Obwohl Nickel-Cadmium-Batterien seit diesem Jahr aus der Produktion in der Europäischen Union verboten sind, werden diese unermüdlichen Arbeiter immer noch in vielen preiswerten und leistungsstarken autonomen Geräten (Schraubendreher, Elektrorasierer, Taschenlampen) eingesetzt.

Auch wenn die Bedienungsanleitung nichts über den Akkutyp des Gerätes aussagt, lässt sich ganz einfach feststellen, dass es sich um den Nickel-Cadmium-Akku handelt, der als Stromquelle dient – ​​meistens wird die Ladezeit in der Reichweite angegeben von 5-12 Stunden und es gibt einen Hinweis darauf, dass das Ladegerät nach Ablauf der Ladezeit unabhängig voneinander getrennt werden muss.

Bei Nickel-Cadmium-Batterien ist die schnelle Impulsladung der langsamen Konstantstromladung vorzuziehen. Diese Akkus können viel Leistung liefern, was ihre Wahl für leistungsstarke Stand-Alone-Geräte bestimmt. Nickel-Cadmium-Batterien sind der einzige Batterietyp, der einer vollständigen Entladung unter starker Belastung ohne Folgen standhält. Andere Batterietypen erfordern eine unvollständige Entladung bei relativ niedrigen Leistungslasten.

Nickel-Cadmium-Akkus mögen kein Langzeitladen mit gelegentlicher leichter Last. Für sie ist eine periodische Tiefentladung notwendig wie für eine Person Luft - ohne vollständige Entladung bilden sich an den Elektroden große Metallkristalle (was zur Manifestation des sogenannten "Memory-Effekts" führt) - die Batterie verliert schlagartig seine Kapazität. Für einen langen und effizienten Betrieb von NiCd-Akkus sind Wartungszyklen des Akkus notwendig - eine vollständige Entladung gefolgt von einer vollständigen Ladung, basierend auf den meisten Empfehlungen, einmal im Monat, mindestens einmal alle 2-3 Monate.

Nickel-Cadmium-Batterien sind die „narrensichersten“ modernen Massenbatterien – sie benötigen nicht einmal ein Batterieüberwachungssystem, um sie zu verwenden, das ihren Einsatz in kostengünstigen und leistungsstarken Geräten feststellt.

Das Laden mit geringen Strömen in 5-12 Stunden ermöglicht es Ihnen, auf Vorkehrungen in Form von Lade-Entlade-Kontrollsystemen zu verzichten. Bei Überladung verliert der Akku einfach langsam an Kapazität (zur Freude des Herstellers). Denken Sie daran, wenn Sie "Bad-Boy"-Ladegeräte verwenden (Ladegeräte ohne automatische Ladekontrolle). Laden Sie daher am besten einen vollständig entladenen Akku und halten Sie die Ladezeit genau ein, damit die Kapazität des NiCd-Akkus lange erhalten bleibt.

Beim "Schnellladen" (mit einer Ladezeit von weniger als 5 Stunden) empfiehlt es sich, ein Ladegerät mit Temperatursensor zu haben, da beim Laden die Akkutemperatur steigt, die Kapazität mit der Temperatur mit zunehmender Kapazität wächst , kann das Ladegerät den Akku über das erforderliche Niveau hinaus aufladen, was zu einem noch stärkeren Temperaturanstieg (das Phänomen des "thermischen Übertaktens" des Akkus) und zumindest zu einer Verschlechterung der Parameter des Akkus führt. Eine ähnliche Situation besteht beim Laden der Batterie bei niedrigen Temperaturen. Der Temperatursensor ermöglicht es Ihnen, die Ladeparameter in Abhängigkeit von der Batterietemperatur zu verschieben, sowie die Batterie von der Ladung zu trennen, wenn die Temperatur über 1 Grad Celsius pro Minute ansteigt oder wenn die Batterietemperatur 60 Grad Celsius erreicht, was die tragischen Folgen vermeidet der thermischen Übertaktung.

Zur Veranschaulichung der Notwendigkeit eines Wärmesensors in einem Ladegerät kann ich ein Beispiel für eine zwei Jahre alte Ladung eines Nickel-Cadmium-Akkus für einen professionellen Schraubendreher an einem Ladegerät ohne Wärmesensor geben (auf dem Foto ist dies das Ladegerät selbst), mit dem Sie den Akku schneller aufladen können - in einer Stunde. Damals betrug die Temperatur in der Wohnung ca. 30 °C, das Ladegerät soll den Akku automatisch laden bis die Sollspannung erreicht ist und sich automatisch abschaltet, was in der Anleitung im Sicherheitsteil auf Englisch in Weiß gesagt wurde. Morgens wurde der erste Akku aus dem Bausatz ohne Zwischenfälle geladen - nach 50 Minuten schaltete sich das Ladegerät aus, abends überraschte der zweite Akku beim Laden: Aufgrund des fehlenden Temperatursensors im Ladegerät war der Akku ging in den thermischen Übertaktungsmodus. Da der Ladevorgang beschleunigt wurde, wurde das Problem erst spät bemerkt - als die Batterie in Rauch aufging und anfing, heißen Elektrolyten zu versprühen. Das schnell vom Netz getrennte Ladegerät wurde gerettet. Die Batterie hingegen schnüffelte lange in Qualen und versuchte, beim Verlassen in eine andere Welt so viel Schaden wie möglich anzurichten, aber es schlug fehl und der Schaden beschränkte sich auf die Kosten der Batterie selbst - 15 USD. Seitdem ist das Ladegerät über eine Zeitschaltuhr mit dem Netzwerk verbunden.

Trotz ihrer Mängel gibt es heute noch Nickel-Cadmium-Batterien bei uns. Hoffentlich können die Leser mit ein wenig Theorie und praktischer Erfahrung, die in dem Artikel beschrieben werden, das Beste aus der Nickel-Cadmium-Batterie ihres Geräts herausholen.

Copyright © Dmitry Spitsyn, 2009.

Obwohl Nickel-Cadmium-Batterien seit diesem Jahr aus der Produktion in der Europäischen Union verboten sind, werden diese unermüdlichen Arbeiter immer noch in vielen preiswerten und leistungsstarken autonomen Geräten (Schraubendreher, Elektrorasierer, Taschenlampen) eingesetzt.

Auch wenn die Bedienungsanleitung nichts über den Akkutyp des Gerätes aussagt, lässt sich ganz einfach feststellen, dass es sich um den Nickel-Cadmium-Akku handelt, der als Stromquelle dient – ​​meistens wird die Ladezeit in der Reichweite angegeben von 5-12 Stunden und es gibt einen Hinweis darauf, dass das Ladegerät nach Ablauf der Ladezeit unabhängig voneinander getrennt werden muss.

Bei Nickel-Cadmium-Batterien ist die schnelle Impulsladung der langsamen Konstantstromladung vorzuziehen. Diese Akkus können viel Leistung liefern, was ihre Wahl für leistungsstarke Stand-Alone-Geräte bestimmt. Nickel-Cadmium-Batterien sind der einzige Batterietyp, der einer vollständigen Entladung unter starker Belastung ohne Folgen standhält. Andere Batterietypen erfordern eine unvollständige Entladung bei relativ niedrigen Leistungslasten.

Nickel-Cadmium-Akkus mögen kein Langzeitladen mit gelegentlicher leichter Last. Für sie ist eine periodische Tiefentladung notwendig wie für eine Person Luft - ohne vollständige Entladung bilden sich an den Elektroden große Metallkristalle (was zur Manifestation des sogenannten "Memory-Effekts" führt) - die Batterie verliert schlagartig seine Kapazität. Für einen langen und effizienten Betrieb von NiCd-Akkus sind Wartungszyklen des Akkus notwendig - eine vollständige Entladung gefolgt von einer vollständigen Ladung, basierend auf den meisten Empfehlungen, einmal im Monat, mindestens einmal alle 2-3 Monate.

Nickel-Cadmium-Batterien sind die „narrensichersten“ modernen Massenbatterien – sie benötigen nicht einmal ein Batterieüberwachungssystem, um sie zu verwenden, das ihren Einsatz in kostengünstigen und leistungsstarken Geräten feststellt.

Das Laden mit geringen Strömen in 5-12 Stunden ermöglicht es Ihnen, auf Vorkehrungen in Form von Lade-Entlade-Kontrollsystemen zu verzichten. Bei Überladung verliert der Akku einfach langsam an Kapazität (zur Freude des Herstellers). Denken Sie daran, wenn Sie "Bad-Boy"-Ladegeräte verwenden (Ladegeräte ohne automatische Ladekontrolle). Laden Sie daher am besten einen vollständig entladenen Akku und halten Sie die Ladezeit genau ein, damit die Kapazität des NiCd-Akkus lange erhalten bleibt.

