Μπαταρίες ή μπαταρίες νικελίου-καδμίου

Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου είναι δευτερογενείς πηγές ηλεκτρικής ενέργειας που εφευρέθηκαν από τον Waldmar Jungner. Στα τέλη του 19ου αιώνα στη Σουηδία, η συσκευή αποτελούνταν από ένα περίβλημα, δύο ηλεκτρόδια - άνοδο και κάθοδο - έναν διαχωριστή και έναν ηλεκτρολύτη. Διαφέρει από άλλες μπαταρίες στο υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή των ηλεκτροδίων και στο διάλυμα ηλεκτρολύτη. Αυτές οι διαφορές επηρεάζουν σημαντικά τα τεχνικά χαρακτηριστικά της μπαταρίας.

Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας

Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου (NiCd) λειτουργούν με βάση την αρχή της μετατροπής της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω αναστρέψιμων αντιδράσεων υδροξειδίου του νικελίου (NiOOH), καδμίου (Cd), νερού (H₂Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται υδροξείδιο του νικελίου Ni(OH)2.₂ και Cd(OH)₂, εμφανίζεται ΗΜΠ.

Χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν σε μια μπαταρία:

Κατά τη φόρτιση: 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂ → 2NiOOH + Cd + 2H₂Ο

Κατά την εκκένωση: 2NiOOH + Cd + 2H₂Ο → 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂

Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου κατασκευάζονται σε ένα πυκνό μεταλλικό περίβλημα, μέσα στο οποίο τα ηλεκτρόδια νικελίου και καδμίου διαχωρίζονται από έναν διαχωριστή, και ένα αλκαλικό διάλυμα (υδροξείδιο του καλίου) χρησιμεύει ως ηλεκτρολύτης. Η άνοδος είναι ένα πλέγμα αλουμινίου ή χαλύβδινου σύρματος επικαλυμμένο με ένα μείγμα υδροξειδίου του νικελίου και ενός αγώγιμου υλικού. Η κάθοδος είναι επίσης ένα χαλύβδινο πλέγμα ή φύλλο αλουμινίου, με σπογγώδες μέταλλο καδμίου πιεσμένο μέσα στα στοιχεία.

Ποικιλίες

Μπαταρίες νικελίου-καδμίου ανάλογα με τη μορφή τους είναι:

1. Κυλινδρικά - έλαβαν ένα δεύτερο όνομα - "τράπεζες".
2. Επίπεδα - δίσκος ή "ταμπλέτα"

Η κυλινδρική σειρά μεγεθών αποτελείται από διάφορους βασικούς τυποποιημένους τύπους:

Ονομασία	Διάμετρος, mm	Μήκος, mm	Βάρος, γρ.
ΕΝΑ	17	50	32
ΑΑ	14.2	50	21
ΑΑΑ	10.5	44,5	10
1/2 SC	23	26	30
SC (υπο Γ)	23	43	52
ντο	26	46	72
ρε	33	58	105-145
φά	33	91	231
SF (σούπερ F)	41.4	89,1	393

 

Οι μπαταρίες δίσκου ή «ταμπλέτες» ήταν αρκετά δημοφιλείς στις χώρες του πρώην ΕΣΣΔΤα σύγχρονα ανάλογα καδμίου των σοβιετικών "δισκίων" χρησιμοποιούνται σε ρολόγια, φωτογραφικά φλας, ακουστικά βαρηκοΐας, κάμερες, φακοί.

Χαρακτηριστικά

1. Η ονομαστική τάση ενός στοιχείου είναι 1,2 V.
2. Εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας: από +40 έως -50^ΟΜΕ.
3. Η δυνατότητα πλήρους φόρτισης-εκφόρτισης είναι από 100 έως 1000, τα σύγχρονα βελτιωμένα μοντέλα φτάνουν τους 2000 κύκλους.
4. Το ποσοστό αυτοεκφόρτισης είναι περίπου 10% ανά μήνα.

Φόντα

Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου έχουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι άλλων:

• Δυνατότητα λειτουργίας σε θερμοκρασίες υπό το μηδέν.
• Γρήγορη ταχύτητα φόρτισης και αργή αποφόρτιση της μπαταρίας.
• Λειτουργία υπό ακραίες βιομηχανικές συνθήκες (αντοχή σε κραδασμούς, κρούσεις, υψηλά φορτία, αυξημένη σκόνη, θερμοκρασίες υπό το μηδέν).
• Πολλαπλοί κύκλοι φόρτισης-εκφόρτισης – 1000 ή περισσότεροι.
• Μεγάλη διάρκεια ζωής - έως και 10 χρόνια.
• Μεγάλη διάρκεια ζωής, ακόμη και χωρίς φόρτιση - περίπου 5 χρόνια.
• Σχετικά χαμηλό κόστος.

