Нікель кадмієві акумулятори, як заряджати і зберігати. З історії створення

Незважаючи на те, що нікель- кадмієві акумуляториз цього року заборонені до виробництва в країнах Євросоюзу, ці невпинні трудівники досі використовуються у багатьох недорогих та потужних автономних пристроях (шуруповерти, електробритви, ліхтарі).

Навіть якщо в інструкції з експлуатації про тип акумулятора пристрою нічого не сказано, визначити те, що саме нікель-кадмієвий акумулятор служить джерелом струму досить просто - найчастіше час зарядки вказується в діапазоні 5-12 годин і є вказівкою на необхідність самостійного вимкнення зарядного заряду. часу заряду.

Для нікель- кадмієвих батарейкраще швидка імпульсна зарядка ніж повільна постійним струмом. Ці батареї можуть видати більшу потужність, що визначає їх вибір для потужних автономних пристроїв. Нікель-кадмієві батареї єдиний тип батарей, який витримує повну розрядку при великому навантаженні без наслідків. Інші типи батарей вимагають неповної розрядки при відносно невисоких навантаженнях потужності.

Нікель-кадмієві батареї не люблять тривалої зарядки при невеликому епізодичному навантаженні. Періодична повна розрядка необхідна для них як повітря для людини - за відсутності повної розрядки на електродах утворюються великі кристали металу (що призводить до прояву так званого "ефекту пам'яті") - акумулятор стрибкоподібно втрачає свою ємність. Для довгої та ефективної роботи NiCd батарей необхідні цикли обслуговування батареї - повна розрядка з наступною повною зарядкою, виходячи з більшості рекомендацій - раз на місяць, у крайньому випадку раз на 2-3 місяці.

Нікель-кадмієві акумулятори є «дурностійкими» із сучасних масових акумуляторів - для їх використання не потрібно навіть системи моніторування параметрів акумулятора, що визначає їх використання в недорогих і потужних пристроях.

Заряджання малими струмами за 5-12 годин дозволяє обійтися без будь-яких застережень у вигляді систем контролю заряду-розряду. При перезарядженні акумулятор просто повільно втрачатиме ємність (на радість виробника). Необхідно пам'ятати про це під час використання «bad-boy» зарядних пристроїв (зарядних без механізму) автоматичного контролюзаряду). Тому, найкраще заряджати повністю розряджений акумулятор і суворо дотримуватися часу заряджання, що дозволить зберегти ємність NiCdакумулятора досить довгий час.

При використанні «швидкої» зарядки (з часом заряду менше 5 годин) бажано мати зарядний пристрій з температурним датчиком, оскільки при заряді підвищується температура акумулятора, разом із температурою зростає ємність, із зростанням ємності зарядний прилад може перезарядити батарею понад необхідний рівень, що призводить до ще більшого зростання температури (явище «терморозгону» акумулятора) і, як мінімум, до погіршення параметрів батареї. Подібна ситуація існує і при заряді батареї за низьких температур. Датчик температуридозволяє зрушити параметри заряду в залежності від температури акумулятора, а також відключити батарею від заряду при перевищенні швидкості зростання температури вище 1 градуса Цельсія за хвилину або після досягнення температури батареї 60 градусів Цельсія що дозволяє уникнути трагічних наслідків терморозгону.

Як ілюстрація необхідності термодатчика в зарядному можу навести приклад дворічної давності заряду нікель-кадмієвої батареї для професійного шуруповерта на зарядному без термодатчика (на фото - це зарядний пристрій), що дозволяє заряджати батарею прискореним темпом - за годину. У той час була температура в квартирі близько 30 ° C, зарядне автоматично повинно заряджати акумулятор до досягнення цільової напруги і автоматично вимикатися, що англійською по-білому було сказано в інструкції з безпеки. Вранці перший акумулятор з комплекту був заряджений без будь-яких ексцесів - через 50 хвилин зарядне відключилося, ближче до вечора другий акумулятор при заряді зробив сюрприз: через відсутність термодатчика в зарядному, батарея увійшла в режим терморозгону. Так як заряд був прискореним, проблема була помічена пізно – коли акумулятор пішов димом і став розбризкувати гарячий електроліт. Швидко відключений від мережі зарядник вдалося врятувати. Акумулятор ж ще довго сопів в агонії, намагаючись заподіяти якомога більше шкоди при відході в інший світ, проте йому це не вдалося і шкода обмежилася вартістю самого акумулятора - 15USD. З тих пір зарядний пристрій підключається до мережі через таймер.

Незважаючи на свої недоліки, нікель-кадмієві акумулятори досі є серед нас. Сподіваюся, трохи теорії та практичного досвіду, викладеного у статті, дозволять читачеві отримати від нікель-кадмієвого акумулятора свого пристрою максимум того, на що він здатний.