Beim "Schnellladen" (mit einer Ladezeit von weniger als 5 Stunden) empfiehlt es sich, ein Ladegerät mit Temperatursensor zu haben, da beim Laden die Akkutemperatur steigt, die Kapazität mit der Temperatur mit zunehmender Kapazität wächst , kann das Ladegerät den Akku über das erforderliche Niveau hinaus aufladen, was zu einem noch stärkeren Temperaturanstieg (das Phänomen des "thermischen Übertaktens" des Akkus) und zumindest zu einer Verschlechterung der Parameter des Akkus führt. Eine ähnliche Situation besteht beim Laden der Batterie bei niedrigen Temperaturen. Der Temperatursensor ermöglicht es Ihnen, die Ladeparameter in Abhängigkeit von der Batterietemperatur zu verschieben, sowie die Batterie von der Ladung zu trennen, wenn die Temperatur über 1 Grad Celsius pro Minute ansteigt oder wenn die Batterietemperatur 60 Grad Celsius erreicht, was die tragischen Folgen vermeidet der thermischen Übertaktung.

Zur Veranschaulichung der Notwendigkeit eines Wärmesensors in einem Ladegerät kann ich ein Beispiel für eine zwei Jahre alte Ladung eines Nickel-Cadmium-Akkus für einen professionellen Schraubendreher an einem Ladegerät ohne Wärmesensor geben (auf dem Foto ist dies das Ladegerät selbst), mit dem Sie den Akku schneller aufladen können - in einer Stunde. Damals betrug die Temperatur in der Wohnung ca. 30 °C, das Ladegerät soll den Akku automatisch laden bis die Sollspannung erreicht ist und sich automatisch abschaltet, was in der Anleitung im Sicherheitsteil auf Englisch in Weiß gesagt wurde. Morgens wurde der erste Akku aus dem Bausatz ohne Zwischenfälle geladen - nach 50 Minuten schaltete sich das Ladegerät aus, abends überraschte der zweite Akku beim Laden: Aufgrund des fehlenden Temperatursensors im Ladegerät war der Akku ging in den thermischen Übertaktungsmodus. Da der Ladevorgang beschleunigt wurde, wurde das Problem erst spät bemerkt - als die Batterie in Rauch aufging und anfing, heißen Elektrolyten zu versprühen. Das schnell vom Netz getrennte Ladegerät wurde gerettet. Die Batterie hingegen schnüffelte lange in Qualen und versuchte, beim Verlassen in eine andere Welt so viel Schaden wie möglich anzurichten, aber es schlug fehl und der Schaden beschränkte sich auf die Kosten der Batterie selbst - 15 USD. Seitdem ist das Ladegerät über eine Zeitschaltuhr mit dem Netzwerk verbunden.

Trotz ihrer Mängel gibt es heute noch Nickel-Cadmium-Batterien bei uns. Hoffentlich können die Leser mit ein wenig Theorie und praktischer Erfahrung, die in dem Artikel beschrieben werden, das Beste aus der Nickel-Cadmium-Batterie ihres Geräts herausholen.

Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cd) sind derzeit noch weit verbreitet in der Volkswirtschaft. Sie gehören konstruktionsbedingt zur Gruppe der Alkalibatterien. Diese Batterien sind gefragt, obwohl ihre Herstellung und Verwendung aus Umweltgründen eingeschränkt sind (Cadmium ist eine giftige Substanz). Es ist jedoch unmöglich, vollständig darauf zu verzichten, da diese wiederaufladbaren Batterien in Geräten verwendet werden, in denen andere Batterien nicht funktionieren. Dies ist insbesondere der Betrieb mit großen Entlade- und Ladeströmen. Dies sind relativ wartungsfreundliche Geräte mit einer langen Lebensdauer. Daher verdienen sie eine Betrachtung in einem separaten Artikel.

Die erste Nickel-Cadmium-Batterie wurde 1899 von Waldmar Jungner entwickelt. Aber damals war die Herstellung dieser Alkaline-Batterien deutlich teurer als andere Batterietypen. Damit geriet diese Erfindung für eine Weile in Vergessenheit. 1932 wurde ein Verfahren zur Abscheidung eines Aktivmaterials auf einer porösen Nickelelektrode entwickelt. Dies rückte die Einführung industrieller Ni-Cd-Batterien näher.

Im Jahr 1947 wurden eine Reihe von Arbeiten durchgeführt, bei denen die beim Laden freigesetzten Gase ohne deren Entfernung rekombiniert wurden. Als Ergebnis wurden versiegelte Ni-Cd-Akkus geboren, die noch heute verwendet werden. Unter den Herstellern von Nickel-Cadmium-Batterien sind so große Unternehmen wie GP Batteries, Samsung, Warta, GAZ, Konnoc, Advanced Battery Factory, Panasonic, Metabo, Ansmann und andere zu nennen.

Trotz ihres breiten Einsatzes in der Volkswirtschaft in den letzten Jahrzehnten schränken Nickel-Cadmium-Batterien ihren Anwendungsbereich sukzessive ein. Sie werden nach und nach von Nickel-Metallhydrid- und Lithiumbatterien verdrängt.

Insbesondere Ni-Cd-Akkus weichen der tragbaren Technologie. Grund dafür ist die Gefahr von Cadmium für Mensch und Umwelt. Die Entsorgung dieser Batterien erfordert eine spezielle Ausrüstung zum Auffangen von Cadmium. für ein Auto ist einfacher, schneller und besser entwickelt. Aber es gibt noch viele Bereiche, in denen Nickel-Cadmium-Batterien unersetzlich sind.

Anwendungen für Nickel-Cadmium (Ni-Cd)-Batterien

Nickel-Cadmium-Batterien mit kleinen Abmessungen werden in technischen Geräten verwendet, die für ihren Betrieb einen hohen Strom benötigen. Unter diesen Bedingungen liefern Ni-Cd-Akkus eine stabile Leistung und überhitzen im Gegensatz zu anderen Akkutypen nicht. Nickel-Cadmium-Batterien sind weit verbreitet in Trolleybussen, Straßenbahnen, als Traktionsbatterien in Elektroautos gibt es industrielle Ni-Cd-Batterien. Darüber hinaus haben sie eine breite Anwendung im See- und Flusstransport gefunden.

Ni-Cd-Akkus finden sich in Hubschraubern und Flugzeugen als Bordakkus, in tragbaren Werkzeugen (Schraubendreher, Bohrhammer etc.). Lithiumbatterien werden jedoch immer häufiger in Werkzeugen verwendet. Nickel-Cadmium-Akkus können in tragbaren Geräten mit hohem Stromverbrauch noch nicht ersetzt werden. Obwohl sie in einigen Geräten erfolgreich ersetzt werden, die kein schädliches Cadmium enthalten.

Ni-Cd-Scheibenbatterien sind weit verbreitet. Diese Variante wurde häufig als Batterie verwendet, um nichtflüchtige Speicher in den ersten Personalcomputern mit Strom zu versorgen. Sie waren mit dem Mainboard verkabelt. Später wurden sie durch Lithiumbatterien ersetzt. Festplattenbatterien wurden auch häufig in Kameras, Blitzgeräten, Taschenrechnern, Taschenlampen, Radios, Hörgeräten usw. verwendet.

Ni-Cd-Akkus sind lange lagerfähig, wartungsfreundlich, unempfindlich gegenüber niedrigen Temperaturen, haben einen geringen Innenwiderstand und ein geringes spezifisches Gewicht. All dies überwiegt bisher den negativen Punkt, der mit dem Vorhandensein von giftigem Cadmium in ihnen verbunden ist. Nickel-Cadmium-Batterien dominieren nach wie vor in der Luftfahrt, in militärischer Ausrüstung und in Mobilfunkgeräten. Außerdem können Sie das Material darüber lesen, wie Ni-Cd reduziert wird.

Nickel-Cadmium-Akku (Ni-Cd) Gerät

Design der Ni-Cd-Batterie

Strukturell ist eine Nickel-Cadmium-Batterie eine positive und negative Elektrode, die durch einen Separator getrennt sind. Sie werden in einen alkalischen Elektrolyten getaucht und sind alle in einem versiegelten Metallgehäuse eingeschlossen. Die positive Elektrode enthält NiOOH (Nickeloxid-Hydroxid). Das Negativ enthält Cadmium (Cd) in der Verbindung. Als Elektrolyt dient die KOH-Lösung (Kaliumhydroxid). Es ist ein starkes, geruchloses Alkali. Die Vorteile von KOH sind, dass der Stoff weder explosiv noch brennbar ist. Der Massenanteil von KOH im Elektrolyten nach GOST R 50711-94 muss mindestens 85 Prozent in fester und mindestens 45 Prozent in flüssiger Form betragen.

Um die Oberfläche der Elektroden zu vergrößern, werden sie aus dünner Folie hergestellt. Der Separator zwischen den Elektroden besteht aus einem Vlies, das nicht mit Alkali wechselwirkt. Der Elektrolyt selbst wird während der Reaktion nicht verbraucht.

Eine Nickel-Cadmium-Zelle erzeugt eine Spannung von etwa 1 Volt. Daher werden sie zu Batterien mit einer Energiedichte von etwa 60 Wh pro Kilogramm kombiniert.

Das Bild unten zeigt die Hauptelemente der Alkali-Nickel-Cadmium-Batterie der KL-Serie.

Der Bourne- oder Stromausgang nimmt Strom aus der Batterie auf und dient als Anschluss zum Anschließen der Batterien. Durch den Stopfen wird der Elektrolyt eingefüllt, sowie der Austritt des beim Ladevorgang entstehenden Gases. Die Verbindung der Elektroden zusammen mit den Kontaktstreifen gewährleistet die Entnahme und Versorgung von den Elektroden zum Träger. Die Kontaktstreifen sind mit den Elektroden verschweißt.

