În ciuda faptului că bateriile nichel-cadmiu au fost interzise din producția în Uniunea Europeană încă din acest an, acești muncitori neobosite sunt încă folosiți în multe dispozitive autonome ieftine și puternice (șurubelnițe, aparate de ras electric, lanterne).

Chiar dacă instrucțiunile de utilizare nu spun nimic despre tipul de baterie a dispozitivului, este destul de simplu să se determine că este o baterie nichel-cadmiu care servește ca sursă de curent - cel mai adesea timpul de încărcare este indicat în intervalul de 5-12 ore și există o indicație a necesității de a opri singur încărcătorul după timpul de încărcare.

Pentru bateriile cu nichel-cadmiu, încărcarea rapidă cu impulsuri este de preferat în locul încărcării lente DC. Aceste baterii pot furniza multă putere, făcându-le alegerea pentru aplicații independente de mare putere. Bateriile cu nichel-cadmiu sunt singurul tip de baterii care poate rezista la descărcare completă sub sarcină grea fără nicio consecință. Alte tipuri de baterii necesită descărcare incompletă la sarcini de putere relativ scăzută.

Bateriilor nichel-cadmiu nu le place încărcarea pe termen lung cu încărcări ușoare ocazionale. Descărcarea completă periodică este necesară pentru ei, așa cum este aerul pentru o persoană - în absența unei descărcări complete, pe electrozi se formează cristale metalice mari (ceea ce duce la manifestarea așa-numitului „efect de memorie”) - bateria se pierde brusc. capacitatea acestuia. Pentru funcționarea îndelungată și eficientă a bateriilor NiCd, sunt necesare cicluri de întreținere a bateriilor - o descărcare completă urmată de o încărcare completă, pe baza majorității recomandărilor - o dată pe lună, cel puțin o dată la 2-3 luni.

Bateriile cu nichel-cadmiu sunt cele mai „rezistente” dintre bateriile produse în masă de astăzi – nici măcar nu necesită un sistem de monitorizare a parametrilor bateriei, ceea ce determină utilizarea lor în dispozitive ieftine și puternice.

Încărcarea cu curenți scăzuti în 5-12 ore vă permite să faceți fără nicio precauție sub forma sistemelor de control al încărcării-descărcării. La reîncărcare, bateria își va pierde pur și simplu încet capacitatea (spre bucuria producătorului). Fiți conștienți de acest lucru atunci când utilizați încărcătoare „băiat rău” (încărcătoare fără mecanism de control automat al încărcării). Prin urmare, cel mai bine este să încărcați o baterie complet descărcată și să respectați cu strictețe timpul de încărcare, care va păstra capacitatea bateriei NiCd pentru o perioadă lungă de timp.

Când utilizați încărcarea „rapidă” (cu un timp de încărcare mai mic de 5 ore), este de dorit să aveți un încărcător cu senzor de temperatură, deoarece temperatura bateriei crește în timpul încărcării, capacitatea crește odată cu temperatura, deoarece capacitatea crește, încărcătorul poate reîncărca bateria peste nivelul cerut, ceea ce duce la o creștere și mai mare a temperaturii (fenomenul de „accelerare termică” a bateriei) și, cel puțin, la o deteriorare a parametrilor bateriei. O situație similară există la încărcarea bateriei la temperaturi scăzute. Senzorul de temperatură vă permite să schimbați parametrii de încărcare în funcție de temperatura bateriei, precum și să deconectați bateria de la încărcare atunci când temperatura crește peste 1 grad Celsius pe minut sau când temperatura bateriei ajunge la 60 de grade Celsius, ceea ce evită consecințele tragice ale fuga termică.

Ca o ilustrare a necesității unui senzor de temperatură în încărcător, pot da un exemplu de încărcare veche de doi ani a unei baterii nichel-cadmiu pentru o șurubelniță profesională pe un încărcător fără senzor de temperatură (în fotografie - aceasta este încărcătorul în sine), care vă permite să încărcați bateria într-un ritm accelerat - într-o oră. La acel moment, temperatura în apartament era de aproximativ 30 ° C, încărcătorul ar trebui să încarce automat bateria până la atingerea tensiunii țintă și să se oprească automat, ceea ce era spus în engleză în alb în instrucțiunile din secțiunea de siguranță. Dimineața, prima baterie din set a fost încărcată fără excese - după 50 de minute încărcătorul s-a oprit, spre seară a doua baterie a dat o surpriză la încărcare: din cauza lipsei unui senzor de temperatură în încărcător, bateria a intrat în modul de accelerare termică. Deoarece încărcarea a fost accelerată, problema a fost observată târziu - când bateria a intrat în fum și a început să pulverizeze electrolit fierbinte. Încărcătorul, care a fost deconectat rapid de la rețea, a fost salvat. Bateria a pufnit în agonie mult timp, încercând să provoace cât mai multe daune posibil la plecarea în altă lume, dar a eșuat și daunele s-au limitat la costul bateriei în sine - 15USD. De atunci, încărcătorul a fost conectat la rețea printr-un temporizator.

În ciuda deficiențelor lor, bateriile cu nichel-cadmiu încă există printre noi. Sper că o parte din teoria și experiența practică prezentate în articol vor permite cititorului să profite la maximum de bateria nichel-cadmiu a dispozitivului său de care este capabil.

Copyright © Dmitry Spitsyn, 2009.

În ciuda faptului că bateriile nichel-cadmiu au fost interzise din producția în Uniunea Europeană încă din acest an, acești muncitori neobosite sunt încă folosiți în multe dispozitive autonome ieftine și puternice (șurubelnițe, aparate de ras electric, lanterne).

Chiar dacă instrucțiunile de utilizare nu spun nimic despre tipul de baterie a dispozitivului, este destul de simplu să se determine că este o baterie nichel-cadmiu care servește ca sursă de curent - cel mai adesea timpul de încărcare este indicat în intervalul de 5-12 ore și există o indicație a necesității de a opri singur încărcătorul după timpul de încărcare.

Pentru bateriile cu nichel-cadmiu, încărcarea rapidă cu impulsuri este de preferat în locul încărcării lente DC. Aceste baterii pot furniza multă putere, făcându-le alegerea pentru aplicații independente de mare putere. Bateriile cu nichel-cadmiu sunt singurul tip de baterii care poate rezista la descărcare completă sub sarcină grea fără nicio consecință. Alte tipuri de baterii necesită descărcare incompletă la sarcini de putere relativ scăzută.

Bateriilor nichel-cadmiu nu le place încărcarea pe termen lung cu încărcări ușoare ocazionale. Descărcarea completă periodică este necesară pentru ei, așa cum este aerul pentru o persoană - în absența unei descărcări complete, pe electrozi se formează cristale metalice mari (ceea ce duce la manifestarea așa-numitului „efect de memorie”) - bateria se pierde brusc. capacitatea acestuia. Pentru funcționarea îndelungată și eficientă a bateriilor NiCd, sunt necesare cicluri de întreținere a bateriilor - o descărcare completă urmată de o încărcare completă, pe baza majorității recomandărilor - o dată pe lună, cel puțin o dată la 2-3 luni.

Bateriile cu nichel-cadmiu sunt cele mai „rezistente” dintre bateriile produse în masă de astăzi – nici măcar nu necesită un sistem de monitorizare a parametrilor bateriei, ceea ce determină utilizarea lor în dispozitive ieftine și puternice.

Încărcarea cu curenți scăzuti în 5-12 ore vă permite să faceți fără nicio precauție sub forma sistemelor de control al încărcării-descărcării. La reîncărcare, bateria își va pierde pur și simplu încet capacitatea (spre bucuria producătorului). Fiți conștienți de acest lucru atunci când utilizați încărcătoare „băiat rău” (încărcătoare fără mecanism de control automat al încărcării). Prin urmare, cel mai bine este să încărcați o baterie complet descărcată și să respectați cu strictețe timpul de încărcare, care va păstra capacitatea bateriei NiCd pentru o perioadă lungă de timp.