Copyright © Дмитро Спіцин, 2009.

Нікель-кадмієві акумулятори (Ni-Cd) Наразівсе ще досить широко використовуються у народному господарстві. За своєю конструкцією вони відносяться до групи лужних акумуляторів. Ці батареї користуються попитом, незважаючи на те, що їх виробництво та застосування обмежується з міркувань охорони. довкілля(Кадмій є отруйною речовиною). Але повністю відмовитися від них не виходить, оскільки ці акумулятори використовують у пристроях, де інші батареї працювати не можуть. Зокрема це експлуатація з розрядними та зарядними струмами великої величини. Це досить прості в обслуговуванні пристрої з тривалим терміном експлуатації. Тому вони заслуговують на розгляд в окремій статті.

Перший нікель-кадмієвий акумулятор створив Вальдмар Юнгнер ще 1899 року. Але тоді виробництво цих лужних акумуляторів коштувало значно дорожче, ніж інші види батарей. Так що про цей винахід на деякий час забули. В 1932 був розроблений метод осадження активного матеріалу на пористий нікелевий електрод. Це наблизило випуск промислових акумуляторів Ni-Cd.

У 1947 році було проведено низку робіт, в ході яких здійснили рекомбінацію газів, що виділяються при заряді, без їх відведення. У результаті світ з'явилися герметичні Ni-Cd акумулятори, які застосовуються досі. Серед виробників нікель-кадмієвих акумуляторів можна назвати такі великі компанії, як GP Batteries, Samsung, Варта, GAZ, Konnoc, Advanced Battery Factory, Панасонік, Metabo, Ansmann та інші.

Незважаючи на широке поширення в народному господарстві за останні десятиліття, нікель-кадмієві акумулятори поступово звужують сферу застосування. Їх поступово тіснять нікель-металогідридні, а також літієві батареї.

Зокрема Ni-Cd батареї поступаються їм місцем портативної техніки. Причиною тому є небезпека кадмію для людини та навколишнього середовища. Для утилізації таких акумуляторів потрібно спеціальне обладнаннядля уловлювання кадмію. для автомобіля проводиться простіше, швидше та краще відпрацьована. Але досі існує досить багато напрямків, де нікель-кадмієві батареї незамінні.

Застосування нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Нікель-кадмієві акумулятори з невеликими розмірами застосовуються в технічних пристроях, що вимагають своєї роботи великий струм. У таких умовах Ni-Cd акумулятори видають стабільну потужність і не перегріваються, на відміну від інших типів. акумуляторних батарей. Нікель-кадмієві акумулятори широко використовуються в тролейбусах, трамваях, ролі тягових АКБна електричних автомобілях, зустрічаються промислові акумулятори Ni-Cd. Крім того, широке застосування вони знайшли на морському та річковому транспорті.

Ni-Cd акумулятори можна зустріти у вертольотах та літаках у ролі бортових батарей, у портативних інструментах (шуруповерт, перфоратор тощо). Однак в інструментах все частіше зустрічаються літієві батареї. Нікель-кадмієві акумуляторні батареї поки не можуть замінити в портативних пристроях, які мають споживання великої потужності. Хоча в деяких пристроях їх успішно замінюють, які не мають у своєму складі шкідливого кадмію.

Широке застосування знайшли Ni-Cd батареї у дисковому виконанні. Цей варіант широко використовувався як батарея для живлення енергонезалежної пам'яті в перших персональних комп'ютерах. Вони були розпаяні на материнській платі. Згодом їх замінили літієвими акумуляторами. Дискові батареї також широко застосовувалися у фотоапаратах, спалахах, калькуляторах, ліхтариках, радіоприймачах, слухових апаратах тощо.

Ni-Cd акумулятори можуть довго зберігатися, прості в обслуговуванні, малочутливі до низьких температур, мають низький внутрішній опір та малу питому вагу. Все це поки що переважує негативний моментпов'язаний з наявністю в них отруйного кадмію Нікель-кадмієві акумулятори, як і раніше, домінують при використанні в авіації, військовій техніці, пристроях мобільного радіозв'язку. Додатково можна прочитати матеріал про те, як відновлюються Ni-Cd.