Die Elektrode ist eine horizontale Lamelle. Sie enthalten den Wirkstoff in einem perforierten Stahlband. Die Rippe verleiht der Elektrode Steifigkeit und gewährleistet den Stromfluss zum Kontaktstreifen. Elektroden unterschiedlicher Polarität werden durch einen Rahmenseparator getrennt, der die freie Zirkulation des Elektrolyten nicht behindert.

Reaktionen an den Elektroden der Ni-Cd-Batterie

Positive Elektrodenprozesse

Die wichtigsten elektrochemischen Reaktionen, die an der positiven Elektrode einer Nickel-Cadmium-Batterie ablaufen, können durch die folgenden Formeln beschrieben werden:

Während des Ladevorgangs

Ni(OH) 2 + OH – &agr; NiOOH + H 2 O + e -

Während der Entlassung

NiOOH + H 2 O + e – &agr; Ni (OH) 2 + OH -

Nickeloxid-Hydroxid (NiOOH) auf der positiven Elektrode kann in zwei Versionen vorliegen:

• β-Ni(OH) 2;
• ?-Ni (OH) 2.

Diese Formen variieren in ihrer Dichte und Hydratation. Wenn die Batterie schwach ist, sind beide dieser Formen von Nickelhydroxid an der positiven Elektrode vorhanden. Wenn eine Ni-Cd-Batterie geladen wird, wird die α-Ni (OH) 2 -Form in α-NiOOH umgewandelt. Dabei ändert sich das Kristallgitter der Substanz etwas. In der letzten Ladestufe wird α-NiOOH gebildet. Anzahl der Phasen? und? Nickelhydroxid hängt von den spezifischen Ladebedingungen ab.

Phase? baut sich bei hohen Ladegeschwindigkeiten oder bei Überladung intensiv auf. Durch die Bildung von α-NiOOH kommt es zu einer radikalen Umstrukturierung der Oxidstruktur. Zum Vergleich: die Phasendichte? ist 4,15 und Phasen? -3,85 g / cm 3. Aus diesem Grund ändert sich das Volumen der aktiven Masse der positiven Elektrode, wenn die Ni-Cd-Batterie überladen wird. Elektrochemische Eigenschaften? und? auch unterscheiden. Für die &bgr;-NiOOH-Form geht die Ladung weniger effizient durch und der Stromausnutzungsfaktor ist in diesem Fall geringer als die Form?. Die Form? hat auch ein geringeres Entladepotential und eine halb so hohe Selbstentladung wie bei ?.

Negative Elektrodenprozesse

An der negativen Elektrode einer Nickel-Cadmium-Batterie laufen folgende Reaktionen ab:

Beim Aufladen

Cd(OH) 2 + 2e? ? Cd + 2OH?

Bei der Entlassung

Cd + 2OH? ? Cd(OH) 2 + 2e?

Die Kapazität der Cadmiumelektrode in Nickel-Cadmium-Batterien übersteigt die Kapazität der positiven Elektrode um etwa 20 bis 70 Prozent. Aus diesem Grund wird davon ausgegangen, dass das Potential der negativen Elektrode während des Ladens/Entladens unverändert bleibt.

Allgemeine Prozesse in einer Ni-Cd-Batterie

In einer Nickel-Cadmium-Batterie laufen folgende Reaktionen ab:

Beim Aufladen

2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2? 2NiOOH + Cd + 2H 2 O

Bei der Entlassung

2NiOOH + Cd + 2H 2 O? 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2

Beim Aufladen findet an der positiven Elektrode folgende Reaktion statt:

2OH? ? 1 / 2O2 + H 2 O + 2e?

Das heißt, es wird Sauerstoff freigesetzt, der durch den Separator zur negativen Elektrode gelangt, und dort findet unter seiner Beteiligung folgende Reaktion statt:

1 / 2O2 + Cd + H2O? Cd (OH) 2

Als Ergebnis tritt eine geschlossene Sauerstoffreaktion auf. Dadurch wird der Druck im Nickel-Cadmium-Akku beim Überladen stabilisiert. Der Druck in der Batterie hängt stark von der Geschwindigkeit ab, mit der Sauerstoff zwischen den positiven und negativen Elektroden transportiert wird. Beim Überladen kann an der negativen Cadmiumelektrode Wasserstoff freigesetzt werden:

H 2 O + e? ? OH? + 1 / 2H 2

Es oxidiert dann an der positiven Elektrode. Die Reaktion sieht so aus:

NiOOH + 1 / 2H 2? Ni (OH) 2

Die Bildung von Wasserstoff in einer versiegelten Batterie ist ein gefährlicher Prozess. Wenn die Absorptionsrate gering ist, kann dies zu einer Akkumulation führen. Und das ist schon explosiv. Daher ist bei versiegelten Nickel-Cadmium-Batterien die Kapazität der Cadmium-Elektrode deutlich größer als die der positiven.

Die Kapazität einer solchen versiegelten Batterie wird genau durch den Kapazitätswert der Nickeloxidelektrode bestimmt.

Eigenschaften von Nickel-Cadmium (Ni-Cd)-Batterien

Die Nennspannung von versiegelten Nickel-Cadmium-Batterien beträgt 1,2 Volt. Das Aufladen mit einem Strom von 1/10 der Kapazität dauert 16 Stunden. Die Kapazität eines Ni-Cd-Akkus wird mit einem Entladestrom von 2/10 der Nennkapazität bis zu einer Spannung von einem Volt gemessen.

Das Bild unten zeigt die Entladeeigenschaften von Nickel-Cadmium-Batterien bei verschiedenen Entlademodi.

Die folgenden Grafiken zeigen die Abhängigkeit der Entladekapazität von Laststrom und Temperatur.

Die Selbstentladung von Nickel-Cadmium-Batterien hängt hauptsächlich von der thermodynamischen Instabilität der Nickeloxid-Hydroxid-Elektrode ab. Der Einfluss des Leckstroms zwischen den Elektroden auf die Selbstentladung ist gering. Aber es erhöht sich allmählich mit der Lebensdauer der Batterie. Die Wärmeentwicklung bei Ni-Cd-Batterien hängt stark vom Ladezustand ab. Nachdem die Batterie 70 Prozent ihrer Kapazität erreicht hat, wird der Sauerstoffentwicklungsprozess aktiviert. Dadurch erwärmt sich die Batterie aufgrund der Ionisierung von Sauerstoff an den negativen Elektroden. Am Ende des Ladevorgangs steigt die Temperatur im Ni-Cd-Akku um 10-15 Grad Celsius an. Wenn die Ladung im beschleunigten Modus durchgeführt wird, kann der Temperaturanstieg 40-45 Grad Celsius betragen.

Nach dem Trennen von der Ladung sinkt das Potential der positiven (Oxid-Nickel-)Elektrode und es kommt zu einem allmählichen Ladungsausgleich der Tiefen- und Oberflächenschichten. Nach einiger Zeit nimmt die Selbstentladungsintensität ab. Selbstentladung und Stabilisierung der Restkapazität können sich bei verschiedenen Serien von Ni-Cd-Akkus deutlich unterscheiden. Die Selbstentladung führt neben der Kapazitätsreduzierung auch zu einem Spannungsabfall um 0,03-0,05 Volt. Dieses Phänomen wird durch den allmählichen Ladungsausgleich in der Tiefe und an der Oberfläche der Elektrode erklärt. Außerdem wirkt sich eine partielle Passivierung der Aktivmasse aus.

Die Lagerung von Nickel-Cadmium-Batterien (sowie Blei-Säure-Batterien) bei niedrigen Temperaturen verringert die Selbstentladung. Bei 20 Grad Celsius ist die Selbstentladung doppelt so groß wie bei 0.

Das folgende Bild zeigt eine Grafik der Änderung des Kapazitätsverlusts für Nickel-Cadmium-Batterien bei verschiedenen Temperaturen.

Um die Selbstentladung während der Lagerung des Akkus auszugleichen, können Sie ihn auf Niedrigstrom laden. Typischerweise beträgt der Float-Strom das 0,03-0,05-fache der Kapazität. Der konkrete Wert wird aber vom Batteriehersteller ausgehandelt. Die Fähigkeit, einer langen Aufladung standzuhalten, ist bei Nickel-Cadmium-Batterien unterschiedlicher Bauart unterschiedlich. Alkalische Nickel-Cadmium-Plattenbatterien mit dicken Lamellenelektroden sind am wenigsten an eine Überladung angepasst. Es gibt aber auch solche Konstruktionen, die einer Aufladung mehrere Monate ohne Folgen standhalten.

Die Energieeigenschaften von Ni-Cd-Batterien unterscheiden sich ebenfalls je nach Batterietyp.

Nickel-Cadmium-Scheibenbatterien mit 2 Elektroden haben spezifische Energieeigenschaften von 15-18 Wh pro Kilogramm und 35-45 Wh pro Liter. Die gleiche Version, jedoch mit 4 Elektroden, hat die doppelte spezifische Energiecharakteristik. Bei zylindrischen Ni-Cd-Akkus liegen diese Werte bei 45 Wh pro Kilogramm und 130 Wh pro Liter.