Când utilizați încărcarea „rapidă” (cu un timp de încărcare mai mic de 5 ore), este de dorit să aveți un încărcător cu senzor de temperatură, deoarece temperatura bateriei crește în timpul încărcării, capacitatea crește odată cu temperatura, deoarece capacitatea crește, încărcătorul poate reîncărca bateria peste nivelul cerut, ceea ce duce la o creștere și mai mare a temperaturii (fenomenul de „accelerare termică” a bateriei) și, cel puțin, la o deteriorare a parametrilor bateriei. O situație similară există la încărcarea bateriei la temperaturi scăzute. Senzorul de temperatură vă permite să schimbați parametrii de încărcare în funcție de temperatura bateriei, precum și să deconectați bateria de la încărcare atunci când temperatura crește peste 1 grad Celsius pe minut sau când temperatura bateriei ajunge la 60 de grade Celsius, ceea ce evită consecințele tragice ale fuga termică.

Ca o ilustrare a necesității unui senzor de temperatură în încărcător, pot da un exemplu de încărcare veche de doi ani a unei baterii nichel-cadmiu pentru o șurubelniță profesională pe un încărcător fără senzor de temperatură (în fotografie - aceasta este încărcătorul în sine), care vă permite să încărcați bateria într-un ritm accelerat - într-o oră. La acel moment, temperatura în apartament era de aproximativ 30 ° C, încărcătorul ar trebui să încarce automat bateria până la atingerea tensiunii țintă și să se oprească automat, ceea ce era spus în engleză în alb în instrucțiunile din secțiunea de siguranță. Dimineața, prima baterie din set a fost încărcată fără excese - după 50 de minute încărcătorul s-a oprit, spre seară a doua baterie a dat o surpriză la încărcare: din cauza lipsei unui senzor de temperatură în încărcător, bateria a intrat în modul de accelerare termică. Deoarece încărcarea a fost accelerată, problema a fost observată târziu - când bateria a intrat în fum și a început să pulverizeze electrolit fierbinte. Încărcătorul, care a fost deconectat rapid de la rețea, a fost salvat. Bateria a pufnit în agonie mult timp, încercând să provoace cât mai multe daune posibil la plecarea în altă lume, dar a eșuat și daunele s-au limitat la costul bateriei în sine - 15USD. De atunci, încărcătorul a fost conectat la rețea printr-un temporizator.

În ciuda deficiențelor lor, bateriile cu nichel-cadmiu încă există printre noi. Sper că o parte din teoria și experiența practică prezentate în articol vor permite cititorului să profite la maximum de bateria nichel-cadmiu a dispozitivului său de care este capabil.

Bateriile nichel-cadmiu (Ni-Cd) sunt încă utilizate pe scară largă în economia națională. Conform designului lor, ele aparțin grupului de baterii alcaline. Aceste baterii sunt la cerere, în ciuda faptului că producția și utilizarea lor este limitată din motive de mediu (cadmiul este o substanță toxică). Dar este imposibil să le abandonați complet, deoarece aceste baterii sunt folosite în dispozitive în care alte baterii nu pot funcționa. În special, aceasta este operarea cu curenți mari de descărcare și încărcare. Acestea sunt dispozitive destul de ușor de întreținut, cu o durată de viață lungă. Prin urmare, merită luate în considerare într-un articol separat.

Prima baterie cu nichel-cadmiu a fost creată de Waldmar Jungner în 1899. Dar atunci producția acestor baterii alcaline a fost mult mai scumpă decât alte tipuri de baterii. Deci, această invenție a fost uitată o vreme. În 1932, a fost dezvoltată o metodă pentru depunerea unui material activ pe un electrod poros de nichel. Acest lucru a adus mai aproape lansarea bateriilor industriale Ni-Cd.

În 1947 au fost efectuate o serie de lucrări, în cadrul cărora gazele degajate în timpul încărcării au fost recombinate fără a fi îndepărtate. Drept urmare, au luat naștere bateriile Ni-Cd sigilate, care sunt folosite și astăzi. Printre producătorii de baterii cu nichel-cadmiu se numără companii atât de mari precum GP Batteries, Samsung, Varta, GAZ, Konnoc, Advanced Battery Factory, Panasonic, Metabo, Ansmann și altele.

În ciuda faptului că au fost utilizate pe scară largă în economia națională în ultimele decenii, bateriile cu nichel-cadmiu își restrâng treptat domeniul de aplicare. Acestea sunt treptat înlocuite cu baterii nichel-hidrură metalică și litiu.

În special, bateriile Ni-Cd fac loc tehnologiei portabile. Motivul pentru aceasta este pericolul cadmiului pentru oameni și mediu. Aruncarea acestor baterii necesită echipamente specializate de captare a cadmiului. pentru că mașina se desfășoară mai ușor, mai rapid și mai bine lucrat. Dar există încă destul de multe domenii în care bateriile cu nichel-cadmiu sunt indispensabile.

Utilizarea bateriilor cu nichel-cadmiu (Ni-Cd)

Bateriile nichel-cadmiu cu dimensiuni reduse sunt folosite în aparatele tehnice care necesită un curent mare pentru funcționarea lor. În astfel de condiții, bateriile Ni-Cd oferă o putere stabilă și nu se supraîncălzi, spre deosebire de alte tipuri de baterii. Bateriile nichel-cadmiu sunt utilizate pe scară largă în troleibuze, tramvaie, ca baterii de tracțiune la mașinile electrice, există baterii industriale Ni-Cd. În plus, sunt utilizate pe scară largă în transportul maritim și fluvial.

Bateriile Ni-Cd pot fi găsite în elicoptere și avioane ca baterii de bord, în unelte portabile (șurubelniță, perforator etc.). Cu toate acestea, bateriile cu litiu se găsesc din ce în ce mai mult în instrumente. Bateriile nichel-cadmiu nu pot fi încă înlocuite în acele dispozitive portabile care au un consum mare de energie. Deși în unele dispozitive sunt înlocuite cu succes, care nu conțin cadmiu nociv.

Bateriile Ni-Cd în formă de disc și-au găsit o aplicație largă. Această variantă a fost utilizată pe scară largă ca baterie pentru a alimenta memoria nevolatilă la primele computere personale. Au fost lipite pe placa de baza. Ulterior, acestea au fost înlocuite cu baterii cu litiu. Bateriile de disc au fost utilizate pe scară largă și în camere, blițuri, calculatoare, lanterne, radiouri, aparate auditive etc.

Bateriile Ni-Cd pot fi depozitate pentru o perioadă lungă de timp, sunt ușor de întreținut, sunt insensibile la temperaturi scăzute, au rezistență internă scăzută și greutate specifică scăzută. Toate acestea depășesc până acum punctul negativ asociat cu prezența cadmiului otrăvitor în ele. Bateriile nichel-cadmiu continuă să domine utilizarea în aviație, echipamente militare și radiouri mobile. În plus, puteți citi materialul despre cum este redus Ni-Cd.

Dispozitiv baterii nichel-cadmiu (Ni-Cd)

Construcția bateriilor Ni-Cd

Din punct de vedere structural, o baterie cu nichel-cadmiu este un electrod pozitiv și negativ separat de un separator. Sunt scufundate într-un electrolit alcalin și toate acestea sunt închise într-o carcasă metalică etanșă. Electrodul pozitiv conține NiOOH (oxid-hidroxid de nichel). Compoziția negativului conține cadmiu (Cd) în compus. Electrolitul este KOH (hidroxid de potasiu). Este un alcalin puternic, inodor. Avantajele KOH sunt că substanța nu este nici explozivă, nici inflamabilă. Fracția de masă a KOH din electrolit conform GOST R 50711-94 ar trebui să fie de cel puțin 85 la sută în formă solidă și de cel puțin 45 la sută în formă lichidă.

Pentru a crește suprafața electrozilor, aceștia sunt produși dintr-o folie subțire. Separatorul dintre electrozi este realizat din material nețesut care nu interacționează cu alcalii. Electrolitul în sine nu este consumat în timpul reacției.

O celulă cu nichel-cadmiu produce o tensiune de aproximativ 1 volt. Prin urmare, acestea sunt combinate în baterii cu o densitate de energie de aproximativ 60 Wh per kilogram.

În imaginea de mai jos, puteți vedea principalele elemente ale bateriei alcaline nichel-cadmiu din seria KL.

