Лекция
Привет, сегодня поговорим про никель-кадмиевый аккумулятор, обещаю рассказать все что знаю. Для того чтобы лучше понимать что такое никель-кадмиевый аккумулятор , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Источники питания радиоэлектронной аппаратуры.
Никель-ка́дмиевый аккумуля́тор (NiCd) — вторичный химический источник тока, в котором катодом является гидрат закиси никеля Ni(OH)2 с графитовым порошком (около 5-8 %) , электролитом — гидроксид калия KOH плотностью 1,19-1,21 с добавкой гидроксида лития LiOH (для образования никелатов лития и увеличения емкости на 21-25 %), анодом — гидрат закиси кадмия Cd(OH)2 или металлический кадмий Cd (в виде порошка). ЭДС никель-кадмиевого аккумулятора около 1,37 В, удельная энергия около 45—65 Вт·ч/кг. В зависимости от конструкции, режима работы (длительные или короткие разряды) и чистоты применяемых материалов, срок службы составляет от 100 до 9000 циклов заряда-разряда. Современные (ламельные) промышленные никель-кадмиевые батареи могут служить до 20-25 лет. Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd) наряду с Никель-Солевыми аккумуляторами могут храниться разряженными, в отличие от никель-металл-гидридных аккумуляторов (Ni-MH), которые нужно хранить полностью заряженными и от литий-ионных аккумуляторов (Li-ion), которые необходимо хранить при 40%-ом заряде от емкости аккумулятора.Серебряно-цинковые аккумуляторы хранятся только разряженными.
Принцип действия никелькадмиевых аккумуляторов основан на обратимом процессе:
2NiOOH + Cd + 2H2O ↔ 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 E0 = 1,30 В.
Никелевый электрод представляет собой пасту гидроксида никеля, смешанную с проводящим материалом и нанесенную на стальную сетку, а кадмиевый электрод - стальную сетку с впрессованным в нее губчатым кадмием. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Пространство между электродами заполнено желеобразным составом на основе влажной щелочи, который замерзает при -27°С[1]. Индивидуальные ячейки собирают в батареи, обладающие удельной энергией 20-35 Вт*ч/кг и имеющие большой ресурс - несколько тысяч зарядно-разрядных циклов.
В настоящее время использование никель-кадмиевых аккумуляторов сильно ограничено по экологическим соображениям, поэтому они применяются только там, где использование других систем невозможно, а именно, в устройствах, характеризующихся большими разрядными и зарядными токами. Типичный аккумулятор для летающей модели можно зарядить за полчаса, а разрядить за 5 минут. Благодаря очень низкому внутреннему сопротивлению аккумулятор не нагревается даже при зарядке большим током. Только когда аккумулятор полностью зарядится, начинается заметный разогрев, что и используется большинством зарядных устройств как сигнал окончания зарядки. Конструктивно все никель-кадмиевые аккумуляторы оснащены прочным герметичным корпусом, который выдерживает внутреннее давление газов в тяжелых условиях эксплуатации.
Цикл разряда начинается от 1,35 В и заканчивается на 1,0 В (соответственно 100 % емкости и 1 % оставшейся емкости)
Электроды никель-кадмиевых аккумуляторов изготавливаются как штамповкой из листа, так и прессованием из порошка. Прессованные электроды более технологичны, дешевле в производстве и обладают более высокими показателями рабочей емкости, в связи с чем все аккумуляторы бытового назначения имеют прессованные электроды. Однако прессованные системы подвержены так называемому «эффекту памяти». Эффект памяти проявляется, когда аккумулятор подвергают зарядке раньше, чем он реально разрядится. В электрохимической системе аккумулятора появляется «лишний» двойной электрический слой и его напряжение снижается на 0.1 В. Типичный контроллер устройства, использующего аккумулятор, интерпретирует это снижение напряжения как полный разряд батареи и сообщает, что батарея «плохая». Реального снижения энергоемкости при этом не происходит, и хороший контроллер может обеспечить полное использование емкости аккумулятора. Тем не менее, в типичном случае, контроллер побуждает пользователя производить все новые и новые циклы зарядки. А это и приводит к тому, что пользователь своими руками, из лучших побуждений, «убивает» батарею. То есть, можно сказать, что батарея выходит из строя не столько от «эффекта памяти» прессованных электродов, сколько от «эффекта беспамятства» недорогих контроллеров.