Was beeinflusst die Entladung von Ni-Cd-Akkus?

Die Entladungseigenschaften bestimmter Modelle hängen von folgenden Eigenschaften ab:

• Dicke, Struktur, Innenwiderstand der Elektroden;
• Bestückungsdichte der Elektrodengruppen;
• Trenneigenschaften (Dicke und Struktur);
• Elektrolytvolumen;
• spezifische Konstruktionsmerkmale der Batterie.

Hochleistungs-Ni-Cd-Scheibenbatterien mit gepressten Elektroden werden unter Dauerentladungsbedingungen verwendet. In diesem Fall nehmen Kapazität und Spannung allmählich auf 1,1 Volt ab. Bei Entladung auf 1 Volt bleibt die Kapazität etwa 5-10 Prozent des Nennwertes. Solche Akkus zeigen eine signifikante Abnahme der Entladespannung und verlorenen Kapazität von Ni-Cd-Batterien mit einem Anstieg des Entladestroms auf 0,2 * C. Dies erklärt sich dadurch, dass die aktive Masse nicht die Fähigkeit besitzt, sich in unterschiedlichen Tiefen der Elektroden gleichmäßig zu entladen.

Für Akkumulatoren, die im Entladungsmodus mittlerer Intensität arbeiten, werden die Elektroden dünner gemacht und ihre Anzahl wird auf 4 erhöht. Als Ergebnis erhöht sich der Entladestrom auf 0,6 der Kapazität.

Es gibt auch sogenannte Kurzentladungsbatterien. Sie sind mit Metall-Keramik-Elektroden mit niedrigem Innenwiderstand ausgestattet. Diese Modelle haben die höchste Energieleistung unter anderen Arten von Nickel-Cadmium-Batterien. Ihre Entladespannung wird über 1,2 Volt gehalten, bis sie 90 Prozent der Batteriekapazität erschöpft haben. Diese Batterien können beim Entladen mit hohen Strömen (3-5C) verwendet werden.

Erwähnenswert sind auch zylindrische Batterien mit Rollenelektroden. Diese modernen Batterien können mit einem Strom von 7-10C lange Zeit entladen werden. An den oben dargestellten Entladungsdiagrammen können Sie erkennen, dass die Temperatur des Betriebssystems einen signifikanten Einfluss auf die Eigenschaften von Nickel-Cadmium-Batterien hat. Den höchsten Wert hat der Akku bei 20 Grad Celsius. Wenn die Temperatur steigt, ändert sie sich praktisch nicht. Beim Absenken auf 0 Grad sinkt die Kapazität jedoch umso schneller, je größer der Wert des Entladestroms ist. Diese Kapazitätsabnahme ist mit einer Abnahme der Entladespannung verbunden, die durch eine Zunahme der Polarisation und des ohmschen Widerstands verursacht wird. Durch das geringe Elektrolytvolumen erhöht sich der Widerstand.

Die Zusammensetzung des Alkalis (Elektrolyt) und seine Konzentration beeinflussen also die Eigenschaften der Batterie erheblich. Die Bildungstemperatur von Salzen, kristallinen Hydraten, Eis und anderen Elementen hängt davon ab.

Wenn der Elektrolyt eingefroren ist, ist die Entladung vollständig ausgeschlossen. Der untere Wert der Betriebstemperatur von Ni-Cd-Akkus liegt in den meisten Fällen bei minus 20 Grad Celsius. Bei einigen Batterietypen wird die Elektrolytzusammensetzung angepasst und die untere Grenze des Temperaturbereichs auf minus 40 Grad Celsius erweitert.

Was beeinflusst die Ladung von Ni-Cd-Akkus?

Beim Laden eines versiegelten Nickel-Cadmium-Akkus ist es wichtig, die Überladung zu begrenzen. Überladen erhöht den Druck im Inneren der Batterie durch die Freisetzung von Sauerstoff. Die Effizienz der Stromnutzung nimmt also ab, wenn wir uns der 100. Ladung nähern.

In der Abbildung unten sehen Sie die Diagramme, die die Abhängigkeit der Kapazität während der Entladung einer zylindrischen Batterie charakterisieren.

Ni-Cd-Akkus können in einem Temperaturbereich von 0-40 Grad Celsius geladen werden. Das empfohlene Intervall beträgt 10-30 Grad. Die Sauerstoffaufnahme an der Cadmiumelektrode verlangsamt sich mit sinkender Temperatur, was zu einem Druckanstieg führt. Ist die Temperatur höher als die empfohlene, dann steigt das Potential und es beginnt sehr früh an der positiven Oxid-Nickel-Elektrode Sauerstoff zu entwickeln. Bei gleicher Temperatur wird Sauerstoff umso aktiver freigesetzt, je größer der Ladestrom ist. In diesem Fall bleibt die Sauerstoffaufnahmerate nahezu unverändert. Dieser Wert hängt vom Design der Batterie bzw. vom Sauerstofftransport von der positiven zur negativen Cadmiumelektrode ab. Dies wird beeinflusst durch die Dichte der Anordnung, die Dicke, die Struktur der Elektroden sowie das Material des Separators und das Volumen des Elektrolyten.

Je geringer die Dicke der Elektroden und je höher die Dichte ihrer Anordnung, desto effizienter ist der Ladevorgang. Zylindrische Rollenbatterien sind in dieser Hinsicht am effektivsten. Bei ihnen bleibt die Ladeeffizienz nahezu unverändert, wenn sich der Strom von 0,1 auf 1C ändert. Die Standardhersteller nennen den Lademodus, wodurch ein Akku mit einer Spannung von 1 Volt in 16 Stunden mit einem Strom von 0,1 der Kapazität vollständig aufgeladen wird. Einige Modelle benötigen in diesem Modus 14 Stunden zum Aufladen. Spezifische Indikatoren hängen bereits von den Konstruktionsmerkmalen und dem Volumen der aktiven Masse ab.

All dies gilt für eine galvanostatische Aufladung. Dies ist eine Ladung mit konstanter Stromstärke. Die Aufladung kann aber auch mit einer sanften oder schrittweisen Abnahme der Stromstärke in der Endphase des Aufladens erfolgen. Dann kann in der Anfangsphase der Strom viel höher als der Standardwert von 0,1 der Kapazität eingestellt werden. Oftmals besteht ein echter Bedarf, die Ladegeschwindigkeit zu erhöhen. Das Problem wird durch die Verwendung von Batterien gelöst, deren Eigenschaften es ermöglichen, eine Ladung mit hoher Stromdichte effizient zu empfangen. Der Strom wird während des gesamten Ladevorgangs konstant gehalten. Auch die Kontrollsysteme werden verbessert, um ein Überladen der Batterie zu verhindern.

Zylindrische Nickel-Cadmium-Akkus werden normalerweise in folgenden Modi geladen:

• 6-7 Stunden mit einem Strom von 0,2 aus der Kapazität;
• 3-4 Stunden mit einem Strom von 0,3 aus der Kapazität.

Beim Beschleunigen wird nicht empfohlen, eine Aufladung von mehr als 120-140 Prozent zuzulassen. Dann wird die Kapazität nicht weniger als die Nennleistung bereitgestellt. Ni-Cd-Akkus für den High-Speed-Betrieb werden noch schneller geladen (ca. eine Stunde). Im letzteren Fall ist jedoch eine Spannungs- und Temperatursteuerung erforderlich. Andernfalls kann aufgrund des schnellen Druckanstiegs der Abbauprozess der Akkumulatoren beginnen.

Nachdem die Ladung in einer versiegelten Batterie abgeschlossen ist, setzt sich die Sauerstoffentwicklung aufgrund der Oxidation von Hydroxylionen an der positiven Elektrode fort. Aufgrund des Selbstentladungsprozesses nimmt das Potential ab und der Prozess der Sauerstoffentwicklung nimmt allmählich ab und wird gleich seiner Absorption an der Cadmiumelektrode. Dann sinkt der Druck. Darüber, unter dem angegebenen Link im Detail zerlegt.

Betrieb von Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cd)

Nach und nach treten während des Betriebs von Nickel-Cadmium-Batterien Veränderungen auf, die sich auf ihre Leistung auswirken. Diese Änderungen verursachen einen allmählichen Abfall der Batteriespannung und eine Abnahme ihrer Entladekapazität.

Welche Faktoren führen zum Ausfall von Ni-Cd-Akkus:

• Reduzierung der Arbeitsfläche der Elektroden;
• Verlust der aktiven Masse der Elektroden;
• Veränderungen der Zusammensetzung und des Volumens des alkalischen Elektrolyten sowie seiner Umverteilung in der Batterie;
• das Auftreten von Undichtigkeiten entlang der Leiter, die durch das Wachstum von Cadmiumdendriten verursacht werden;
• Prozesse, die mit dem irreversiblen Verbrauch von Wasser und Sauerstoff verbunden sind;
• Zerfall organischer Stoffe.