Ieșirea Born sau curent este proiectată pentru a elimina curentul din baterie și acționează ca un terminal pentru conectarea bateriilor. Prin dop se umple electrolitul, precum și ieșirea gazului format în timpul procesului de încărcare. Conectarea electrozilor împreună cu benzile de contact asigură scoaterea și alimentarea de la electrozi la arzător. Benzile de contact sunt sudate la electrozi.

Electrodul este o lamelă dispusă orizontal. Conțin substanța activă într-o bandă de oțel perforată. Nervatura dă rigiditatea electrodului și asigură fluxul de curent către banda de contact. Electrozii de polaritate diferită sunt separați printr-un separator de cadru, care nu interferează cu circulația liberă a electrolitului.

Reacții care au loc pe electrozii bateriei Ni-Cd

Procese pe electrodul pozitiv

Principalele reacții electrochimice care apar la electrodul pozitiv al unei baterii cu nichel-cadmiu pot fi descrise prin următoarele formule:

În procesul de încărcare

Ni(OH)2 + OH-? NiOOH + H2O + e -

În timpul descărcării

NiOOH + H2O + e - ? Ni(OH) 2 + OH -

Oxidul-hidroxid de nichel (NiOOH) pe electrodul pozitiv poate fi în două versiuni:

• a-Ni (OH)2;
• a-Ni(OH)2.

Aceste forme diferă prin densitate și hidratare. Dacă bateria este descărcată, atunci ambele forme de hidroxid de nichel sunt prezente pe electrodul pozitiv. Când o baterie Ni-Cd este încărcată, forma a-Ni(OH)2 devine a-NiOOH. În acest caz, rețeaua cristalină a substanței se modifică oarecum. În etapa finală de încărcare, se formează β-NiOOH. Numar de faze? și? Hidroxidul de nichel va depinde de condițiile specifice de încărcare.

Fază? formate intens la o rată mare de încărcare sau în timpul supraîncărcării. Ca urmare a formării α-NiOOH, are loc o rearanjare radicală a structurii oxizilor. Pentru comparație, densitatea de fază? este 4,15, iar faza -3,85 g/cm3. Din acest motiv, atunci când bateria Ni-Cd este reîncărcată, volumul masei active a electrodului pozitiv se modifică. Proprietăți electrochimice? și? sunt de asemenea diferite. Pentru forma a-NiOOH, sarcina trece mai puțin eficient și factorul de utilizare a curentului în acest caz este mai mic decât forma a. Formă? are, de asemenea, un potențial de descărcare mai mic și autodescărcare de două ori mai mic decât pentru?.

Procese pe electrodul negativ

Următoarele reacții au loc la electrodul negativ al unei baterii cu nichel-cadmiu:

La încărcare

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

La descărcare

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

Capacitatea electrodului de cadmiu din bateriile cu nichel-cadmiu depășește capacitatea electrodului pozitiv cu aproximativ 20-70 la sută. Din acest motiv, se crede că potențialul electrodului negativ în timpul încărcării-descărcării rămâne neschimbat.

Procese generale într-o baterie Ni-Cd

Următoarele reacții au loc într-o baterie cu nichel-cadmiu:

La încărcare

2Ni(OH)2 + Cd(OH)2? 2NiOOH + Cd + 2H2O

La descărcare

2NiOOH + Cd + 2H2O? 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2

În procesul de supraîncărcare, la electrodul pozitiv are loc următoarea reacție:

2OH? ? 1/2O2 + H2O + 2e?

Adică, se eliberează oxigen, care ajunge la electrodul negativ prin separator și acolo, cu participarea sa, are loc următoarea reacție:

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

Rezultatul este o reacție închisă asupra oxigenului. Acest lucru stabilizează presiunea din bateria cu nichel-cadmiu la supraîncărcare. Cantitatea de presiune din baterie depinde în mare măsură de viteza de transport a oxigenului între electrozii pozitivi și negativi. În procesul de reîncărcare, hidrogenul poate fi eliberat la electrodul negativ de cadmiu:

H2O+e? ? Oh? + 1/2H2

Apoi se oxidează la electrodul pozitiv. Reacția arată astfel:

NiOOH + 1/2H2? Ni(OH)2

Formarea hidrogenului într-o baterie etanșă este un proces periculos. Dacă rata de absorbție a acestuia este scăzută, atunci aceasta poate duce la acumularea acesteia. Și este deja exploziv. Prin urmare, în bateriile sigilate cu nichel-cadmiu, capacitatea electrodului de cadmiu este mult mai mare decât cea pozitivă.

Capacitatea unei astfel de baterii etanșe este determinată exact de valoarea capacității electrodului de oxid de nichel.

Caracteristicile bateriilor cu nichel-cadmiu (Ni-Cd)

Tensiunea nominală a bateriilor sigilate cu nichel-cadmiu este de 1,2 volți. O încărcare cu un curent de 1/10 din capacitate are loc în 16 ore. Capacitatea unei baterii Ni-Cd se măsoară prin descărcarea cu un curent de 2/10 de la capacitatea nominală la o tensiune de un volt.

În imaginea de mai jos, puteți vedea caracteristicile de descărcare ale bateriilor cu nichel-cadmiu în diferite moduri de descărcare.

În graficele de mai jos, puteți vedea dependența capacității de descărcare de curentul de sarcină și temperatură.

Autodescărcarea bateriilor cu nichel-cadmiu depinde în principal de instabilitatea termodinamică a electrodului de oxid de nichel-hidroxid. Influența curentului de scurgere dintre electrozi asupra autodescărcării este mică. Dar crește treptat odată cu durata de viață a bateriei. Disiparea căldurii în bateriile Ni-Cd depinde în mare măsură de gradul de încărcare. După ce bateria a câștigat 70 la sută din capacitatea, procesul de evoluție a oxigenului este activat. Ca urmare, datorită ionizării oxigenului la electrozii negativi, bateria este încălzită. La sfârșitul încărcării, temperatura din bateria Ni-Cd crește cu 10-15 grade Celsius. Dacă încărcarea este efectuată într-un mod accelerat, atunci creșterea temperaturii poate fi de 40-45 de grade Celsius.

După deconectarea de la sarcină, potențialul electrodului pozitiv (oxid de nichel) scade și sarcina straturilor profunde și de suprafață se egalizează treptat. După un timp, intensitatea autodescărcării scade. Pentru diferite serii de baterii Ni-Cd, autodescărcarea și stabilizarea capacității reziduale pot varia semnificativ. Autodescărcarea, pe lângă reducerea capacității, duce și la o scădere a tensiunii cu 0,03-0,05 volți. Acest fenomen se explică prin egalizarea treptată a sarcinii în adâncime și pe suprafața electrodului. În plus, are un efect pasivizarea parțială a masei active.

Depozitarea bateriilor cu nichel-cadmiu (precum și a bateriilor plumb-acid) la o temperatură scăzută reduce autodescărcarea. La 20 de grade Celsius, autodescărcarea este de două ori mai mare decât la 0.

Următoarea imagine arată un grafic al pierderii de capacitate pentru bateriile NiCd la diferite temperaturi.

Pentru a compensa autodescărcarea în timpul depozitării bateriei, o puteți pune la o încărcare cu curent scăzut. De obicei, valoarea curentului de încărcare este de 0,03-0,05 din capacitatea. Dar valoarea specifică este negociată de producătorul bateriei. Capacitatea de a rezista la o reîncărcare lungă este diferită pentru bateriile cu nichel-cadmiu de diferite modele. Bateriile alcaline nichel-cadmiu disc, care au electrozi lamelari de grosime mare, sunt cele mai puțin potrivite pentru reîncărcare. Dar există și astfel de modele care sunt capabile să reziste la reîncărcare timp de câteva luni fără consecințe.

În ceea ce privește caracteristicile energetice ale bateriilor Ni-Cd, acestea diferă și în funcție de tipurile de baterii.

Bateriile disc nichel-cadmiu cu 2 electrozi au caracteristici energetice specifice de 15-18 Wh pe kilogram si 35-45 Wh pe litru. Aceeași varietate, dar cu 4 electrozi, are de două ori caracteristicile energetice specifice. Pentru bateriile cilindrice Ni-Cd, aceste valori sunt de 45 Wh pe kilogram și 130 Wh pe litru.