Ελαττώματα

Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν:

• Το φαινόμενο μνήμης είναι η απώλεια χωρητικότητας κατά τη φόρτιση μιας μπαταρίας καδμίου που δεν έχει αποφορτιστεί πλήρως.
• Η τοξικότητα του εσωτερικού περιεχομένου σημαίνει ότι πρέπει να τηρούνται οι κανονισμοί περιβαλλοντικής ασφάλειας κατά την απόρριψη.
• Αυτοεκφόρτιση - μετά από ένα έτος αποθήκευσης, μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία νικελίου-καδμίου θα αποφορτιστεί πλήρως.
• Η διαδικασία ανάκτησης της μπαταρίας μετά από μακροχρόνια αποθήκευση διαρκεί αρκετούς πλήρεις κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης.
• Η χαμηλή τάση ενός μόνο στοιχείου είναι 1,2 V. Για να αυξηθεί η τάση εξόδου της μπαταρίας, πολλά στοιχεία συνδέονται σε σειρά.

Εφαρμογή

Μπαταρίες καδμίου, Λόγω των χαρακτηριστικών τους, χρησιμοποιούνται σε συσκευές με υψηλή κατανάλωση ρεύματος και υψηλά λειτουργικά φορτία:

• Ποταμικές και θαλάσσιες μεταφορές.
• Αεροπορικές μεταφορές - αεροπλάνα, ελικόπτερα.
• Επίγειες ηλεκτρικές μεταφορές - τραμ, τρόλεϊ.
• Στρατιωτικός εξοπλισμός.
• Βιομηχανική παραγωγή - ηλεκτρικά αυτοκίνητα.
• Ηλεκτρικά εργαλεία - τρυπάνια, κατσαβίδια.
• Οικιακές συσκευές - ηλεκτρικές ξυριστικές μηχανές, φακοί.
• Ραδιομηχανική – φορητά θυροτηλέφωνα, ραδιοελεγχόμενα παιχνίδια.

Συμπεράσματα, συστάσεις

• Οι μπαταρίες Ni-CD δεν θερμαίνονται κατά τη λειτουργία τους, επειδή οι χημικές αντιδράσεις στο εσωτερικό τους είναι ενδόθερμες, που σημαίνει ότι η παραγόμενη θερμότητα απορροφάται. Αυτή η ιδιότητα μειώνει τον κίνδυνο υπερθέρμανσης και παρατείνει τη διάρκεια ζωής τους.
• Η παρουσία ενός σφιχτού, σφραγισμένου περιβλήματος, ικανού να αντέξει επιθετικές εξωτερικές επιδράσεις (αλλαγές θερμοκρασίας και πίεσης, χημική καταστροφή), καθιστά τις μπαταρίες νικελίου-καδμίου ανθεκτικές στην αυθόρμητη καύση.
• Σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις, οι μπαταρίες καδμίου συνεχίζουν να λειτουργούν αξιόπιστα για 10-20 χρόνια, παρά τα νέα σύγχρονα ανάλογα, και επομένως δεν απαιτούν αντικατάσταση.

Για να παραταθεί η διάρκεια ζωής των μπαταριών νικελίου-καδμίου, πρέπει να φορτίζονται σωστά:

• Για φόρτιση υψηλής ποιότητας, πρέπει να χρησιμοποιήσετε ειδικούς φορτιστές (ZU).
• Δεν συνιστάται η φόρτιση μιας μπαταρίας που δεν έχει αποφορτιστεί πλήρως - θα συμβεί κρυστάλλωση, η επιφάνεια της ουσίας θα μειωθεί και η ικανότητα.
• Η συνεχής επαναφόρτιση - που προκύπτει από υπερθέρμανση και μείωση της ποσότητας νερού στον ηλεκτρολύτη - θα οδηγήσει στην καταστροφή των ηλεκτροδίων και του διαχωριστή.
• Η υποφόρτιση θα μειώσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας NiCd.
• Για να εξαλειφθεί το «φαινόμενο μνήμης», η χωρητικότητα της μπαταρίας πρέπει να αποκατασταθεί με την εκτέλεση αρκετών κύκλων φόρτισης-εκφόρτισης.
• Η διαδικασία φόρτισης πραγματοποιείται καλύτερα σε θερμοκρασία 20°C.^ΟΜΕ.