Veränderungen der positiven Elektrode (Nickeloxid)

Nach einer bestimmten, ausreichend großen Anzahl von Zyklen ändert sich die Dichte der aktiven Masse der positiven Elektrode. Es tritt das sogenannte Quellen der Nickeloxid-Elektrode auf. Außerdem nimmt seine Festigkeit ab. Dadurch nimmt die Qualität des Kontakts der Aktivmasse mit der Elektrodenbasis ab. Dadurch sinkt die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode und die Kapazität der Batterie sinkt.

Die Abnahme der Stärke der positiven Elektrode wird hauptsächlich durch regelmäßiges Überladen verursacht. Damit einher geht, wie oben erwähnt, die Freisetzung von Sauerstoff im verschlossenen Batteriegehäuse. Bei Batterien mit Metall-Keramik-Elektroden werden diese Veränderungen in deutlich geringerem Maße beobachtet. Beim Betrieb von Nickel-Cadmium-Batterien wird eine Zunahme der Kristalle der aktiven Masse beobachtet. Dies führt zu einer Verringerung der Arbeitsfläche der Elektroden und zu einem Abfall der Kapazität.

Veränderungen der negativen Elektrode (Cadmium)

An der Cadmiumelektrode ist der Hauptprozess, der ihren Abbau verursacht, die Wanderung der aktiven Masse. Bei einer lange genutzten Ni-Cd-Batterie befindet sich die aktive Masse der negativen Elektrode sowohl im Separator als auch auf der positiven Elektrode. Als Ergebnis wird ein Verlust an aktiver Masse sowie ein Blockieren der Oberflächenschicht der negativen Elektrode beobachtet.

Dies beeinträchtigt den Zugang des alkalischen Elektrolyten in die Tiefe der Elektrode. Dadurch steigt der Innenwiderstand der Batterie. Die Wanderung der aktiven Masse und das Wachstum von Dendriten durch den Separator zur positiven Elektrode führen zu Kurzschlüssen und einer erhöhten Selbstentladung. Wie bei der Nickeloxid-Elektrode werden auch bei der Cadmium-Elektrode Kristalle größer und die aktive Masse quillt.

Auch andere irreversible Prozesse verkürzen die Lebensdauer einer Nickel-Cadmium-Batterie. Insbesondere aufgrund des hohen Oxidationspotentials der positiven Elektrode werden an dieser organische Verunreinigungen oxidiert. Dies sind spezielle stabilisierende und aktivierende Additive in diesem Batterietyp. Die Cermetbasis der Elektrode verbraucht bei ihrer Oxidation Wasser und setzt Nickelhydroxid (Ni (OH) 2) frei.

Auch eine Druckerhöhung im Nickel-Cadmium-Akkumulator wirkt sich nachteilig auf den Zustand des Akkumulators aus. Wenn die Kapazität der Cadmiumelektrode abnimmt, ändert sich das Gleichgewicht der Kapazitäten der positiven und negativen Platten. Dadurch werden Bedingungen für die Wasserstoffentwicklung geschaffen. Bei niedriger Rekombinationsrate beginnt sich Wasserstoff anzusammeln und es droht ein starker Druckanstieg. Dies ist häufig beim Schnellladen der Fall. Bei prismatischen und Scheibenmodellen von Ni-Cd-Akkus kann sich das Gehäuse unter erhöhtem Druck verformen. Die Dichtheit kann aufrechterhalten werden, jedoch wird die Bestückungsdichte verletzt, der Innenwiderstand der Batterie steigt und die Entladespannung sinkt.

Es sei daran erinnert, dass sich Wasserstoff auch ansammelt, wenn die Batterie kontinuierlich auf 0 Volt entladen wird. Darüber hinaus befindet sich im Inneren der Batterie Stickstoff, der beim Verschließen dorthin gelangt. Im Inneren werden die Nitrate im Elektrolyten also immer noch wiederhergestellt. Es verursacht auch eine Druckerhöhung. Alkalische Nickel-Cadmium-Batterien verfügen über ein Notventil zur Druckentlastung. Dies geschieht jedoch nur einmal, da im chemischen Element irreversible Veränderungen auftreten.

Auch der alkalische Elektrolyt trägt zum Leistungsabfall der Ni-Cd-Batterie bei. Genauer gesagt, eine Änderung seiner Zusammensetzung und seines Volumens. Durch Strukturveränderungen und Aufquellen der Elektroden wird der Elektrolyt entzogen. Dadurch steigt der Innenwiderstand der Batterie. Die Elektrolytzusammensetzung ändert sich allmählich. Gegenüber dem Ausgangszustand kann das Volumen der Carbonate deutlich ansteigen. Die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten sinkt und die Batterieleistung verschlechtert sich beim Entladen. Dies macht sich besonders bei niedrigen Temperaturen bemerkbar.

Wie wirken sich Betrieb und Temperatur auf den Abbauprozess aus?

Die Temperatur ist einer der wichtigsten Faktoren, die den Abbauprozess einer Nickel-Cadmium-Batterie beeinflussen. Wenn die Temperatur alle zehn Grad ansteigt, werden chemische Prozesse zwei- bis viermal beschleunigt.

Der Temperatureinfluss wird mit steigendem Ladestrom noch stärker, da sich die Batterie bei Überladung erwärmt. Die Abnahme der Kapazität des Cadmiumelektrolyten bei niedrigen Temperaturen wird die Abnahme der Kapazität der positiven Elektrode übersteigen. Dies erlegt der Verwendung von Batterien in den nördlichen Regionen einige Einschränkungen auf. In einer solchen Situation nimmt die Geschwindigkeit der Wasserstoffentwicklung während des Ladens zu.

Der Abbauprozess von Nickel-Cadmium-Batterien wird stark von der Betriebsweise beeinflusst. Was beinhaltet dies:

• Tiefen- und Entladungsmodus;
• Lademodus;
• Zeitintervall mit Laden und Entladen (wenn das Radfahren kontinuierlich ist);
• Lager- und Betriebszeiten.

In der Grafik unten sehen Sie die Batterielebensdauer in Zyklen in Abhängigkeit von der Entladetiefe.

Es ist zu beachten, dass Ni-Cd-Akkus eine ziemlich hohe Beständigkeit gegen versehentliches Überladen haben. Wenn die Tiefentladung selten auftritt, rekombiniert der Wasserstoff leicht. Wenn die Polarisation entfernt wird, wird die Batteriespannung wiederhergestellt.

Beim ständigen Aufladen von Nickel-Cadmium-Batterien muss ein Strom von 0,03 bis 0,05 der Nennkapazität bereitgestellt werden. Wird der Akku ständig in diesem Modus betrieben, wirkt sich neben dem aktuellen Wert auch die Betriebssystemtemperatur aus. Mit steigender Temperatur steigt die Sauerstoffproduktion. Dies beschleunigt den Batterieabbau. Um mit kontinuierlicher Aufladung (Temperatur 50-55 Grad Celsius) zu funktionieren, wurden spezielle Modelle von zylindrischen Batterien erstellt. Sie verfügen über Rollenelektroden mit einer Lebensdauer von mindestens 4 Jahren. Bei diesen Batterien wurde die Elektrolytzusammensetzung angepasst und Vorbereitungen getroffen, um die Absorption von Gasen zu beschleunigen.

Wenn Sie einen Ni-Cd-Akku nach längerem Aufladen entladen, ist seine Kapazität etwas geringer als die eines neu aufgeladenen Akkus. Dieses Phänomen ist jedoch vorübergehend und die Kapazität normalisiert sich nach mehreren Lade-Entlade-Zyklen.

Kennzeichnung von Alkali-Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cd)

Die Kennzeichnung von Ni-Cd-Akkus kann wie folgt aussehen:

40 NK, K, L, H; 250 P (P), K

Die Symbole weisen auf Folgendes hin:

• 40 ist die Anzahl der Batterien in einer Batterie oder einem Batteriesatz;
• NK, K - Nickel-Cadmium-Batterietyp (Bezeichnung NK entspricht TU 16-90 ILVE.563330.001TU, Bezeichnung K entspricht IEC 623, GOST R IEC 60623-2002);
• L, H - Typ der Ni-Cd-Batterie in Abhängigkeit vom Entlademodus (L - langer Entlademodus, H - kurzer Entlademodus);
• 250 - Wert der Nennkapazität (Amperestunden);
• R (P) - Kunststoffversion des Speicherbatterietanks;
• K - Rahmendesign des Akkupacks.

Vor- und Nachteile von Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cd)

Erinnern wir uns abschließend noch kurz an die Vor- und Nachteile von Nickel-Cadmium-Batterien.

Vorteile von Ni-Cd-Akkus

• Eine große Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen (mehr als 1000);
• Lange Haltbarkeit unabhängig vom Ladezustand;
• Schnelle und einfache Möglichkeit zum Aufladen;
• Widerstehen Sie ernsthaftem Stress;
• Es ist möglich bei niedrigen Temperaturen zu arbeiten;
• Gut geeignet für raue Umgebungen;
• Behalten Sie die Kapazität bei niedrigen Temperaturen bei;
• Sind preiswert.

Nachteile von Ni-Cd-Akkus

• Memory-Effekt und die Notwendigkeit, ihn zu beseitigen;
• Ausreichend hohe Selbstentladung;
• Geringe Energiedichte im Vergleich zu anderen Akkutypen;
• Toxizität der Materialien. Dies gilt insbesondere für Cadmium. In einer Reihe von Ländern ist die Herstellung und Verwendung solcher Batterien verboten. Für ihre Entsorgung sind spezielle Geräte und Technologien erforderlich.