Ce afectează descărcarea bateriilor Ni-Cd?

Caracteristicile de descărcare ale modelelor specifice depind de următoarele caracteristici:

• grosimea, structura, rezistența internă a electrozilor;
• densitatea de asamblare a grupurilor de electrozi;
• caracteristicile separatorului (grosime și structură);
• volumul electrolitului;
• caracteristici specifice de design ale bateriei.

Bateriile disc Ni-Cd cu electrozi grosi presați sunt utilizate în condiții de descărcare lungă. În acest caz, există o scădere treptată a capacității și a tensiunii la 1,1 volți. Când este descărcat la 1 volt, capacitatea rămâne aproximativ 5-10 la sută din valoarea nominală. Astfel de baterii reîncărcabile demonstrează o reducere semnificativă a tensiunii de descărcare și pierderea capacității bateriilor Ni-Cd cu o creștere a curentului de descărcare la o valoare de 0,2*C. Acest lucru se explică prin faptul că masa activă nu are capacitatea de a se descărca uniform la diferite adâncimi ale electrozilor.

Pentru bateriile care funcționează în modul de descărcare de intensitate medie, electrozii sunt subțiri, iar numărul lor crește la 4. Ca urmare, curentul de descărcare crește la 0,6 din capacitate.

Există și așa-numitele baterii cu descărcare scurtă. Sunt echipate cu electrozi ceramici-metali cu rezistenta interna scazuta. Aceste modele au cea mai mare performanță energetică dintre celelalte tipuri de baterii cu nichel-cadmiu. Tensiunea lor în timpul descărcării este menținută peste 1,2 volți până când epuizează 90% din capacitatea bateriei. Aceste baterii pot fi folosite la descărcarea cu valori mari de curent (3-5C).

De remarcat, de asemenea, bateriile cilindrice cu electrozi laminati. Aceste baterii moderne se pot descărca mult timp cu un curent de 7-10C. Pe graficele de descărcare prezentate mai sus, se poate observa că temperatura OC are un impact semnificativ asupra caracteristicilor bateriilor cu nichel-cadmiu. Bateria are cea mai mare capacitate la 20 de grade Celsius. Odată cu creșterea temperaturii, practic nu se schimbă. Dar când scade la 0 grade, capacitatea scade cu cât mai repede, cu atât valoarea curentului de descărcare este mai mare. Această scădere a capacității este asociată cu o scădere a tensiunii de descărcare, care este cauzată de o creștere a polarizării și a rezistenței ohmice. Rezistența crește din cauza volumului mic de electrolit.

Deci, compoziția alcaliului (electrolitul) și concentrația acestuia afectează în mod semnificativ caracteristicile bateriei. De aceasta depinde temperatura de formare a sărurilor, hidraților cristalini, gheții și a altor elemente.

Dacă electrolitul este înghețat, atunci descărcarea este în general exclusă. Temperatura de funcționare mai scăzută a bateriilor Ni-Cd este în majoritatea cazurilor de minus 20 de grade Celsius. Pentru unele tipuri de baterii, compoziția electrolitului este ajustată, iar limita inferioară a intervalului de temperatură este extinsă la minus 40 de grade Celsius.

Ce afectează încărcarea bateriilor Ni-Cd?

Când încărcați o baterie etanșă cu nichel-cadmiu, este important să limitați supraîncărcarea. La reîncărcare, presiunea din interiorul bateriei crește datorită eliberării de oxigen. Deci, eficiența utilizării curentului scade pe măsură ce te apropii de a 100-a încărcare.

În imaginea de mai jos, puteți vedea grafice care caracterizează dependența capacității în timpul descărcării unei baterii cilindrice.

Încărcarea bateriilor Ni-Cd este permisă în intervalul de temperatură 0-40 grade Celsius. Intervalul recomandat este de 10-30 de grade. Absorbția de oxigen la electrodul de cadmiu încetinește pe măsură ce temperatura scade, rezultând o creștere a presiunii. Dacă temperatura este mai mare decât cea recomandată, atunci potențialul crește și oxigenul începe să fie eliberat foarte devreme pe electrodul pozitiv oxid-nichel. La aceeași temperatură, oxigenul este eliberat mai activ, cu atât este mai mare curentul de încărcare. În același timp, rata de absorbție a oxigenului rămâne aproape neschimbată. Pentru această valoare, această valoare depinde de designul bateriei sau, mai degrabă, de transportul oxigenului de la electrodul de cadmiu pozitiv la cel negativ. Acest lucru este afectat de densitatea aspectului, grosimea, structura electrozilor, precum și materialul separatorului și volumul electrolitului.

Cu cât grosimea electrozilor este mai mică și densitatea aranjamentului lor este mai mare, cu atât procesul de încărcare va fi mai eficient. Bateriile cilindrice cu electrozi rulați sunt cele mai eficiente în acest sens. Pentru ei, eficiența de încărcare aproape nu se schimbă atunci când curentul trece de la 0,1 la 1C. Producătorii numesc modul de încărcare standard, în urma căruia o baterie cu o tensiune de 1 volt este încărcată complet în 16 ore cu un curent de 0,1 din capacitate. Unele modele, când sunt încărcate în acest mod, necesită 14 ore. Indicatorii specifici depind deja de caracteristicile de proiectare și de volumul masei active.

Toate cele de mai sus sunt valabile pentru o sarcină galvanostatică. Aceasta este o sarcină la o valoare constantă a curentului. Dar încărcarea poate fi efectuată și cu o scădere lină sau treptă a puterii curentului în etapa finală a încărcării. Apoi, în stadiul inițial, curentul poate fi setat mult mai mult decât valoarea standard de 0,1 a capacității. Există adesea o nevoie reală de a crește viteza de încărcare. Problema este rezolvată cu utilizarea bateriilor, ale căror caracteristici fac posibilă primirea eficientă a unei încărcări de înaltă densitate. Curentul este menținut constant pe tot parcursul procesului de încărcare. De asemenea, sunt îmbunătățite sistemele de control care nu permit supraîncărcarea bateriei.

Bateriile cilindrice nichel-cadmiu sunt de obicei încărcate în următoarele moduri:

• 6-7 ore curent 0,2 din capacitate;
• 3-4 ore cu un curent de 0,3 din capacitate.

La accelerare, nu este recomandat să permiteți o reîncărcare mai mare de 120-140 la sută. Apoi, capacitatea va fi furnizată nu mai puțin decât valoarea nominală. Acumulatoarele Ni-Cd pentru lucrul în modurile accelerate sunt încărcate și mai repede (aproximativ o oră). Cu toate acestea, în ultimul caz, este necesar controlul tensiunii și temperaturii. În caz contrar, din cauza creșterii rapide a presiunii, poate începe procesul de degradare a bateriei.

După ce încărcarea este completă într-o baterie etanșă, oxigenul este încă eliberat din cauza oxidării ionilor de hidroxid la electrodul pozitiv. Datorită procesului de autodescărcare, potențialul scade, iar procesul de evoluție a oxigenului scade treptat și devine egal cu absorbția acestuia pe electrodul de cadmiu. Apoi presiunea scade. Cam asta, este dezasamblat în detaliu la link-ul specificat.

Baterii de funcționare nichel-cadmiu (Ni-Cd)

Treptat, în timpul funcționării bateriilor cu nichel-cadmiu, la acestea apar modificări care afectează performanța. Aceste modificări determină o scădere treptată a tensiunii bateriei și o scădere a capacității sale de descărcare.

Ce factori duc la defectarea bateriilor Ni-Cd:

• Reducerea suprafeței de lucru a electrozilor;
• pierderea masei active a electrozilor;
• modificarea compoziției și volumului electrolitului alcalin, precum și redistribuirea acestuia în baterie;
• apariția scurgerilor de-a lungul conductoarelor cauzate de creșterea dendritelor de cadmiu;
• procese care sunt asociate cu consumul ireversibil de apă și oxigen;
• descompunerea materiei organice.

