Никель-кадмиевый аккумулятор

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «Никель-кадмиевый аккумулятор»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( февраль 2011 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Никель-кадмиевый аккумулятор

Сверху вниз: никель-кадмиевые батареи типа «Gumstick», типоразмера AA и AAA.
Удельная энергия	40–60 Вт · ч / кг
Плотность энергии	50–150 Вт · ч / л
Удельная мощность	150 Вт / кг
Эффективность заряда / разряда	70–90% [1]
Скорость саморазряда	10% / мес.
Долговечность цикла	2000 циклов
Номинальное напряжение ячейки	1,2 В

Никель-кадмиевые батареи ( Ni-Cd батареи или батареи никель - кадмиевых ) представляет собой тип аккумуляторной батареи с использованием гидроксида никеля оксида и металлического кадмия в качестве электродов . Аббревиатура Ni-Cd происходит от химических символов из никеля (Ni) и кадмия (Cd): аббревиатура кадмиевых является зарегистрированным товарным знаком компании SAFT Corporation , хотя это название бренда обычно используется для описания всех батарей Ni-Cd.

Влажная-клеточные батареи , никель-кадмиевые были изобретены в батарее 1899.A Ni-Cd имеет концевое напряжение во время разряда около 1,2 вольт , который немного уменьшается почти до конца разряда. Максимальная электродвижущая сила , обеспечиваемая никель-кадмиевым элементом, составляет 1,3 В. Никель-кадмиевые батареи производятся в широком диапазоне размеров и мощностей, от портативных герметичных типов, взаимозаменяемых с углеродно-цинковыми сухими элементами, до больших вентилируемых элементов, используемых для резервного питания и движущей силы. По сравнению с другими типами перезаряжаемых элементов они предлагают хороший срок службы и производительность при низких температурах с хорошей емкостью, но их существенным преимуществом является способность обеспечивать практически полную номинальную емкость при высоких скоростях разряда (разрядка за один час или меньше). Однако материалы дороже, чем усвинцово-кислотный аккумулятор , и элементы имеют высокую скорость саморазряда.

Герметичные никель-кадмиевые элементы одно время широко использовались в портативных электроинструментах, фотооборудовании, фонариках , аварийном освещении, радиоуправлении и портативных электронных устройствах. Превосходная емкость никель-металлогидридных батарей и недавняя более низкая стоимость в значительной степени вытеснили использование Ni-Cd. Кроме того, воздействие на окружающую среду удаления токсичного металлического кадмия в значительной степени способствовало сокращению их использования. В Европейском Союзе никель-кадмиевые батареи теперь могут поставляться только для замены или для определенных типов нового оборудования, например, медицинских устройств. ^[2]

Более крупные вентилируемые никель-кадмиевые батареи с мокрыми ячейками используются в аварийном освещении, резервном питании, источниках бесперебойного питания и других приложениях.

История [ править ]

Первая никель-кадмиевая батарея была создана Вальдемаром Юнгнером из Швеции в 1899 году. В то время единственным прямым конкурентом была свинцово-кислотная батарея , которая была менее устойчивой к физическим и химическим свойствам. После незначительных улучшений первых прототипов плотность энергии быстро увеличилась примерно до половины от плотности первичных батарей и значительно выше, чем у свинцово-кислотных батарей. Юнгнер экспериментировал с заменой кадмия железом в различных количествах, но обнаружил, что составы железа отсутствуют. Работа Юнгнера была в значительной степени неизвестна в Соединенных Штатах. Томас Эдисон запатентовал никель- или кобальт-кадмиевую батарею в 1902 г. ^[3]и адаптировал конструкцию батареи, когда представил никель-железную батарею в США через два года после ее создания Юнгнером. В 1906 году Юнгнер основал завод недалеко от Оскарсхамна, Швеция, по производству никель-кадмиевых аккумуляторов затопляемой конструкции.

В 1932 году активные материалы были осаждены внутри пористого никелированного электрода, а пятнадцать лет спустя началась работа над герметичной никель-кадмиевой батареей.