Бытовой никель-кадмиевый аккумулятор , разряжаемый и заряжаемый слабыми токами (например, в пульте дистанционного управления телевизора), быстро теряет емкость и пользователь считает его вышедшим из строя. Так же и аккумулятор, длительное время стоявший на подзарядке (например, в системе бесперебойного питания) потеряет емкость, хотя его напряжение будет правильным. То есть, использовать никель-кадмиевый аккумулятор в буферном режиме нельзя. Тем не менее, один цикл глубокой разрядки и последующая зарядка полностью восстановят емкость аккумулятора.
При хранении NiCd аккумуляторы также теряют емкость, хотя и сохраняют выходное напряжение. Чтобы избежать неверной разбраковки при снятии аккумуляторов с хранения, рекомендуется хранить их в разряженном виде, тогда после первой же зарядки аккумуляторы будут полностью готовы к использованию. Лучше всего подключить цепочку из двух диодов и резистора на каждую банку, чтобы ограничить напряжение на уровне 1-1.1 В на элемент. Это также способствует выравниванию характеристик элементов, из которых состоит батарея . После длительного хранения батареи необходимо провести 2—3 цикла заряд/разряд током, численно равным номинальной емкости (1C), чтобы она вошла в рабочий режим и работала с полной отдачей.
Малогабаритные никель-кадмиевые аккумуляторы используются в различной аппаратуре как замена стандартного гальванического элемента, особенно, если аппаратура потребляет большой ток. Так как внутреннее сопротивление никель-кадмиевого аккумулятора на один-два порядка ниже, чем у обычных марганцево-цинковых и марганец-воздушных батарей, мощность выдается стабильнее и без перегрева.
Никель-кадмиевые аккумуляторы применяются на электрокарах (как тяговые), трамваях и троллейбусах (для питания цепей управления ), речных и морских судах. Широко применяются в авиации в качестве бортовых аккумуляторных батарей самолетов и вертолетов. Используются как источники питания для автономныхшуруповертов/винтовертов и дрелей.
Несмотря на развитие других электрохимических систем и ужесточение экологических требований, никель-кадмиевые аккумуляторы остаются основным выбором для высоконадежных устройств, потребляющих большую мощность , например, фонарей для дайвинга.
В СССР для питания электронных устройств были распространены герметичные (взрываются) дисковые никель-кадмиевые аккумуляторы.
| Название аккумулятора | диаметр мм | высота мм | напряжение вольт | Ёмкость А*час | Рекомендуемый ток разряда, мА | Применение |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Д-0,03 | 11,6 | 5,5 | 1,2 | 0,03 | 3 | фотоаппараты, слуховые аппараты |
| Д-0,06 | 15,6 | 6,4 | 1,2 | 0,06 | 12 | фотоаппараты, фотоэкспонометры, слуховые аппараты, дозиметры |
| Д-0,125 | 20 | 6,6 | 1,2 | 0,125 | 12,5 | аккумуляторные электрические фонарики |
| Д-0,26 | 25,2 | 9,3 | 1,2 | 0,26 | 26 | аккумуляторные электрические фонарики, фотовспышки, калькуляторы |
| Д-0,55 | 34,6 | 9,8 | 1,2 | 0,55 | 55 | фотовспышки |
| 7Д-0,125 | 8,4 | 0,125 | 12,5 | замена батарее Крона |
Ni-Cd аккумуляторы производят множество фирм, в том числе крупные интернациональные фирмы, такие как GP Batteries Int. Ltd., SAMSUNG (под брендом Pleomax), VARTA, GAZ, KONNOC, METABO, EMM, Advanced Battery Factory, Panasonic/Matsushita Electric Industrial, ANSMANN и другие. Среди отечественных производителей можно назвать НИАИ (создан на базе Центральной аккумуляторной лаборатории, 1946 г.), КОСМОС, ЗАО "Опытный завод НИИХИТ" и ЗАО "НИИХИТ-2".
Плавка продуктов утилизации NiCd аккумуляторов происходит в печах при высоких температурах, кадмий в этих условиях становится чрезвычайно летучим, и в случае, если печь не оборудована специальным улавливающим фильтром, токсичные вещества (например, пары кадмия) выбрасываются во внешнюю среду, отравляя окружающие территории. Вследствие этого оборудование для утилизации является более дорогим, чем для утилизации свинцовых батарей.
К сожалению, в одной статье не просто дать все знания про никель-кадмиевый аккумулятор. Но я - старался. Если ты проявишь интерес к раскрытию подробностей,я обязательно напишу продолжение! Надеюсь, что теперь ты понял что такое никель-кадмиевый аккумулятор и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Источники питания радиоэлектронной аппаратуры
Из статьи мы узнали кратко, но содержательно про никель-кадмиевый аккумулятор
Комментарии
Оставить комментарий
Источники питания радиоэлектронной аппаратуры
Термины: Источники питания радиоэлектронной аппаратуры