Modificări ale electrodului pozitiv (oxid de nichel)

După un anumit număr de cicluri, suficient de mare, densitatea masei active a electrodului pozitiv se modifică. Există o așa-numită umflare a electrodului de oxid de nichel. În plus, puterea sa scade. Ca urmare, calitatea contactului dintre masa activă și baza electrodului scade. Ca urmare, conductivitatea electrică a electrodului scade și capacitatea bateriei scade.

Scăderea puterii electrodului pozitiv este cauzată în principal din cauza supraîncărcării regulate. După cum sa menționat mai sus, acest lucru este însoțit de eliberarea de oxigen în carcasa sigilată a bateriei. La bateriile cu electrozi cermet, aceste modificări sunt observate într-o măsură mult mai mică. În timpul funcționării bateriilor cu nichel-cadmiu, se observă o creștere a cristalelor de masă active. Acest lucru duce la o scădere a suprafeței de lucru a electrozilor și la o scădere a capacității.

Modificări ale electrodului negativ (cadmiu)

Pe electrodul de cadmiu, principalul proces care provoacă degradarea acestuia este migrarea masei active. Într-o baterie Ni-Cd care a fost folosită de mult timp, masa activă a electrodului negativ poate fi găsită atât în ​​separator, cât și pe electrodul pozitiv. Ca urmare, are loc o pierdere a masei active, precum și blocarea stratului de suprafață al electrodului negativ.

Acest lucru împiedică accesul electrolitului alcalin adânc în electrod. Ca urmare, rezistența internă a bateriei crește. Migrarea masei active și creșterea dendritelor prin separator la electrodul pozitiv provoacă scurtcircuite și o creștere a autodescărcării. La fel ca în electrodul de oxid-nichel, la fel și în cel de cadmiu, cristalele cresc, iar masa activă se umflă.

Durata de viață a unei baterii nichel-cadmiu este redusă și de alte procese ireversibile. În special, datorită potențialului ridicat de oxidare al electrodului pozitiv, impuritățile organice sunt oxidate pe acesta. Aceștia sunt aditivi speciali de stabilizare și activare pentru acest tip de baterie. Baza cermet a electrodului în timpul oxidării acestuia consumă apă și eliberează hidroxid de nichel (Ni (OH) 2).

O creștere a presiunii într-o baterie cu nichel-cadmiu are, de asemenea, un efect negativ asupra stării bateriei. Când capacitatea electrodului de cadmiu scade, echilibrul capacităților plăcilor pozitive și negative se modifică. Ca rezultat, se creează condiții pentru degajarea hidrogenului. La o rată scăzută de recombinare, hidrogenul începe să se acumuleze și există amenințarea unei creșteri puternice a presiunii. Acest model este adesea observat cu o încărcare rapidă. Pentru modelele prismatice și cu disc ale bateriilor Ni-Cd, carcasa se poate deforma la presiune ridicată. Etanșeitatea poate fi păstrată, dar densitatea ansamblului este spartă, rezistența internă a bateriei crește și tensiunea de descărcare scade.

Merită să ne amintim că hidrogenul se acumulează și atunci când bateria este descărcată constant la 0 volți. În plus, există azot în interiorul bateriei, care ajunge acolo atunci când este sigilat. Deci, în interior există încă o reducere a nitraților din electrolit. De asemenea, provoacă o creștere a presiunii. Bateriile alcaline nichel-cadmiu au o supapă de siguranță pentru eliberarea presiunii. Dar acest lucru se face o singură dată, deoarece în elementul chimic apar modificări ireversibile.

Electrolitul alcalin contribuie, de asemenea, la scăderea performanței unei baterii Ni-Cd. Mai exact, o schimbare în compoziția și volumul acestuia. Ca urmare a modificării structurii și umflarea electrozilor, electrolitul este retras. Ca urmare, rezistența internă a bateriei crește. Compoziția electrolitului se modifică treptat. În comparație cu starea inițială, volumul de carbonați poate crește semnificativ. Conductivitatea electrică a electrolitului scade, iar parametrii bateriei se deteriorează în timpul descărcării. Acest lucru este vizibil mai ales la temperaturi scăzute.

Cum afectează funcționarea și temperatura procesul de degradare

Unul dintre cei mai importanți factori care influențează procesul de degradare al unei baterii cu nichel-cadmiu este temperatura. Pentru fiecare zece grade de creștere a temperaturii, procesele chimice sunt accelerate de două până la patru ori.

Efectul temperaturii devine și mai pronunțat pe măsură ce curentul de încărcare crește, deoarece acest lucru face ca bateria să se încălzească atunci când este supraîncărcată. Scăderea capacității electrolitului de cadmiu la temperatură scăzută va depăși scăderea capacității electrodului pozitiv. Acest lucru impune unele restricții privind utilizarea bateriilor în regiunile de nord. Într-o astfel de situație, la încărcare, viteza de degajare a hidrogenului crește.

Procesul de degradare al bateriilor cu nichel-cadmiu este foarte influențat de natura funcționării. Ce este inclus aici:

• adâncimea și modul de descărcare;
• modul de încărcare;
• interval de timp m / y încărcare și descărcare (dacă ciclul este continuu);
• perioadele de depozitare și exploatare.

În graficul de mai jos, puteți vedea durata bateriei în cicluri în funcție de adâncimea de descărcare.

Trebuie remarcat faptul că bateriile Ni-Cd au o rezistență destul de mare la supraîncărcarea accidentală. Dacă supradescărcarea are loc rar, atunci hidrogenul este ușor de recombinat. Când polarizarea este îndepărtată, tensiunea bateriei este restabilită.

Cu reîncărcarea constantă a bateriilor cu nichel-cadmiu, este necesar să se asigure un curent egal cu 0,03-0,05 din capacitatea nominală. Dacă bateria funcționează constant în acest mod, atunci, pe lângă mărimea curentului, afectează și temperatura sistemului de operare. Când temperatura crește, producția de oxigen crește. Acest lucru accelerează degradarea bateriei. Pentru a funcționa cu reîncărcare continuă (temperatura 50-55 grade Celsius), au fost create modele speciale de baterii cilindrice. Au electrozi tip rolă cu o durată de viață de cel puțin 4 ani. Aceste baterii au o compoziție ajustată a electrolitului și au fost pregătite pentru a accelera absorbția gazelor.

Dacă descărcați o baterie Ni-Cd după o încărcare lungă, atunci capacitatea acesteia va fi puțin mai mică decât cea a bateriilor încărcate de la zero. Dar acest fenomen este temporar și capacitatea va reveni la normal după mai multe cicluri de încărcare-descărcare.

Marcarea bateriilor alcaline nichel-cadmiu (Ni-Cd)

Marcarea bateriilor Ni-Cd poate arăta astfel:

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

Simbolurile reprezintă următoarele:

• 40 - numărul de baterii din baterie sau din pachetul de baterii;
• NK, K - tip baterie nichel-cadmiu (denumirea NK corespunde TU 16-90 ILVE.563330.001TU, desemnarea K corespunde IEC 623, GOST R IEC 60623-2002);
• L, H - tip de baterie Ni-Cd în funcție de modul de descărcare (L - mod de descărcare lungă, H - modul de descărcare scurtă);
• 250 - valoarea capacităţii nominale (amperi-ore);
• R(P) - versiunea din plastic a rezervorului acumulatorului;
• K - versiunea cadru a acumulatorului.

Avantajele și dezavantajele bateriilor cu nichel-cadmiu (Ni-Cd)

În concluzie, să reamintim pe scurt avantajele și dezavantajele bateriilor cu nichel-cadmiu.

Avantajele bateriilor Ni-Cd

• Un număr mare de cicluri de încărcare-descărcare (mai mult de 1000);
• Durată lungă de valabilitate indiferent de gradul de încărcare;
• Mod rapid și ușor de încărcat;
• Rezistă la o sarcină gravă;
• Este posibil să se lucreze la temperaturi scăzute;
• Potrivit pentru condiții de operare grele;
• Mentine capacitatea la temperaturi scazute;
• Sunt ieftine.

Dezavantajele bateriilor Ni-Cd

• Efectul memoriei și nevoia de muncă pentru a-l elimina;
• Gradul de autodescărcare suficient de ridicat;
• Densitate redusă de energie în comparație cu alte tipuri de baterii;
• Toxicitatea materialelor. Acest lucru este valabil mai ales pentru cadmiu. Într-un număr de țări, fabricarea și utilizarea unor astfel de baterii este interzisă. Necesită echipamente și tehnologie speciale pentru eliminarea acestora.