Первое производство в Соединенных Штатах началось в 1946 году. До этого момента батареи были «карманного типа», состоящие из никелированных стальных карманов, содержащих активные материалы никель и кадмий . Примерно в середине двадцатого века спеченныйПластинчатые никель-кадмиевые батареи становятся все более популярными. При плавлении никелевого порошка при температуре значительно ниже его точки плавления с использованием высокого давления образуются спеченные пластины. Сформированные таким образом пластины являются высокопористыми, около 80 процентов по объему. Положительные и отрицательные пластины изготавливаются путем пропитки никелевых пластин в никель- и кадмиево-активных материалах соответственно. Спеченные пластины обычно намного тоньше, чем карманные, что приводит к большей площади поверхности на единицу объема и более высоким токам. Как правило, чем больше площадь поверхности реактивного материала в батарее, тем ниже ее внутреннее сопротивление .

С 2000-х годов все потребительские никель-кадмиевые батареи используют конфигурацию « швейцарский рулет » или «желейно-рулонный». Эта конструкция включает несколько слоев положительного и отрицательного материала, свернутого в цилиндрическую форму. Такая конструкция снижает внутреннее сопротивление, поскольку большее количество электродов контактирует с активным материалом в каждой ячейке. ^{[ необходима цитата ]}

Характеристики [ править ]

Максимальная скорость разряда никель-кадмиевых батарей зависит от их размера. Для обычного элемента размера AA максимальная скорость разряда составляет примерно 1,8 ампера; для батареи размера D скорость разряда может достигать 3,5 ампер. ^{[ необходима цитата ]}

Изготовители моделей самолетов или лодок часто используют гораздо большие токи, до сотни ампер или около того, от специально сконструированных никель-кадмиевых батарей, которые используются для привода главных двигателей. 5–6 минут работы модели легко достижимы от довольно небольших батарей, поэтому достигается достаточно высокий показатель удельной мощности, сравнимый с двигателями внутреннего сгорания , хотя и меньшей продолжительности. В этом, однако, они были в значительной степени вытеснены литий-полимерными (Lipo) и литий-железо-фосфатными (LiFe) батареями, которые могут обеспечить еще более высокую плотность энергии.

Напряжение [ править ]

Ni – Cd элементы имеют номинальный потенциал 1,2 В (В). Это ниже 1,5 В щелочных и цинк-углеродных первичных элементов, и, следовательно, они не подходят для замены во всех случаях. Однако 1,5 В первичного щелочного элемента относятся к его начальному, а не среднему напряжению. В отличие от щелочных и цинк-углеродных первичных элементов, напряжение на клеммах никель-кадмиевых элементов лишь незначительно изменяется при разряде. Поскольку многие электронные устройства предназначены для работы с первичными элементами, которые могут разряжаться до 0,90–1,0 В на элемент, относительно стабильного 1,2 В элемента Ni-Cd достаточно для обеспечения работы. Некоторые сочтут почти постоянное напряжение недостатком, поскольку это затрудняет обнаружение низкого заряда батареи.

Никель-кадмиевые батареи, используемые для замены батарей 9 В, обычно имеют только шесть ячеек для напряжения на клеммах 7,2 вольт. В то время как большинство карманных радиостанций будут удовлетворительно работать при этом напряжении, некоторые производители, такие как Varta, сделали батареи на 8,4 В с семью элементами для более важных приложений.

Зарядка [ править ]