Das war alles, was ich Ihnen an dieser Stelle zu Nickel-Cadmium-Batterien sagen wollte. Wenn Sie Fragen oder Ergänzungen zum Thema haben, dann hinterlassen Sie diese in den Kommentaren.

Alles über Nickel-Cadmium-Batterien: Eigenschaften, Bedienung, Vor- und Nachteile

Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cd) sind derzeit noch weit verbreitet in der Volkswirtschaft. Sie gehören konstruktionsbedingt zur Gruppe der Alkalibatterien. Diese Batterien sind gefragt, obwohl ihre Herstellung und Verwendung aus Umweltgründen eingeschränkt sind (Cadmium ist eine giftige Substanz). Es ist jedoch unmöglich, vollständig darauf zu verzichten, da diese wiederaufladbaren Batterien in Geräten verwendet werden, in denen andere Batterien nicht funktionieren. Dies ist insbesondere der Betrieb mit großen Entlade- und Ladeströmen. Dies sind relativ wartungsfreundliche Geräte mit einer langen Lebensdauer. Daher verdienen sie eine Betrachtung in einem separaten Artikel.

Die erste Nickel-Cadmium-Batterie wurde 1899 von Waldmar Jungner entwickelt. Aber damals war die Herstellung dieser Alkaline-Batterien deutlich teurer als andere Batterietypen. Damit geriet diese Erfindung für eine Weile in Vergessenheit. 1932 wurde ein Verfahren zur Abscheidung eines Aktivmaterials auf einer porösen Nickelelektrode entwickelt. Dies rückte die Einführung industrieller Ni-Cd-Batterien näher.

Im Jahr 1947 wurden eine Reihe von Arbeiten durchgeführt, bei denen die beim Laden freigesetzten Gase ohne deren Entfernung rekombiniert wurden. Als Ergebnis wurden versiegelte Ni-Cd-Akkus geboren, die noch heute verwendet werden. Unter den Herstellern von Nickel-Cadmium-Batterien sind so große Unternehmen wie GP Batteries, Samsung, Warta, GAZ, Konnoc, Advanced Battery Factory, Panasonic, Metabo, Ansmann und andere zu nennen.

Trotz ihres breiten Einsatzes in der Volkswirtschaft in den letzten Jahrzehnten schränken Nickel-Cadmium-Batterien ihren Anwendungsbereich sukzessive ein. Sie werden nach und nach von Nickel-Metallhydrid- und Lithiumbatterien verdrängt.

Anwendungen für Nickel-Cadmium (Ni-Cd)-Batterien

Nickel-Cadmium-Batterien mit kleinen Abmessungen werden in technischen Geräten verwendet, die für ihren Betrieb einen hohen Strom benötigen. Unter diesen Bedingungen liefern Ni-Cd-Akkus eine stabile Leistung und überhitzen im Gegensatz zu anderen Akkutypen nicht. Nickel-Cadmium-Batterien sind weit verbreitet in Trolleybussen, Straßenbahnen, als Traktionsbatterien in Elektroautos gibt es industrielle Ni-Cd-Batterien. Darüber hinaus haben sie eine breite Anwendung im See- und Flusstransport gefunden.

Ni-Cd-Akkus finden sich in Hubschraubern und Flugzeugen als Bordakkus, in tragbaren Werkzeugen (Schraubendreher, Bohrhammer etc.). Lithiumbatterien werden jedoch immer häufiger in Werkzeugen verwendet. Nickel-Cadmium-Akkus können in tragbaren Geräten mit hohem Stromverbrauch noch nicht ersetzt werden. Obwohl sie in einigen Geräten erfolgreich ersetzt werden, die kein schädliches Cadmium enthalten.

Ni-Cd-Scheibenbatterien sind weit verbreitet. Diese Variante wurde häufig als Batterie verwendet, um nichtflüchtige Speicher in den ersten Personalcomputern mit Strom zu versorgen. Sie waren mit dem Mainboard verkabelt. Später wurden sie durch Lithiumbatterien ersetzt. Festplattenbatterien wurden auch häufig in Kameras, Blitzgeräten, Taschenrechnern, Taschenlampen, Radios, Hörgeräten usw. verwendet.

Ni-Cd-Akkus sind lange lagerfähig, wartungsfreundlich, unempfindlich gegenüber niedrigen Temperaturen, haben einen geringen Innenwiderstand und ein geringes spezifisches Gewicht. All dies überwiegt bisher den negativen Punkt, der mit dem Vorhandensein von giftigem Cadmium in ihnen verbunden ist. Nickel-Cadmium-Batterien dominieren nach wie vor in der Luftfahrt, in militärischer Ausrüstung und in Mobilfunkgeräten. Außerdem können Sie das Material darüber lesen, wie Ni─Cd reduziert wird.

Nickel-Cadmium-Akku (Ni-Cd) Gerät

Design der Ni-Cd-Batterie

Strukturell ist eine Nickel-Cadmium-Batterie eine positive und negative Elektrode, die durch einen Separator getrennt sind. Sie werden in einen alkalischen Elektrolyten getaucht und sind alle in einem versiegelten Metallgehäuse eingeschlossen. Die positive Elektrode enthält NiOOH (Nickeloxid-Hydroxid). Das Negativ enthält Cadmium (Cd) in der Verbindung. Als Elektrolyt dient die KOH-Lösung (Kaliumhydroxid). Es ist ein starkes, geruchloses Alkali. Die Vorteile von KOH sind, dass der Stoff weder explosiv noch brennbar ist. Der Massenanteil von KOH im Elektrolyten nach GOST R 50711-94 muss mindestens 85 Prozent in fester und mindestens 45 Prozent in flüssiger Form betragen.

Um die Oberfläche der Elektroden zu vergrößern, werden sie aus dünner Folie hergestellt. Der Separator zwischen den Elektroden besteht aus einem Vlies, das nicht mit Alkali wechselwirkt. Der Elektrolyt selbst wird während der Reaktion nicht verbraucht.

Eine Nickel-Cadmium-Zelle erzeugt eine Spannung von etwa 1 Volt. Daher werden sie zu Batterien mit einer Energiedichte von etwa 60 Wh pro Kilogramm kombiniert.

Das Bild unten zeigt die Hauptelemente der Alkali-Nickel-Cadmium-Batterie der KL-Serie.

Der Bourne- oder Stromausgang nimmt Strom aus der Batterie auf und dient als Anschluss zum Anschließen der Batterien. Durch den Stopfen wird der Elektrolyt eingefüllt, sowie der Austritt des beim Ladevorgang entstehenden Gases. Die Verbindung der Elektroden zusammen mit den Kontaktstreifen gewährleistet die Entnahme und Versorgung von den Elektroden zum Träger. Die Kontaktstreifen sind mit den Elektroden verschweißt.

Die Elektrode ist eine horizontale Lamelle. Sie enthalten den Wirkstoff in einem perforierten Stahlband. Die Rippe verleiht der Elektrode Steifigkeit und gewährleistet den Stromfluss zum Kontaktstreifen. Elektroden unterschiedlicher Polarität werden durch einen Rahmenseparator getrennt, der die freie Zirkulation des Elektrolyten nicht behindert.

Reaktionen an den Elektroden der Ni-Cd-Batterie

Positive Elektrodenprozesse

Die wichtigsten elektrochemischen Reaktionen, die an der positiven Elektrode einer Nickel-Cadmium-Batterie ablaufen, können durch die folgenden Formeln beschrieben werden:

Während des Ladevorgangs

Ni (OH) 2 + OH - ⇒ NiOOH + H 2 O + e -

Während der Entlassung

NiOOH + H 2 O + e - Ni (OH) 2 + OH -

Nickeloxid-Hydroxid (NiOOH) auf der positiven Elektrode kann in zwei Versionen vorliegen:

• α-Ni (OH) 2;
• β-Ni (OH) 2.

Diese Formen variieren in ihrer Dichte und Hydratation. Wenn die Batterie schwach ist, sind beide dieser Formen von Nickelhydroxid an der positiven Elektrode vorhanden. Wenn die Ni-Cd-Batterie geladen wird, wird die β-Ni (OH) 2 -Form in β-NiOOH umgewandelt. Dabei ändert sich das Kristallgitter der Substanz etwas. In der letzten Ladestufe wird γ-NiOOH gebildet. Die Anzahl der β- und γ-Phasen von Nickelhydroxid hängt von den spezifischen Ladebedingungen ab.

Die γ-Phase wird bei hoher Laderate oder bei Überladung intensiv gebildet. Durch die Bildung von γ-NiOOH kommt es zu einer radikalen Umstrukturierung der Oxidstruktur. Zum Vergleich: Die Dichte der β-Phase beträgt 4,15 und die der γ ─ 3,85 g/cm 3 -Phase. Aus diesem Grund ändert sich das Volumen der aktiven Masse der positiven Elektrode, wenn die Ni-Cd-Batterie überladen wird. Auch die elektrochemischen Eigenschaften von β und γ sind unterschiedlich. Bei der γ-NiOOH-Form verläuft die Ladung weniger effizient und die Stromausnutzung ist in diesem Fall geringer als bei der β-Form. Form γ hat auch ein niedrigeres Entladungspotential und die Selbstentladung ist halb so groß wie die von β.