Atât am vrut să vă spun în acest moment despre bateriile cu nichel-cadmiu. Dacă aveți întrebări sau completări pe această temă, lăsați-le în comentarii.

Totul despre bateriile nichel-cadmiu: caracteristici, funcționare, argumente pro și contra

Bateriile nichel-cadmiu (Ni-Cd) sunt încă utilizate pe scară largă în economia națională. Conform designului lor, ele aparțin grupului de baterii alcaline. Aceste baterii sunt la cerere, în ciuda faptului că producția și utilizarea lor este limitată din motive de mediu (cadmiul este o substanță toxică). Dar este imposibil să le abandonați complet, deoarece aceste baterii sunt folosite în dispozitive în care alte baterii nu pot funcționa. În special, aceasta este operarea cu curenți mari de descărcare și încărcare. Acestea sunt dispozitive destul de ușor de întreținut, cu o durată de viață lungă. Prin urmare, merită luate în considerare într-un articol separat.

Prima baterie cu nichel-cadmiu a fost creată de Waldmar Jungner în 1899. Dar atunci producția acestor baterii alcaline a fost mult mai scumpă decât alte tipuri de baterii. Deci, această invenție a fost uitată o vreme. În 1932, a fost dezvoltată o metodă pentru depunerea unui material activ pe un electrod poros de nichel. Acest lucru a adus mai aproape lansarea bateriilor industriale Ni-Cd.

În 1947 au fost efectuate o serie de lucrări, în cadrul cărora gazele degajate în timpul încărcării au fost recombinate fără a fi îndepărtate. Drept urmare, au luat naștere bateriile Ni-Cd sigilate, care sunt folosite și astăzi. Printre producătorii de baterii cu nichel-cadmiu se numără companii atât de mari precum GP Batteries, Samsung, Varta, GAZ, Konnoc, Advanced Battery Factory, Panasonic, Metabo, Ansmann și altele.

În ciuda faptului că au fost utilizate pe scară largă în economia națională în ultimele decenii, bateriile cu nichel-cadmiu își restrâng treptat domeniul de aplicare. Acestea sunt treptat înlocuite cu baterii nichel-hidrură metalică și litiu.

Utilizarea bateriilor cu nichel-cadmiu (Ni-Cd)

Bateriile nichel-cadmiu cu dimensiuni reduse sunt folosite în aparatele tehnice care necesită un curent mare pentru funcționarea lor. În astfel de condiții, bateriile Ni-Cd oferă o putere stabilă și nu se supraîncălzi, spre deosebire de alte tipuri de baterii. Bateriile nichel-cadmiu sunt utilizate pe scară largă în troleibuze, tramvaie, ca baterii de tracțiune la mașinile electrice, există baterii industriale Ni-Cd. În plus, sunt utilizate pe scară largă în transportul maritim și fluvial.

Bateriile Ni-Cd pot fi găsite în elicoptere și avioane ca baterii de bord, în unelte portabile (șurubelniță, perforator etc.). Cu toate acestea, bateriile cu litiu se găsesc din ce în ce mai mult în instrumente. Bateriile nichel-cadmiu nu pot fi încă înlocuite în acele dispozitive portabile care au un consum mare de energie. Deși în unele dispozitive sunt înlocuite cu succes, care nu conțin cadmiu nociv.

Bateriile Ni-Cd în formă de disc și-au găsit o aplicație largă. Această variantă a fost utilizată pe scară largă ca baterie pentru a alimenta memoria nevolatilă la primele computere personale. Au fost lipite pe placa de baza. Ulterior, acestea au fost înlocuite cu baterii cu litiu. Bateriile de disc au fost utilizate pe scară largă și în camere, blițuri, calculatoare, lanterne, radiouri, aparate auditive etc.

Bateriile Ni-Cd pot fi depozitate pentru o perioadă lungă de timp, sunt ușor de întreținut, sunt insensibile la temperaturi scăzute, au rezistență internă scăzută și greutate specifică scăzută. Toate acestea depășesc până acum punctul negativ asociat cu prezența cadmiului otrăvitor în ele. Bateriile nichel-cadmiu continuă să domine utilizarea în aviație, echipamente militare și radiouri mobile. În plus, puteți citi materialul despre cum sunt reduse Ni─Cd.

Dispozitiv baterii nichel-cadmiu (Ni-Cd)

Construcția bateriilor Ni-Cd

Din punct de vedere structural, o baterie cu nichel-cadmiu este un electrod pozitiv și negativ separat de un separator. Sunt scufundate într-un electrolit alcalin și toate acestea sunt închise într-o carcasă metalică etanșă. Electrodul pozitiv conține NiOOH (oxid-hidroxid de nichel). Compoziția negativului conține cadmiu (Cd) în compus. Electrolitul este KOH (hidroxid de potasiu). Este un alcalin puternic, inodor. Avantajele KOH sunt că substanța nu este nici explozivă, nici inflamabilă. Fracția de masă a KOH din electrolit conform GOST R 50711-94 ar trebui să fie de cel puțin 85 la sută în formă solidă și de cel puțin 45 la sută în formă lichidă.

Pentru a crește suprafața electrozilor, aceștia sunt produși dintr-o folie subțire. Separatorul dintre electrozi este realizat din material nețesut care nu interacționează cu alcalii. Electrolitul în sine nu este consumat în timpul reacției.

O celulă cu nichel-cadmiu produce o tensiune de aproximativ 1 volt. Prin urmare, acestea sunt combinate în baterii cu o densitate de energie de aproximativ 60 Wh per kilogram.

În imaginea de mai jos, puteți vedea principalele elemente ale bateriei alcaline nichel-cadmiu din seria KL.

Ieșirea Born sau curent este proiectată pentru a elimina curentul din baterie și acționează ca un terminal pentru conectarea bateriilor. Prin dop se umple electrolitul, precum și ieșirea gazului format în timpul procesului de încărcare. Conectarea electrozilor împreună cu benzile de contact asigură scoaterea și alimentarea de la electrozi la arzător. Benzile de contact sunt sudate la electrozi.

Electrodul este o lamelă dispusă orizontal. Conțin substanța activă într-o bandă de oțel perforată. Nervatura dă rigiditatea electrodului și asigură fluxul de curent către banda de contact. Electrozii de polaritate diferită sunt separați printr-un separator de cadru, care nu interferează cu circulația liberă a electrolitului.

Reacții care au loc pe electrozii bateriei Ni-Cd

Procese pe electrodul pozitiv

Principalele reacții electrochimice care apar la electrodul pozitiv al unei baterii cu nichel-cadmiu pot fi descrise prin următoarele formule:

În procesul de încărcare

Ni(OH) 2 + OH - ⇒ NiOOH + H 2 O + e -

În timpul descărcării

NiOOH + H 2 O + e - ⇒ Ni(OH) 2 + OH -

Oxidul-hidroxid de nichel (NiOOH) pe electrodul pozitiv poate fi în două versiuni:

• a-Ni(OH)2;
• p-Ni(OH)2.

Aceste forme diferă prin densitate și hidratare. Dacă bateria este descărcată, atunci ambele forme de hidroxid de nichel sunt prezente pe electrodul pozitiv. Când o baterie Ni-Cd este încărcată, forma β-Ni(OH)2 este convertită în β-NiOOH. În acest caz, rețeaua cristalină a substanței se modifică oarecum. În etapa finală de încărcare, se formează γ-NiOOH. Numărul de faze β și γ ale hidroxidului de nichel va depinde de condițiile specifice de încărcare.

Faza γ se formează intens la o rată mare de încărcare sau în timpul supraîncărcării. Ca urmare a formării γ-NiOOH, are loc o rearanjare fundamentală a structurii de oxid. Pentru comparație, densitatea fazei β este 4,15, iar densitatea fazei γ este de 3,85 g/cm3. Din acest motiv, atunci când bateria Ni-Cd este reîncărcată, volumul masei active a electrodului pozitiv se modifică. Proprietățile electrochimice ale β și γ sunt de asemenea diferite. Pentru forma γ-NiOOH, sarcina trece mai puțin eficient, iar factorul de utilizare a curentului în acest caz este mai mic decât forma β. Forma γ are, de asemenea, un potențial de descărcare mai mic și o autodescărcare de două ori mai mică decât pentru β.