Ni – Cd аккумуляторы можно заряжать с различной скоростью, в зависимости от того, как был изготовлен элемент. Скорость заряда измеряется в процентах от ампер-часа.Емкость аккумулятора подается постоянным током на протяжении всего заряда. Независимо от скорости зарядки, аккумулятор должен получать больше энергии, чем его фактическая емкость, чтобы учесть потери энергии во время зарядки, при этом более быстрые заряды более эффективны. Например, заряд «за ночь» может состоять из подачи тока, равного одной десятой номинальной емкости в ампер-часах (C / 10), в течение 14–16 часов; то есть, аккумулятор емкостью 100 мАч потребляет 10 мА в течение 14 часов, всего 140 мАч для зарядки с такой скоростью. При быстрой зарядке, выполняемой при 100% номинальной емкости аккумулятора за 1 час (1С), аккумулятор удерживает примерно 80% заряда, поэтому для зарядки аккумулятора 100 мАч требуется 125 мАч (то есть примерно 1 час пятнадцать минут). Некоторые специализированные батареи можно зарядить всего за 10–15 минут при скорости заряда 4 или 6 градусов.но это очень редко. Это также значительно увеличивает риск перегрева и вентиляции элементов из-за состояния внутреннего избыточного давления: скорость повышения температуры элемента определяется его внутренним сопротивлением и квадратом скорости зарядки. При скорости 4 ° C количество тепла, выделяемого в ячейке, в шестнадцать раз больше, чем при скорости 1 ° C. Обратной стороной более быстрой зарядки является более высокий риск перезарядки, которая может повредить аккумулятор. и повышенные температуры, которые должна выдержать ячейка (что потенциально сокращает ее срок службы).количество тепла, выделяемого в ячейке, в шестнадцать раз превышает количество тепла при скорости 1С. Обратной стороной более быстрой зарядки является более высокий риск перезарядки, которая может повредить аккумулятор. и повышенные температуры, которые должна выдержать ячейка (что потенциально сокращает ее срок службы).количество тепла, выделяемого в ячейке, в шестнадцать раз превышает количество тепла при скорости 1С. Обратной стороной более быстрой зарядки является более высокий риск перезарядки, которая может повредить аккумулятор. и повышенные температуры, которые должна выдержать ячейка (что потенциально сокращает ее срок службы).

Безопасный диапазон температур при использовании составляет от -20 ° C до 45 ° C. Во время зарядки температура аккумулятора обычно остается низкой, примерно такой же, как температура окружающей среды (реакция зарядки поглощает энергию), но по мере того, как аккумулятор почти полностью заряжен, температура повышается до 45–50 ° C. Некоторые зарядные устройства обнаруживают это повышение температуры, чтобы отключить зарядку и предотвратить чрезмерную зарядку.

Когда никель-кадмиевый аккумулятор не находится под нагрузкой или зарядом, он саморазряжается примерно на 10% в месяц при 20 ° C и до 20% в месяц при более высоких температурах. Можно выполнять постоянный заряд при уровнях тока, достаточно высоких, чтобы компенсировать эту скорость разряда; чтобы аккумулятор был полностью заряжен. Однако, если аккумулятор будет храниться неиспользованным в течение длительного периода времени, его следует разрядить не более чем до 40% емкости (некоторые производители рекомендуют полностью разрядить и даже замкнуть накоротко после полной разрядки ^{[ необходима ссылка ]} ), и хранить в прохладном, сухом месте.

Перезарядка [ править ]

Герметичные Ni-Cd элементы состоят из сосуда под давлением, который должен содержать кислород и водород, образующиеся в газообразном состоянии, до тех пор, пока они не смогут рекомбинировать обратно в воду. Такая генерация обычно происходит во время быстрой зарядки и разрядки, а также в условиях чрезмерной зарядки. Если давление превышает предел предохранительного клапана, вода в виде газа теряется. Поскольку емкость спроектирована так, чтобы содержать точное количество электролита, эта потеря быстро повлияет на емкость элемента и его способность принимать и передавать ток. Чтобы обнаружить все условия перезарядки, требуется большая изощренность схемы зарядки, и дешевое зарядное устройство в конечном итоге повредит даже самые качественные элементы. ^[4]

Электрохимия [ править ]

Полностью заряженный никель-кадмиевый элемент содержит:

• никеля (III) , оксид-гидроксид положительный электрод пластины
• кадмия отрицательного электрода пластины
• сепаратор , и
• щелочной электролит ( гидроксид калия ).

