlarda kullanmamak daha iyidir;
• Ni-Cd ve Ni-Mh pillerin aynı şarj modu aynı şarj cihazlarını kullanmanıza izin verir, ancak nikel-kadmiyum pillerin daha belirgin bir hafıza etkisine sahip olduğunu dikkate almalısınız.

Farklılıklara dayanarak, tüm pillerin güçlü ve zayıf yönleri olduğundan, hangi pillerin daha iyi olduğu konusunda net bir sonuç çıkarmak mümkün değildir.

Kullanım şartları

Ni Cd güç kaynaklarında çalışma sırasında, performansta kademeli olarak bozulmaya ve sonuçta performans kaybına neden olan bir dizi değişiklik meydana gelir:

• etkili alan ve elektrot kütlesi azalır;
• elektrolitin bileşimi ve hacmi değişir;
• ayırıcının ve organik safsızlıkların ayrışması;
• su ve oksijen kayboluyor;
• Akım kaçakları, plakalardaki kadmiyum dendritlerin büyümesi nedeniyle meydana gelir.

Çalışması ve depolanması sırasında ortaya çıkan batarya hasarını en aza indirmek için, aşağıdaki faktörlerle ilişkili olan batarya üzerindeki olumsuz etkilerden kaçınmak gerekir:

• Tamamen şarj edilmemiş bir bataryanın şarjı, kristal oluşumunun bir sonucu olarak aktif maddenin toplam alanındaki bir azalmaya bağlı olarak kapasitesinin geri dönüşümlü bir kaybına neden olur;
• aşırı ısınmaya, artan gaz oluşumuna, elektrolitte su kaybına neden olan ve elektrotları (özellikle anot) ve ayırıcıyı tahrip eden düzenli kuvvetli şarj;
• Düşük şarj, bataryanın erken bitmesine yol açar;
• Çok düşük sıcaklıklarda uzun süreli çalışma, elektrolitin bileşiminde ve hacminde bir değişikliğe yol açar, bataryanın iç direnci artar ve performansı düşer, özellikle kapasite düşer.

Akü içindeki basıncın, yüksek akım ve kadmiyum katodunun kuvvetli bir şekilde parçalanmasıyla hızlı bir şekilde şarj edilmesi sonucu şiddetli bir şekilde artmasıyla, bataryaya aşırı hidrojen salınabilir, bu da kasanın deforme olabileceği, montaj yoğunluğunu ihlal ettiği, iç direnci arttıran ve çalışma voltajını azaltan keskin bir artışa neden olur.

Acil durum basınç emniyet valfi ile donatılmış akülerde, deformasyon riski önlenebilir, ancak akünün kimyasal bileşimindeki geri dönüşümsüz değişikliklerden kaçınılamaz.

Ni Cd akülerin şarjı, 14-16 saat boyunca, kapasitelerinin% 10'unu (gerekirse, 1 saatte% 100'lük bir akıma sahip özel aküler) hızlı bir şekilde şarj etmelidir (örneğin, 1000 mAh kapasitede 100 mA). Akıntılarının en iyi modu, akü kapasitesinin% 20'sine eşit bir akımdır.

Ni Cd Pili Nasıl Kurtarılır

Kapasite kaybı durumunda, nikel-kadmiyum güç kaynakları, tam deşarj (hücre başına 1 volta kadar) ve daha sonra standart modda şarj kullanılarak neredeyse tamamen geri yüklenebilir. Bu pil eğitimi, kapasitelerinin en iyi şekilde geri kazanılması için birkaç kez tekrarlanabilir.

Bataryayı boşaltma ve şarj etme işlemiyle geri yüklemek mümkün değilse, birkaç saniye boyunca kısa akım darbeleri (geri yüklenen öğenin kapasitesinden onlarca kez daha büyük) uygulayarak geri yüklemeyi deneyebilirsiniz. Bu etki, dendritlerin kuvvetli bir akımla yakılarak büyümeleri nedeniyle oluşan pil hücrelerinde bulunan iç devreyi ortadan kaldırır. Bu etkiyi gerçekleştiren özel endüstriyel aktivatörler vardır.

Elektrolitin bileşiminde ve özelliklerinde geri dönüşümsüz değişikliklerin yanı sıra plakaların bozunması nedeniyle bu tür bataryaların başlangıç ​​kapasitelerinin tam olarak geri kazanılması imkansızdır, ancak bataryanın ömrünün uzatılmasını mümkün kılar.

Evde kurtarma tekniği aşağıdaki eylemleri gerçekleştirmektir:

• en az 1.5 milimetrelik enine kesitli bir tel, restore edilmiş hücreye ek olarak bir araba veya UPS gibi güçlü bir bataryanın katodu ile bağlanır;
• ikinci tel, akülerden birinin anotuna (artı) sağlam bir şekilde tutturulmuştur;
• 3-4 saniye boyunca, ikinci kablonun serbest ucu serbest artı terminale hızlı bir şekilde dokunur (saniyede 2-3 temas frekansıyla). Bu durumda, kavşaktaki tellerin kaynaklanmasının önlenmesi gerekir;
• bir voltmetre ile, geri gönderilen kaynaktaki voltaj kontrol edilir, yokluğunda, başka bir geri kazanım döngüsü gerçekleştirilir;
• akü üzerinde bir elektromotor kuvveti belirdiğinde, şarj edilir;

Buna ek olarak, pildeki dendritleri 2-3 saat boyunca dondurup ardından keskin bir dokunuşla yok etmeye çalışabilirsiniz. Donuk olduğunda, dendritler kırılgan hale gelir ve teorik olarak onlardan kurtulmanıza yardımcı olacak şokla imha edilir.

Eski elementlere damıtılmış su ilavesiyle ilişkili olarak vücutlarını sonlandırarak daha aşırı geri kazanma yöntemleri vardır. Ancak, gelecekte bu tür unsurların sıkılığının sağlanması çok sorunludur. Bu nedenle, birkaç çalışma döngüsünün kazanılması nedeniyle sağlığınızı kadmiyum bileşikleri ile zehirlenme riskine maruz bırakmamalı ve maruz bırakmamalısınız.

Depolama ve bertaraf

Nikel kadmiyum pilleri boşalmış bir durumda düşük bir sıcaklıkta kuru bir yerde saklamak daha iyidir. Bu tür bataryaların saklama sıcaklığı ne kadar düşük olursa, o kadar az kendi kendine boşalma olur. Yüksek kaliteli modeller, teknik özelliklere önemli bir zarar vermeden 5 yıla kadar saklanabilir. Onları işletmeye almak için onları şarj etmek yeterlidir.

Bir AA pilinde bulunan zararlı maddeler, yaklaşık 20 metrekare bölgeyi kirletebilir. Ni Cd pillerin güvenli bir şekilde imhası için, zehirli maddeleri toplayan filtrelerle donatılmış özel kapalı fırınlarda imha edilmeleri gereken fabrikalara gönderildiği geri dönüşüm noktalarına götürülmeleri gerekir.