Procese pe electrodul negativ

Următoarele reacții au loc la electrodul negativ al unei baterii cu nichel-cadmiu:

La încărcare

Cd(OH) 2 + 2e − ⇒ Cd + 2OH −

La descărcare

Cd + 2OH - ⇒ Cd(OH) 2 + 2e -

Capacitatea electrodului de cadmiu din bateriile cu nichel-cadmiu depășește capacitatea electrodului pozitiv cu aproximativ 20-70 la sută. Din acest motiv, se crede că potențialul electrodului negativ în timpul încărcării-descărcării rămâne neschimbat.

Caracteristicile bateriilor cu nichel-cadmiu (Ni-Cd)

Tensiunea nominală a bateriilor sigilate cu nichel-cadmiu este de 1,2 volți. O încărcare cu un curent de 1/10 din capacitate are loc în 16 ore. Capacitatea unei baterii Ni-Cd se măsoară prin descărcarea cu un curent de 2/10 de la capacitatea nominală la o tensiune de un volt.

În imaginea de mai jos, puteți vedea caracteristicile de descărcare ale bateriilor cu nichel-cadmiu în diferite moduri de descărcare.

În graficele de mai jos, puteți vedea dependența capacității de descărcare de curentul de sarcină și temperatură.

Autodescărcarea bateriilor cu nichel-cadmiu depinde în principal de instabilitatea termodinamică a electrodului de oxid de nichel-hidroxid. Influența curentului de scurgere dintre electrozi asupra autodescărcării este mică. Dar crește treptat odată cu durata de viață a bateriei. Disiparea căldurii în bateriile Ni-Cd depinde în mare măsură de gradul de încărcare. După ce bateria a câștigat 70 la sută din capacitatea, procesul de evoluție a oxigenului este activat. Ca urmare, datorită ionizării oxigenului la electrozii negativi, bateria este încălzită. La sfârșitul încărcării, temperatura din bateria Ni-Cd crește cu 10-15 grade Celsius. Dacă încărcarea este efectuată într-un mod accelerat, atunci creșterea temperaturii poate fi de 40-45 de grade Celsius.

După deconectarea de la sarcină, potențialul electrodului pozitiv (oxid de nichel) scade și sarcina straturilor profunde și de suprafață se egalizează treptat. După un timp, intensitatea autodescărcării scade. Pentru diferite serii de baterii Ni-Cd, autodescărcarea și stabilizarea capacității reziduale pot varia semnificativ. Autodescărcarea, pe lângă reducerea capacității, duce și la o scădere a tensiunii cu 0,03-0,05 volți. Acest fenomen se explică prin egalizarea treptată a sarcinii în adâncime și pe suprafața electrodului. În plus, are un efect pasivizarea parțială a masei active.

Depozitarea bateriilor cu nichel-cadmiu (precum și a bateriilor plumb-acid) la o temperatură scăzută reduce autodescărcarea. La 20 de grade Celsius, autodescărcarea este de două ori mai mare decât la 0.

Următoarea imagine arată un grafic al pierderii de capacitate pentru bateriile NiCd la diferite temperaturi.

Pentru a compensa autodescărcarea în timpul depozitării bateriei, o puteți pune la o încărcare cu curent scăzut. De obicei, valoarea curentului de încărcare este de 0,03-0,05 din capacitatea. Dar valoarea specifică este negociată de producătorul bateriei. Capacitatea de a rezista la o reîncărcare lungă este diferită pentru bateriile cu nichel-cadmiu de diferite modele. Bateriile alcaline nichel-cadmiu disc, care au electrozi lamelari de grosime mare, sunt cele mai puțin potrivite pentru reîncărcare. Dar există și astfel de modele care sunt capabile să reziste la reîncărcare timp de câteva luni fără consecințe.

În ceea ce privește caracteristicile energetice ale bateriilor Ni-Cd, acestea diferă și în funcție de tipurile de baterii.

Bateriile disc nichel-cadmiu cu 2 electrozi au caracteristici energetice specifice de 15-18 Wh pe kilogram si 35-45 Wh pe litru. Aceeași varietate, dar cu 4 electrozi, are de două ori caracteristicile energetice specifice. Pentru bateriile cilindrice Ni-Cd, aceste valori sunt de 45 Wh pe kilogram și 130 Wh pe litru.

Ce afectează descărcarea bateriilor Ni-Cd?

Caracteristicile de descărcare ale modelelor specifice depind de următoarele caracteristici:

• grosimea, structura, rezistența internă a electrozilor;
• densitatea de asamblare a grupurilor de electrozi;
• caracteristicile separatorului (grosime și structură);
• volumul electrolitului;
• caracteristici specifice de design ale bateriei.

Bateriile disc Ni-Cd cu electrozi grosi presați sunt utilizate în condiții de descărcare lungă. În acest caz, există o scădere treptată a capacității și a tensiunii la 1,1 volți. Când este descărcat la 1 volt, capacitatea rămâne aproximativ 5-10 la sută din valoarea nominală. Astfel de baterii reîncărcabile demonstrează o reducere semnificativă a tensiunii de descărcare și pierderea capacității bateriilor Ni-Cd cu o creștere a curentului de descărcare la o valoare de 0,2*C. Acest lucru se explică prin faptul că masa activă nu are capacitatea de a se descărca uniform la diferite adâncimi ale electrozilor.

Pentru bateriile care funcționează în modul de descărcare de intensitate medie, electrozii sunt subțiri, iar numărul lor crește la 4. Ca urmare, curentul de descărcare crește la 0,6 din capacitate.

Există și așa-numitele baterii cu descărcare scurtă. Sunt echipate cu electrozi ceramici-metali cu rezistenta interna scazuta. Aceste modele au cea mai mare performanță energetică dintre celelalte tipuri de baterii cu nichel-cadmiu. Tensiunea lor în timpul descărcării este menținută peste 1,2 volți până când epuizează 90% din capacitatea bateriei. Aceste baterii pot fi utilizate la descărcarea cu curenți mari (3÷5C).

De remarcat, de asemenea, bateriile cilindrice cu electrozi laminati. Aceste baterii moderne se pot descărca mult timp cu un curent de 7-10C. Pe graficele de descărcare prezentate mai sus, se poate observa că temperatura OC are un impact semnificativ asupra caracteristicilor bateriilor cu nichel-cadmiu. Bateria are cea mai mare capacitate la 20 de grade Celsius. Odată cu creșterea temperaturii, practic nu se schimbă. Dar când scade la 0 grade, capacitatea scade cu cât mai repede, cu atât valoarea curentului de descărcare este mai mare. Această scădere a capacității este asociată cu o scădere a tensiunii de descărcare, care este cauzată de o creștere a polarizării și a rezistenței ohmice. Rezistența crește din cauza volumului mic de electrolit.

Deci, compoziția alcaliului (electrolitul) și concentrația acestuia afectează în mod semnificativ caracteristicile bateriei. De aceasta depinde temperatura de formare a sărurilor, hidraților cristalini, gheții și a altor elemente.

Dacă electrolitul este înghețat, atunci descărcarea este în general exclusă. Temperatura de funcționare mai scăzută a bateriilor Ni-Cd este în majoritatea cazurilor de minus 20 de grade Celsius. Pentru unele tipuri de baterii, compoziția electrolitului este ajustată, iar limita inferioară a intervalului de temperatură este extinsă la minus 40 de grade Celsius.

Ce afectează încărcarea bateriilor Ni-Cd?

Când încărcați o baterie etanșă cu nichel-cadmiu, este important să limitați supraîncărcarea. La reîncărcare, presiunea din interiorul bateriei crește datorită eliberării de oxigen. Deci, eficiența utilizării curentului scade pe măsură ce te apropii de a 100-a încărcare.

În imaginea de mai jos, puteți vedea grafice care caracterizează dependența capacității în timpul descărcării unei baterii cilindrice.