Ni-Cd аккумуляторы обычно имеют металлический корпус с уплотнительной пластиной, снабженный самоуплотняющимся предохранительным клапаном . Пластины положительного и отрицательного электрода, изолированные друг от друга сепаратором, свернуты по спирали внутри корпуса. Это известно как конструкция с желеобразным валиком и позволяет никель-кадмиевым элементам обеспечивать гораздо более высокий максимальный ток, чем щелочные элементы аналогичного размера. Щелочные элементы имеют каркасную конструкцию, в которой корпус элемента заполнен электролитом и содержит графитовый стержень, который действует как положительный электрод. Поскольку относительно небольшая площадь электрода находится в контакте с электролитом (в отличие от конструкции с желейным валиком), внутреннее сопротивление для щелочного элемента эквивалентного размера выше, что ограничивает максимальный ток, который может подаваться.

В химических реакциях на электроде кадмия во время разряда являются:

${\ Displaystyle \ mathrm {Cd + 2OH ^ {-} \ rightarrow Cd (OH) _ {2} + 2e ^ {-}}}$

На электроде из оксида никеля протекают следующие реакции:

${\ displaystyle \ mathrm {2NiO (OH) + 2H_ {2} O + 2e ^ {-} \ rightarrow 2Ni (OH) _ {2} + 2OH ^ {-}}}$

Чистая реакция во время разряда

${\ displaystyle \ mathrm {2NiO (OH) + Cd + 2H_ {2} O \ rightarrow 2Ni (OH) _ {2} + Cd (OH) _ {2}.}}$

Во время перезарядки реакции идут справа налево. Щелочной электролит (обычно КОН) не расходуется в этой реакции, и поэтому его удельный вес , в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, не является показателем его степени заряда.

Когда Юнгнер построил первые никель-кадмиевые батареи, он использовал оксид никеля в положительном электроде и материалы из железа и кадмия в отрицательном. Только позже стали использовать чистый металлический кадмий и гидроксид никеля . Примерно до 1960 г. химическая реакция не была полностью изучена. Было несколько предположений относительно продуктов реакции. Спор был окончательно разрешен с помощью инфракрасной спектроскопии , которая показала гидроксид кадмия и гидроксид никеля.

Другой исторически важный вариант основного Ni-Cd элемента - это добавление гидроксида лития к электролиту гидроксида калия. В это верили ^{[ кем? ],} чтобы продлить срок службы, сделав элемент более устойчивым к воздействию электрического тока. Никель-кадмиевые батареи в их современном виде в любом случае чрезвычайно устойчивы к неправильному использованию электричества, поэтому такая практика была прекращена.

Вентилируемые аккумуляторные батареи [ править ]

Никель- кадмиевые батареи с вентилируемыми ячейками ( мокрые , затопленные ) используются, когда требуются большие емкости и высокая скорость разряда. Традиционные никель-кадмиевые батареи закрытого типа, что означает, что зарядный газ обычно рекомбинируется, и они не выделяют газ, если только не произойдет серьезный перезаряд или не возникнет неисправность. В отличие от типичных никель-кадмиевых элементов, которые герметичны, вентилируемые элементы имеют выпускной клапан или клапан сброса низкого давления, который выпускает любой образующийся газообразный кислород и водород при избыточной или быстрой разрядке. Поскольку аккумулятор не является сосудом под давлением, он безопаснее, меньше весит, имеет более простую и экономичную конструкцию. Это также означает, что аккумулятор обычно не повреждается из-за чрезмерного заряда, разряда или даже отрицательного заряда.

Они используются в авиации, железнодорожном и общественном транспорте, в качестве резервного источника питания для телекоммуникаций, запуска двигателей для резервных турбин и т. Д. Использование никель-кадмиевых аккумуляторов с вентилируемыми элементами приводит к уменьшению размера, веса и требований к обслуживанию по сравнению с другими типами аккумуляторов. Никель-кадмиевые батареи с вентилируемыми ячейками имеют длительный срок службы (до 20 лет и более, в зависимости от типа) и работают при экстремальных температурах (от -40 до 70 ° C).