Negative Elektrodenprozesse

An der negativen Elektrode einer Nickel-Cadmium-Batterie laufen folgende Reaktionen ab:

Beim Aufladen

Cd (OH) 2 + 2e - ⇒ Cd + 2OH -

Bei der Entlassung

Cd + 2OH - ⇒ Cd (OH) 2 + 2e -

Die Kapazität der Cadmiumelektrode in Nickel-Cadmium-Batterien übersteigt die Kapazität der positiven Elektrode um etwa 20-70 Prozent. Aus diesem Grund wird davon ausgegangen, dass das Potential der negativen Elektrode während des Ladens/Entladens unverändert bleibt.

Eigenschaften von Nickel-Cadmium (Ni-Cd)-Batterien

Die Nennspannung von versiegelten Nickel-Cadmium-Batterien beträgt 1,2 Volt. Das Aufladen mit einem Strom von 1/10 der Kapazität dauert 16 Stunden. Die Kapazität eines Ni-Cd-Akkus wird mit einem Entladestrom von 2/10 der Nennkapazität bis zu einer Spannung von einem Volt gemessen.

Das Bild unten zeigt die Entladeeigenschaften von Nickel-Cadmium-Batterien bei verschiedenen Entlademodi.

Die folgenden Grafiken zeigen die Abhängigkeit der Entladekapazität von Laststrom und Temperatur.

Die Selbstentladung von Nickel-Cadmium-Batterien hängt hauptsächlich von der thermodynamischen Instabilität der Nickeloxid-Hydroxid-Elektrode ab. Der Einfluss des Leckstroms zwischen den Elektroden auf die Selbstentladung ist gering. Aber es erhöht sich allmählich mit der Lebensdauer der Batterie. Die Wärmeentwicklung bei Ni-Cd-Batterien hängt stark vom Ladezustand ab. Nachdem die Batterie 70 Prozent ihrer Kapazität erreicht hat, wird der Sauerstoffentwicklungsprozess aktiviert. Dadurch erwärmt sich die Batterie aufgrund der Ionisierung von Sauerstoff an den negativen Elektroden. Am Ende des Ladevorgangs steigt die Temperatur im Ni-Cd-Akku um 10-15 Grad Celsius an. Wenn die Ladung im beschleunigten Modus durchgeführt wird, kann der Temperaturanstieg 40-45 Grad Celsius betragen.

Nach dem Trennen von der Ladung sinkt das Potential der positiven (Oxid-Nickel-)Elektrode und es kommt zu einem allmählichen Ladungsausgleich der Tiefen- und Oberflächenschichten. Nach einiger Zeit nimmt die Selbstentladungsintensität ab. Selbstentladung und Stabilisierung der Restkapazität können sich bei verschiedenen Serien von Ni-Cd-Akkus deutlich unterscheiden. Die Selbstentladung führt neben der Kapazitätsreduzierung auch zu einem Spannungsabfall um 0,03-0,05 Volt. Dieses Phänomen wird durch den allmählichen Ladungsausgleich in der Tiefe und an der Oberfläche der Elektrode erklärt. Außerdem wirkt sich eine partielle Passivierung der Aktivmasse aus.

Die Lagerung von Nickel-Cadmium-Batterien (sowie Blei-Säure-Batterien) bei niedrigen Temperaturen verringert die Selbstentladung. Bei 20 Grad Celsius ist die Selbstentladung doppelt so groß wie bei 0.

Das folgende Bild zeigt eine Grafik der Änderung des Kapazitätsverlusts für Nickel-Cadmium-Batterien bei verschiedenen Temperaturen.

Um die Selbstentladung während der Lagerung des Akkus auszugleichen, können Sie ihn auf Niedrigstrom laden. Typischerweise beträgt der Float-Strom das 0,03-0,05-fache der Kapazität. Der konkrete Wert wird aber vom Batteriehersteller ausgehandelt. Die Fähigkeit, einer langen Aufladung standzuhalten, ist bei Nickel-Cadmium-Batterien unterschiedlicher Bauart unterschiedlich. Alkalische Nickel-Cadmium-Plattenbatterien mit dicken Lamellenelektroden sind am wenigsten an eine Überladung angepasst. Es gibt aber auch solche Konstruktionen, die einer Aufladung mehrere Monate ohne Folgen standhalten.

Die Energieeigenschaften von Ni-Cd-Batterien unterscheiden sich ebenfalls je nach Batterietyp.

Nickel-Cadmium-Scheibenbatterien mit 2 Elektroden haben spezifische Energieeigenschaften von 15-18 Wh pro Kilogramm und 35-45 Wh pro Liter. Die gleiche Version, jedoch mit 4 Elektroden, hat die doppelte spezifische Energiecharakteristik. Bei zylindrischen Ni-Cd-Akkus liegen diese Werte bei 45 Wh pro Kilogramm und 130 Wh pro Liter.

Was beeinflusst die Entladung von Ni-Cd-Akkus?

Die Entladungseigenschaften bestimmter Modelle hängen von folgenden Eigenschaften ab:

• Dicke, Struktur, Innenwiderstand der Elektroden;
• Bestückungsdichte der Elektrodengruppen;
• Trenneigenschaften (Dicke und Struktur);
• Elektrolytvolumen;
• spezifische Konstruktionsmerkmale der Batterie.

Hochleistungs-Ni-Cd-Scheibenbatterien mit gepressten Elektroden werden unter Dauerentladungsbedingungen verwendet. In diesem Fall nehmen Kapazität und Spannung allmählich auf 1,1 Volt ab. Bei Entladung auf 1 Volt bleibt die Kapazität etwa 5-10 Prozent des Nennwertes. Solche Akkus zeigen eine signifikante Abnahme der Entladespannung und verlorenen Kapazität von Ni-Cd-Batterien mit einem Anstieg des Entladestroms auf 0,2 * C. Dies erklärt sich dadurch, dass die aktive Masse nicht die Fähigkeit besitzt, sich in unterschiedlichen Tiefen der Elektroden gleichmäßig zu entladen.

Für Akkumulatoren, die im Entladungsmodus mittlerer Intensität arbeiten, werden die Elektroden dünner gemacht und ihre Anzahl wird auf 4 erhöht. Als Ergebnis erhöht sich der Entladestrom auf 0,6 der Kapazität.

Es gibt auch sogenannte Kurzentladungsbatterien. Sie sind mit Metall-Keramik-Elektroden mit niedrigem Innenwiderstand ausgestattet. Diese Modelle haben die höchste Energieleistung unter anderen Arten von Nickel-Cadmium-Batterien. Ihre Entladespannung wird über 1,2 Volt gehalten, bis sie 90 Prozent der Batteriekapazität erschöpft haben. Diese Batterien können beim Entladen mit hohen Strömen (3 - 5C) verwendet werden.

Erwähnenswert sind auch zylindrische Batterien mit Rollenelektroden. Diese modernen Batterien können mit einem Strom von 7-10C lange Zeit entladen werden. An den oben dargestellten Entladungsdiagrammen können Sie erkennen, dass die Temperatur des Betriebssystems einen signifikanten Einfluss auf die Eigenschaften von Nickel-Cadmium-Batterien hat. Den höchsten Wert hat der Akku bei 20 Grad Celsius. Wenn die Temperatur steigt, ändert sie sich praktisch nicht. Beim Absenken auf 0 Grad sinkt die Kapazität jedoch umso schneller, je größer der Wert des Entladestroms ist. Diese Kapazitätsabnahme ist mit einer Abnahme der Entladespannung verbunden, die durch eine Zunahme der Polarisation und des ohmschen Widerstands verursacht wird. Durch das geringe Elektrolytvolumen erhöht sich der Widerstand.

Die Zusammensetzung des Alkalis (Elektrolyt) und seine Konzentration beeinflussen also die Eigenschaften der Batterie erheblich. Die Bildungstemperatur von Salzen, kristallinen Hydraten, Eis und anderen Elementen hängt davon ab.

Wenn der Elektrolyt eingefroren ist, ist die Entladung vollständig ausgeschlossen. Der untere Wert der Betriebstemperatur von Ni-Cd-Akkus liegt in den meisten Fällen bei minus 20 Grad Celsius. Bei einigen Batterietypen wird die Elektrolytzusammensetzung angepasst und die untere Grenze des Temperaturbereichs auf minus 40 Grad Celsius erweitert.

Was beeinflusst die Ladung von Ni-Cd-Akkus?

Beim Laden eines versiegelten Nickel-Cadmium-Akkus ist es wichtig, die Überladung zu begrenzen. Überladen erhöht den Druck im Inneren der Batterie durch die Freisetzung von Sauerstoff. Die Effizienz der Stromnutzung nimmt also ab, wenn wir uns der 100. Ladung nähern.

In der Abbildung unten sehen Sie die Diagramme, die die Abhängigkeit der Kapazität während der Entladung einer zylindrischen Batterie charakterisieren.