Încărcarea bateriilor Ni-Cd este permisă în intervalul de temperatură 0÷40 grade Celsius. Intervalul recomandat este de 10-30 de grade. Absorbția de oxigen la electrodul de cadmiu încetinește pe măsură ce temperatura scade, rezultând o creștere a presiunii. Dacă temperatura este mai mare decât cea recomandată, atunci potențialul crește și oxigenul începe să fie eliberat foarte devreme pe electrodul pozitiv oxid-nichel. La aceeași temperatură, oxigenul este eliberat mai activ, cu atât este mai mare curentul de încărcare. În același timp, rata de absorbție a oxigenului rămâne aproape neschimbată. Pentru această valoare, această valoare depinde de designul bateriei sau, mai degrabă, de transportul oxigenului de la electrodul de cadmiu pozitiv la cel negativ. Acest lucru este afectat de densitatea aspectului, grosimea, structura electrozilor, precum și materialul separatorului și volumul electrolitului.

Cu cât grosimea electrozilor este mai mică și densitatea aranjamentului lor este mai mare, cu atât procesul de încărcare va fi mai eficient. Bateriile cilindrice cu electrozi rulați sunt cele mai eficiente în acest sens. Pentru ei, eficiența de încărcare aproape nu se schimbă atunci când curentul trece de la 0,1 la 1C. Producătorii numesc modul de încărcare standard, în urma căruia o baterie cu o tensiune de 1 volt este încărcată complet în 16 ore cu un curent de 0,1 din capacitate. Unele modele, când sunt încărcate în acest mod, necesită 14 ore. Indicatorii specifici depind deja de caracteristicile de proiectare și de volumul masei active.

Toate cele de mai sus sunt valabile pentru o sarcină galvanostatică. Aceasta este o sarcină la o valoare constantă a curentului. Dar încărcarea poate fi efectuată și cu o scădere lină sau treptă a puterii curentului în etapa finală a încărcării. Apoi, în stadiul inițial, curentul poate fi setat mult mai mult decât valoarea standard de 0,1 a capacității. Există adesea o nevoie reală de a crește viteza de încărcare. Problema este rezolvată cu utilizarea bateriilor, ale căror caracteristici fac posibilă primirea eficientă a unei încărcări de înaltă densitate. Curentul este menținut constant pe tot parcursul procesului de încărcare. De asemenea, sunt îmbunătățite sistemele de control care nu permit supraîncărcarea bateriei.

Bateriile cilindrice nichel-cadmiu sunt de obicei încărcate în următoarele moduri:

• 6─7 ore curent 0,2 din capacitate;
• 3─4 ore cu un curent de 0,3 din capacitate.

La accelerare, nu este recomandat să permiteți o reîncărcare mai mare de 120-140 la sută. Apoi, capacitatea va fi furnizată nu mai puțin decât valoarea nominală. Acumulatoarele Ni-Cd pentru lucrul în modurile accelerate sunt încărcate și mai repede (aproximativ o oră). Cu toate acestea, în ultimul caz, este necesar controlul tensiunii și temperaturii. În caz contrar, din cauza creșterii rapide a presiunii, poate începe procesul de degradare a bateriei.

După ce încărcarea este completă într-o baterie etanșă, oxigenul este încă eliberat din cauza oxidării ionilor de hidroxid la electrodul pozitiv. Datorită procesului de autodescărcare, potențialul scade, iar procesul de evoluție a oxigenului scade treptat și devine egal cu absorbția acestuia pe electrodul de cadmiu. Apoi presiunea scade. Cam asta, este dezasamblat în detaliu la link-ul specificat.

Canalul nespokoyniy a spus cum să restabiliți o baterie descărcată, care este instalată pe o șurubelniță. În cazul nostru, o baterie nichel-cadmiu. Puteți cumpăra tot ce aveți nevoie pentru recuperare cu transport gratuit în acest magazin chinezesc.
S-au demontat cutiile. Așa arată ei.

Am decis să refac, pentru că bateria cu nichel-cadmiu nu este încărcată. Motivul este că mai multe cutii nu câștigă capacitate și, în consecință, întreaga baterie nu acceptă o încărcare, nu este de lucru. Bateria are o capacitate de 1300. Am încercat să încărc un borcan cu acest dispozitiv, unul câte unul. M-am uitat cât de mult încarcă fiecare. În acest caz, dacă banca de sus a semnat 1781, 1888, asta în ciuda faptului că este scrisă norma 1300. Pe unii 68, 73, 50, alții sunt normali 1340, 1359. Unii sunt normali, alții nu preiau taxă.

Baterie sau orice sursă de aproximativ 12 volți. Am legat 2 fire plus sau minus pe genunchi si fac asa-zisa pornire a bateriei. Pe un borcan, care este de 1,2 volți, atingem firele. Există un mic clic, pentru o secundă, eliminați. Facem asta de 3-4 ori.
După aceea, începem să încărcăm într-un mod nou de pe IMAX B6. În prezent se încarcă. Se vede că 1382 a marcat deja în aproximativ 1,5 ore. 1383, 1,76 volți, procesorul decide câtă tensiune să dea. Mai întâi programăm, apoi setăm. O bancă de 1,2 volți, în încărcare. Cel care a marcat 1387 nu mai ia. Inițial au fost furnizate 71. Deja, aproximativ, 1400. După o astfel de pornire, o scurtă atingere cu o tensiune puternică, de aproape 10 ori. Tot aici, să nu ne mișcăm, crocodilii se pot desprinde. Era și o bancă, s-a indicat 40, s-au format 1426 și altele asemenea, banca era 80 cu ceva, adică toată lumea câștigă mai mult de 1300. Astfel, se plănuiește să o alunge. Mai sunt câteva borcane de făcut pentru această baterie.
Continuare de la 4 minute la videoclipul despre metoda de recuperare a unei baterii nichel-cadmiu scoase din funcțiune.

Există o cale.

Trei moduri de a repara o baterie de șurubelniță

Dacă bateria de șurubelniță nu este în funcțiune, atunci există mai multe moduri de a o repara.

1. Înlocuiți un borcan „mort”.

Să analizăm această metodă folosind exemplul unei șurubelnițe pentru 12 V, NiCd (baterie nichel-cadmiu). Bateria sa în interior are 10 cutii de 1,2 volți conectate în serie, ceea ce ne oferă 12 volți la ieșire (1,2 * 10 = 12). Capacitatea tuturor cutiilor este aceeași, de exemplu 1,5 Ah.

2. Înlocuiți complet toate elementele

3. Convertiți bateria în litiu ion

Este necesar să achiziționați celule cu litiu de mare curent cu capacitatea necesară în China, o placă de echilibrare BMS pentru a le încărca. Puteți cumpăra un alt conector și încărcător pentru aceste cutii. Dar puteți încărca cu un încărcător standard. Detalii despre această modificare pot fi găsite pe canalul meu.
https://zen.yandex.ru/media/master_dom/

Reparație baterie șurubelniță Makita

Salutare dragi cititori. Prietenul meu are o șurubelniță bună Makita 6271. „Shurik” este grozav, deși vechi, dar bateriile s-au consumat cu mult timp în urmă. Mi-a cerut să convertesc bateriile în litiu ion. Am comandat toate componentele în China, am așteptat coletele și am început să lucrez.
Dintre vechile „cutii” veți avea nevoie doar de cele două de sus, pe care se află blocul terminal.

Eliberăm carcasa și scoatem toate proeminențele de plastic din ea.

Am decis să instalez 3 baterii, precum 18650, o placă de echilibrare de 20 A și o priză de încărcare. Bateriile au nevoie de curent mare, cu un curent de descărcare de 20 sau 30 A.

Bateriile sunt răsucite cu bandă electrică și lipite. Trebuie să lipiți rapid, fără a supraîncălzi borcanul.

Apoi am lipit firele necesare la baterii, urmând schema de pe placa.


Firele au durat inițial mai mult decât era necesar.

După lipire, am lipit contactele cu bandă dublu-față.


Priză, bornele și senzorul de temperatură (TD) conectate după cum urmează:


Senzorul în sine arată așa. Trebuie dezlipit de la borna negativă și lipit la contactul B, ceea ce vă va permite să încărcați bateria cu încărcare nativă.