Стальной аккумуляторный ящик содержит элементы, соединенные последовательно для получения желаемого напряжения (1,2 В на номинал элемента). Ячейки обычно изготавливаются из легкого и прочного полиамида ( нейлона ) с несколькими никель-кадмиевыми пластинами, сваренными вместе для каждого электрода внутри. Сепаратор или вкладыш из силиконовой резины действует как изолятор и газовый барьер между электродами. Клетки затоплены с электролитом 30% -ного водного раствора из гидроксида калия ( КОН ). Удельный вес электролита не указывает , если аккумулятор разряжен или полностью заряжена , но изменения в основном сиспарение воды. В верхней части ячейки имеется пространство для избыточного электролита и выпускное отверстие для сброса давления. Большие никелированные медные шпильки и толстые соединительные перемычки обеспечивают минимальное эквивалентное последовательное сопротивление для батареи.

Удаление газов означает, что батарея либо разряжается с высокой скоростью, либо заряжается с большей скоростью, чем номинальная. Это также означает, что электролит, потерянный во время вентиляции, необходимо периодически заменять посредством текущего обслуживания. В зависимости от циклов заряда-разряда и типа батареи это может означать период обслуживания от нескольких месяцев до года.

Напряжение вентилируемого элемента быстро возрастает в конце заряда, что позволяет использовать очень простую схему зарядного устройства. Обычно батарея заряжается постоянным током со скоростью 1 СА до тех пор, пока все элементы не достигнут по крайней мере 1,55 В. Следующий цикл заряда следует со скоростью 0,1 СА, снова до тех пор, пока все элементы не достигнут 1,55 В. Заряд завершается выравнивающим или максимальным током. до подзарядки, как правило, не менее 4 часов по тарифу 0,1 CA. Целью перезарядки является вытеснение как можно большего количества (если не всех) газов, собранных на электродах, водорода на отрицательном полюсе и кислорода на положительном полюсе, и некоторые из этих газов рекомбинируют с образованием воды, которая, в свою очередь, поднимает уровень электролита до наивысшего уровня, после чего можно безопасно регулировать уровни электролита. Во время перезарядки или подзарядки напряжение элемента превысит 1.6 В, а затем медленно начинают падать. Ни одна ячейка не должна подниматься выше 1,71 В (сухой элемент) или опускаться ниже 1,55 В (нарушение газового барьера).^{[ необходима цитата ]}

В воздушной установке с электрической системой плавающей батареи напряжение регулятора устанавливается для зарядки батареи при постоянном потенциале заряда (обычно 14 или 28 В). Если это напряжение установлено слишком высоким, это приведет к быстрой потере электролита. Неисправный регулятор заряда может позволить напряжению заряда значительно превысить это значение, вызывая значительный перезаряд с выкипанием электролита. ^{[ необходима цитата ]}

Приложения [ править ]

Герметичные никель-кадмиевые элементы могут использоваться по отдельности или собраны в аккумуляторные блоки, содержащие два или более элемента. Маленькие элементы используются для портативной электроники и игрушек (таких как солнечные садовые фонари), часто с использованием элементов, изготовленных того же размера, что и первичные элементы . Когда Ni-Cd батареи заменяются первичными элементами, более низкое напряжение на клеммах и меньшая емкость в ампер-часах могут снизить производительность по сравнению с первичными элементами. Миниатюрные кнопочные элементы иногда используются в фотоаппаратуре, переносных лампах (фонариках или фонариках), резервных компьютерах с памятью, игрушках и новинках.

Специальные никель-кадмиевые батареи используются в беспроводных и беспроводных телефонах, аварийном освещении и других устройствах. Обладая относительно низким внутренним сопротивлением , они могут обеспечивать высокие импульсные токи . Это делает их подходящим выбором для электрических моделей самолетов, лодок и автомобилей с дистанционным управлением, а также для беспроводных электроинструментов и вспышек для фотоаппаратов.

Залитые элементы большего размера используются для пусковых батарей самолетов , электромобилей и резервного источника питания .