Ni-Cd-Akkus können in einem Temperaturbereich von 0-40 Grad Celsius geladen werden. Das empfohlene Intervall beträgt 10-30 Grad. Die Sauerstoffaufnahme an der Cadmiumelektrode verlangsamt sich mit sinkender Temperatur, was zu einem Druckanstieg führt. Ist die Temperatur höher als die empfohlene, dann steigt das Potential und es beginnt sehr früh an der positiven Oxid-Nickel-Elektrode Sauerstoff zu entwickeln. Bei gleicher Temperatur wird Sauerstoff umso aktiver freigesetzt, je größer der Ladestrom ist. In diesem Fall bleibt die Sauerstoffaufnahmerate nahezu unverändert. Dieser Wert hängt vom Design der Batterie bzw. vom Sauerstofftransport von der positiven zur negativen Cadmiumelektrode ab. Dies wird beeinflusst durch die Dichte der Anordnung, die Dicke, die Struktur der Elektroden sowie das Material des Separators und das Volumen des Elektrolyten.

Je geringer die Dicke der Elektroden und je höher die Dichte ihrer Anordnung, desto effizienter ist der Ladevorgang. Zylindrische Rollenbatterien sind in dieser Hinsicht am effektivsten. Bei ihnen bleibt die Ladeeffizienz nahezu unverändert, wenn sich der Strom von 0,1 auf 1C ändert. Die Standardhersteller nennen den Lademodus, wodurch ein Akku mit einer Spannung von 1 Volt in 16 Stunden mit einem Strom von 0,1 der Kapazität vollständig aufgeladen wird. Einige Modelle benötigen in diesem Modus 14 Stunden zum Aufladen. Spezifische Indikatoren hängen bereits von den Konstruktionsmerkmalen und dem Volumen der aktiven Masse ab.

All dies gilt für eine galvanostatische Aufladung. Dies ist eine Ladung mit konstanter Stromstärke. Die Aufladung kann aber auch mit einer sanften oder schrittweisen Abnahme der Stromstärke in der Endphase des Aufladens erfolgen. Dann kann in der Anfangsphase der Strom viel höher als der Standardwert von 0,1 der Kapazität eingestellt werden. Oftmals besteht ein echter Bedarf, die Ladegeschwindigkeit zu erhöhen. Das Problem wird durch die Verwendung von Batterien gelöst, deren Eigenschaften es ermöglichen, eine Ladung mit hoher Stromdichte effizient zu empfangen. Der Strom wird während des gesamten Ladevorgangs konstant gehalten. Auch die Kontrollsysteme werden verbessert, um ein Überladen der Batterie zu verhindern.

Zylindrische Nickel-Cadmium-Akkus werden normalerweise in folgenden Modi geladen:

• 6-7 Stunden mit einem Strom von 0,2 aus der Kapazität;
• 3 - 4 Stunden mit einem Strom von 0,3 der Kapazität.

Beim Beschleunigen wird nicht empfohlen, eine Aufladung von mehr als 120-140 Prozent zuzulassen. Dann wird die Kapazität nicht weniger als die Nennleistung bereitgestellt. Ni-Cd-Akkus für den High-Speed-Betrieb werden noch schneller geladen (ca. eine Stunde). Im letzteren Fall ist jedoch eine Spannungs- und Temperatursteuerung erforderlich. Andernfalls kann aufgrund des schnellen Druckanstiegs der Abbauprozess der Akkumulatoren beginnen.

Nachdem die Ladung in einer versiegelten Batterie abgeschlossen ist, setzt sich die Sauerstoffentwicklung aufgrund der Oxidation von Hydroxylionen an der positiven Elektrode fort. Aufgrund des Selbstentladungsprozesses nimmt das Potential ab und der Prozess der Sauerstoffentwicklung nimmt allmählich ab und wird gleich seiner Absorption an der Cadmiumelektrode. Dann sinkt der Druck. Darüber, unter dem angegebenen Link im Detail zerlegt.

Der nespokoyniy-Kanal erzählte, wie man eine leere Batterie wiederherstellt, die auf einem Schraubendreher installiert ist. In unserem Fall ein Nickel-Cadmium-Akku. In diesem chinesischen Geschäft können Sie alles, was Sie zur Genesung benötigen, versandkostenfrei kaufen.
Zerlegte Boxen-Boxen. So sehen sie aus.

Ich habe mich für eine Wiederherstellung entschieden, da der Nickel-Cadmium-Akku nicht geladen ist. Der Grund ist, dass mehrere Dosen nicht an Kapazität gewinnen und dementsprechend der gesamte Akku nicht aufgeladen wird, es gibt keine Arbeit. Der Akku hat 1300 Kapazität. Ich habe versucht, ein Glas mit diesem Gerät nacheinander aufzuladen. Angeschaut, wie viel jeder berechnet wird. In diesem Fall, wenn die oberste Bank 1781, 1888 unterzeichnet hat, ist dies trotz der Tatsache, dass der Kurs von 1300 geschrieben ist. Bei einigen 68, 73, 50 sind andere normal 1340, 1359. Einige sind normal, andere übernehmen nicht die Verantwortung.

Batterie oder eine beliebige Quelle von ungefähr 12 Volt. Auf meinen Knien habe ich 2 Kabel plus oder minus gewickelt und wir machen den sogenannten Start der Batterie. Auf dem 1,2-Volt-Glas berühren wir die Verkabelung. Es gibt einen kleinen Klick, für eine Sekunde entfernen. Wir machen das 3-4 mal.
Danach beginnen wir mit dem Laden auf neue Weise vom IMAX B6. Momentan wird eine Gebühr erhoben. Anscheinend hat 1382 schon in etwa 1,5 Stunden getippt. 1383, 1,76 Volt, entscheidet der Prozessor, wie viel Spannung er abgibt. Erst programmieren wir, dann setzen wir. Eine Dose von 1,2 Volt, aufladend. Der, der 1387 gewählt hat, nimmt nicht mehr. Anfänglich ist 71. Grob gesagt 1400. Nach einem solchen Start eine kurze Berührung mit einer starken Spannung, fast 10 Mal. Auch hier lassen wir uns nicht bewegen, die Krokodile können aushaken. Es gab auch eine Bank, es wurde 40 angezeigt, 1426 gewählt und ähnliches, die Bank war 80 mit etwas, das heißt, jeder gewinnt mehr als 1300. So ist geplant, zu vertreiben. Für diese Batterie sind noch ein paar Gläser zu machen.
Fortsetzung von 4 Minuten im Video über die Methode zur Wiederherstellung einer ausgefallenen Nickel-Cadmium-Batterie.

Da ist ein Weg.

Drei Möglichkeiten, einen Akkuschrauber zu reparieren

Wenn der Akku Ihres Schraubendrehers defekt ist, gibt es mehrere Möglichkeiten, ihn zu reparieren.

1. Ersetzen Sie die "tote" Dose.

Lassen Sie uns diese Methode am Beispiel eines 12-V-NiCd-Schraubendrehers (Nickel-Cadmium-Akku) analysieren. Sein Akku im Inneren hat 10 Dosen mit 1,2 Volt in Reihe geschaltet, was uns 12 Volt am Ausgang (1,2 * 10 = 12) liefert. Die Kapazität aller Dosen ist gleich, zB 1,5 Ah.

2. Alle Elemente komplett ersetzen

3. Wandeln Sie den Akku in einen Lithium-Ionen-Akku um

Sie müssen in China Hochstrom-Lithiumdosen mit der erforderlichen Kapazität kaufen, ein BMS-Balancing-Board, um sie aufzuladen. Sie können für diese Dosen auch einen Stecker und ein Ladegerät kaufen. Aber Sie können es mit einem Standard-Ladegerät aufladen. Sie können mehr über diese Änderung auf meinem Kanal lesen.
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Makita Schraubendreher Akku Reparatur

Hallo liebe Leser. Mein Freund hat einen guten Schraubendreher Makita 6271. "Shurik" ist cool, wenn auch alt, aber die Batterien sind längst leer. Er bat mich, die Batterien auf Lithium-Ionen umzustellen. Ich bestellte alle Komponenten in China, wartete auf die Pakete und machte mich an die Überarbeitung.
Von den alten "Dosen" braucht man nur die oberen beiden, auf denen die Klemmleiste sitzt.

Wir lösen das Gehäuse und entfernen alle Plastikvorsprünge darin.

Ich entschied mich für 3 Akkus, Typ 18650, ein 20 A Balance Board und eine Ladebuchse. Batterien benötigen Hochstrom mit einem Entladestrom von 20 oder 30 A.

Ich habe die Batterien mit Isolierband verdreht und verlötet. Sie müssen schnell löten, ohne das Glas zu überhitzen.

Dann lötete ich die notwendigen Drähte an die Batterien, nach dem Diagramm auf der Platine.


Die Drähte wurden ursprünglich länger als erforderlich benötigt.

Nach dem Löten habe ich die Kontakte mit doppelseitigem Klebeband überklebt.


Buchse, Klemmen und Temperatursensor (TD) wie folgt angeschlossen:


Der Sensor selbst sieht so aus. Es muss vom Minuspol abgelötet und an den B-Kontakt gelötet werden, damit Sie den Akku mit Ihrem eigenen Ladegerät aufladen können.