Популярность [ править ]

Развитие технологий производства аккумуляторов во второй половине двадцатого века сделало производство аккумуляторов все более дешевым. В целом возросла популярность устройств с батарейным питанием. По состоянию на 2000 год ежегодно производилось около 1,5 миллиарда никель-кадмиевых аккумуляторов. ^[5] Вплоть до середины 1990-х годов никель-кадмиевые батареи занимали подавляющее большинство рынка аккумуляторных батарей в бытовой электронике.

В какой-то момент на никель-кадмиевые батареи приходилось 8% всех продаж портативных вторичных (перезаряжаемых) батарей в ЕС, в Великобритании - 9,2% (утилизация), а в Швейцарии - 1,3% всех продаж портативных батарей. ^{[6] [7] [8]}

В ЕС Директива о батареях 2006 г. ограничила продажу никель-кадмиевых батарей потребителям для портативных устройств.

Доступность [ править ]

Ni-Cd элементы доступны в тех же размерах, что и щелочные батареи , от AAA до D, а также в нескольких размерах многоячеек, включая эквивалент 9-вольтовой батареи. Полностью заряженный одиночный никель-кадмиевый элемент без нагрузки имеет разность потенциалов от 1,25 до 1,35 вольт, которая остается относительно постоянной при разряде батареи. Поскольку почти полностью разряженная щелочная батарея может упасть до 0,9 вольт, никель-кадмиевые и щелочные элементы, как правило, взаимозаменяемы для большинства применений.

В дополнение к одиночным элементам существуют батареи, содержащие до 300 элементов (номинально 360 вольт, фактическое напряжение без нагрузки от 380 до 420 вольт). Такое количество ячеек в основном используется в автомобильной промышленности и в тяжелых промышленных условиях. Для портативных приложений количество ячеек обычно ниже 18 ячеек (24 В). Доступны промышленные залитые батареи емкостью от 12,5 Ач до нескольких сотен Ач.

Сравнение с другими батареями [ править ]

В последнее время никель-металлогидридные и литий-ионные батареи стали коммерчески доступными и более дешевыми, причем первый тип сейчас конкурирует по стоимости с никель-кадмиевыми батареями. Там, где важна плотность энергии, никель-кадмиевые батареи сейчас находятся в невыгодном положении по сравнению с никель-металлогидридными и литий-ионными батареями. Однако никель-кадмиевые батареи по-прежнему очень полезны в приложениях, требующих очень высокой скорости разряда, поскольку они могут выдерживать такой разряд без повреждений или потери емкости.

По сравнению с другими формами аккумуляторных батарей, никель-кадмиевые батареи имеют ряд явных преимуществ:

• Батареи сложнее повредить, чем другие батареи, так как они длительное время выдерживают глубокую разрядку . Фактически, никель-кадмиевые батареи при длительном хранении обычно хранятся полностью разряженными. Это контрастирует, например, с литий-ионными батареями , которые менее стабильны и будут безвозвратно повреждены, если разрядятся ниже минимального напряжения.
• Аккумулятор очень хорошо работает в суровых условиях, идеально подходит для использования в портативных инструментах.
• Никель-кадмиевые батареи обычно служат дольше с точки зрения количества циклов заряда / разряда, чем другие аккумуляторные батареи, такие как свинцово-кислотные батареи.
• По сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами , никель-кадмиевые аккумуляторы имеют гораздо более высокую плотность энергии . Никель-кадмиевый аккумулятор меньше и легче, чем сопоставимый свинцово-кислотный аккумулятор, но не сопоставимый никель-металл-гидридный или литий-ионный аккумулятор. В случаях, когда важны размер и вес (например, самолет), никель-кадмиевые батареи предпочтительнее более дешевых свинцово-кислотных аккумуляторов.
• В потребительских приложениях никель-кадмиевые батареи напрямую конкурируют с щелочными батареями . Никель-кадмиевый элемент имеет меньшую емкость, чем эквивалентный щелочной элемент, и стоит дороже. Однако, поскольку химическая реакция щелочной батареи необратима, многоразовая никель-кадмиевая батарея имеет значительно более длительный общий срок службы. Были попытки создать перезаряжаемые щелочные батареи или специализированные зарядные устройства для зарядки одноразовых щелочных батарей, но ни одна из них не нашла широкого применения.
• Напряжение на клеммах никель-кадмиевой батареи снижается медленнее по мере ее разряда по сравнению с угольно-цинковыми батареями. Поскольку напряжение щелочной батареи значительно падает при падении заряда, большинство потребительских приложений хорошо приспособлены для работы с немного более низким напряжением никель-кадмиевых элементов без заметной потери производительности.
• Емкость никель-кадмиевой батареи не сильно зависит от очень высоких разрядных токов. Даже при скорости разряда до 50 ° C никель-кадмиевый аккумулятор почти полностью соответствует своей номинальной емкости. Напротив, свинцово-кислотная батарея обеспечивает только половину своей номинальной емкости при разряде при относительно скромных 1,5 ° C.
• Максимальный непрерывный ток потребления никель-кадмиевых аккумуляторов обычно составляет около 15 ° C. По сравнению с никель-металлгидридными батареями, где максимальный непрерывный потребляемый ток составляет не более 5 ° C.
• Никель- металлогидридные ( NiMH ) батареи являются новейшим и наиболее похожим конкурентом никель-кадмиевых аккумуляторов. По сравнению с никель-кадмиевыми батареями, никель-металлгидридные батареи имеют большую емкость, менее токсичны и теперь более рентабельны. Однако никель-кадмиевый аккумулятор имеет более низкую скорость саморазряда (например, 20% в месяц для никель-кадмиевого аккумулятора по сравнению с 30% в месяц для традиционного никель-металлгидридного аккумулятора при идентичных условиях), хотя и низкий саморазряд (" LSD ") NiMH батареисейчас доступны, которые имеют значительно более низкий саморазряд, чем Ni-Cd или традиционные NiMH аккумуляторы. Это приводит к предпочтению никель-кадмиевых батарей по сравнению с никель-металл-гидридными батареями без LSD в приложениях, где ток, потребляемый батареей, ниже, чем собственная скорость саморазряда батареи (например, в пультах дистанционного управления телевизора). В обоих типах элементов скорость саморазряда максимальна для состояния полного заряда и несколько снижается для состояний с более низким зарядом. Наконец, никель-кадмиевый аккумулятор аналогичного размера имеет немного меньшее внутреннее сопротивление и, следовательно, может обеспечить более высокую максимальную скорость разряда (что может быть важно для таких приложений, как электроинструменты).

Основной компромисс с никель-кадмиевыми батареями - их более высокая стоимость и использование кадмия. Этот тяжелый металл представляет опасность для окружающей среды и очень токсичен для всех высших форм жизни. Они также более дорогие, чем свинцово-кислотные батареи, потому что никель и кадмий стоят дороже. Одним из самых больших недостатков является то, что батарея имеет очень заметный отрицательный температурный коэффициент. Это означает, что с повышением температуры ячейки внутреннее сопротивление падает. Это может создать значительные проблемы с зарядкой, особенно с относительно простыми системами зарядки, используемыми для свинцово-кислотных аккумуляторов. Свинцово-кислотные батареи можно заряжать, просто подключив динамо-машину.По их мнению, с помощью простой системы электромагнитного отключения, когда динамо-машина неподвижна или происходит перегрузка по току, никель-кадмиевая батарея при аналогичной схеме зарядки будет демонстрировать тепловой разгон, при котором зарядный ток будет продолжать расти до тех пор, пока -сработал предохранитель тока или батарея разрядилась. Это главный фактор, препятствующий его использованию в качестве аккумуляторных батарей для запуска двигателя. Сегодня с системами зарядки на основе генераторов с твердотельными регуляторами создание подходящей системы зарядки было бы относительно простым, но производители автомобилей не хотят отказываться от проверенных технологий. ^[9]

Эффект памяти [ править ]

Ni – Cd аккумуляторы могут страдать от « эффекта памяти », если их разряжать и перезаряжать до такого же уровня заряда.сотни раз. Очевидным признаком является то, что батарея «запоминает» точку цикла разряда, в которой началась перезарядка, и во время последующего использования испытывает внезапное падение напряжения в этой точке, как если бы батарея была разряжена. Емкость аккумулятора практически не снижается. Некоторые электронные устройства, рассчитанные на питание от никель-кадмиевых аккумуляторов, способны выдерживать это пониженное напряжение достаточно долго, чтобы напряжение вернулось в норму. Однако, если устройство не может работать в течение этого периода пониженного напряжения, оно не сможет получить достаточно энергии от батареи, и для всех практических целей батарея будет казаться «мертвой» раньше, чем обычно.

Есть свидетельства того, что история с эффектом памяти произошла от орбитальных спутников, где они одинаково заряжались и разряжались на каждой орбите вокруг Земли в течение нескольких лет. ^[10] По прошествии этого времени было обнаружено, что емкость батарей значительно снизилась, но они все еще были пригодны для использования. Маловероятно, что эта точная повторяющаяся зарядка (например, 1000 зарядов / разрядов с вариабельностью менее 2%) могла когда-либо быть воспроизведена людьми, использующими электротовары. Первоначальный документ с описанием эффекта памяти был написан учеными GE из их отдела по производству аккумуляторных батарей в Гейнсвилле, Флорида, и позже они отозвали его, но ущерб был нанесен. Маловероятно, что это реальное явление, но он обрел свою собственную жизнь как городской миф. ^{[цитата необходима ]}

Аккумулятор выдерживает тысячи циклов зарядки / разрядки. Также можно уменьшить эффект памяти, полностью разряжая батарею примерно раз в месяц. ^{[ необходима цитата ]} Таким образом, очевидно, что батарея не «запоминает» точку в цикле зарядки.

Эффект, симптомы которого схожи с эффектом памяти, - это так называемое снижение напряжения или эффект ленивого заряда батареи . Это результат многократной перезарядки; Симптомом является то, что батарея кажется полностью заряженной, но быстро разряжается после короткого периода работы. В редких случаях большая часть потерянной емкости может быть восстановлена ​​за несколько циклов глубокого разряда, функция часто обеспечивается автоматическими зарядными устройствами. Однако этот процесс может сократить срок годности аккумулятора. ^{[ необходима цитата ]}При правильном обращении никель-кадмиевый аккумулятор может работать не менее 1000 циклов, прежде чем его емкость упадет ниже половины от первоначальной. Многие домашние зарядные устройства называют «умными зарядными устройствами», которые отключаются и не повреждают аккумулятор, но это, похоже, обычная проблема. ^{[ необходима цитата ]}

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Ni – Cd аккумуляторы содержат от 6% (для промышленных аккумуляторов) до 18% (для коммерческих аккумуляторов) кадмия , который является токсичным тяжелым металлом и поэтому требует особой осторожности при утилизации аккумуляторов.

В Соединенных Штатах ожидаемые затраты на переработку аккумуляторов (которые будут использоваться для надлежащей утилизации в конце срока службы) включены в покупную цену аккумуляторов.

В соответствии с так называемой «директивой о батареях» (2006/66 / EC) продажа потребительских никель-кадмиевых батарей в Европейском союзе запрещена, за исключением использования в медицинских целях; системы сигнализации; аварийное освещение; и переносные электроинструменты. Эта последняя категория была запрещена с 2016 года. ^[11] Согласно той же директиве ЕС использованные промышленные Ni – Cd батареи должны собираться их производителями для вторичной переработки на специальных предприятиях.

См. Также [ править ]

• Утилизация аккумуляторов
• Сравнение типов батарей
• Список размеров батарей
• Список типов батарей
• Соотношение мощности к весу

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• «Никель-кадмиевый аккумулятор работает столько же, сколько и автомобиль». Popular Science , август 1948 г., стр. 113–118.
• Никель-кадмиевые авиационные аккумуляторные батареи, руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию (PDF)
• История никель-кадмиевых батарей Alcad в Реддиче, 1918 - 1993 гг.