Влаштування нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Конструкція Ni-Cd акумуляторів

Конструктивно нікель-кадмієвий акумулятор є позитивним і негативним електродом, розділеним сепаратором. Вони занурені в лужний електроліт і все це закрито в металевому герметичному корпусі. Позитивний електрод має у своєму складі NiOOH (оксид-гідроксід нікелю). У складі негативного є кадмій (Cd) в компаунді. У ролі електроліту виступає розчин KOH (гідроксід калію). Це сильний луг, що не має запаху. Переваги KOH у тому, що речовина не вибухонебезпечна та не пожежонебезпечна. Масова частка KOH в електроліті за ГОСТ Р 50711-94 повинна становити не менше 85 відсотків у твердому та не менше 45 відсотків у рідкому вигляді.

Щоб збільшити площу поверхні електродів, їх випускають із фольги малої товщини. Сепаратор між електродами виготовляється з нетканого матеріалу, який не взаємодіє зі лугом. Сам електроліт у процесі реакції не витрачається.

Один нікель-кадмієвий елементвидає напругу близько 1 вольта. Тому вони об'єднуються в батареї із густиною енергії приблизно 60 Вт-год на один кілограм.

На зображенні нижче можна переглянути основні елементи лужного нікелю кадмієвого акумулятора серії KL.

Борн або струмовивід призначений для знімання струму з акумулятора і виступає як клема для з'єднання батарей. Через пробку забезпечується заливка електроліту, а також вихід газу, що утворюється у процесі заряджання. З'єднання електродів разом з контактними планками забезпечує знімання та подачу з електродів на борн. Контактні планки мають зварне з'єднання з електродами.

Електрод є ламелі, розташовані горизонтально. У них знаходиться активна речовина у перфорованій стрічці зі сталі. Ребро дає жорсткість електрода та забезпечує перетікання струму на контактну планку. Електроди різної полярності поділяються рамковим сепаратором, який перешкоджає вільної циркуляції електроліту.

Реакції, що проходять на електродах Ni-Cd акумулятора

Процеси на позитивному електроді

Основні електрохімічні реакції, що протікають на позитивному електроді нікель-кадмієвої акумуляторної батареї, можна описати такими формулами:

У процесі заряду

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

У процесі розряду

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

Оксид-гідроксід нікелю (NiOOH) на позитивному електроді може бути у двох варіантах:

• ?- Ni(OH) 2;
• ?-Ni(OH) 2 .

Ці форми розрізняються за своєю щільністю та гідратацією. Якщо батарея розряджена, то на позитивному електроді є обидві форми гідроксиду нікелю. Коли Ni-Cd акумулятор заряджається, форма?-Ni(OH) 2 перетворюється на?-NiOOH. При цьому кристалічні грати речовини дещо змінюються. На заключній стадії зарядки відбувається освіта?-NiOOH. Кількість фаз? і? гідроксиду нікелю залежатиме від конкретних умов заряду.

Фаза? інтенсивно утворюється при великої швидкостізаряджання або при перезарядженні. В результаті утворення?-NiOOH відбувається докорінна перебудова структури оксидів. Для порівняння, щільність фази? становить 4,15, а фази?-3,85 гр./см 3 . З цієї причини при перезарядженні акумулятора Ni-Cd відбувається зміна об'єм активної маси позитивного електрода. Електрохімічні властивості? і? також відрізняються. Для форми?-NiOOH заряд проходить менш ефективно і коефіцієнт використання струму в цьому випадку менше форми?. Форма? також має менший розрядний потенціал і саморозряд вдвічі менший, ніж для?

Процеси на негативному електроді

На негативному електроді нікель-кадмієвої батареї протікають наступні реакції:

При заряді

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

При розряді

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

Місткість кадмієвого електрода в нікель-кадмієвих батареях перевищує ємність позитивного електрода приблизно на 20-70 відсотків. З цієї причини вважається, що потенціал негативного електродапри заряді-розряді залишається незмінним.

Загальні процеси в Ni-Cd акумуляторі

У нікель-кадмієвої батареїпротікають такі реакції:

При заряді

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

При розряді

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

У процесі перезаряджання на позитивному електроді протікає наступна реакція:

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

Тобто виділяється кисень, який через сепаратор доходить до негативного електрода і там за його участю йде наступна реакція:

1/2O2 + Cd + H 2 O? Cd(OH) 2

В результаті відбувається замкнута реакція щодо кисню. Це стабілізує тиск у нікель-кадмієвому акумуляторі при перезарядженні. Величина тиску в батареї значною мірою залежить від швидкості транспортування кисню між позитивним та негативним електродами. У процесі перезаряджання на негативному кадмієвому електроді може виділятися водень:

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

Потім він окислюється на позитивному електроді. Реакція виглядає так:

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

Утворення водню в герметичний акумулятор- Це небезпечний процес. Якщо швидкість його поглинання буде низькою, це може призвести до його накопичення. А це вже вибухонебезпечно. Тому в герметичних нікель-кадмієвих акумуляторах ємність кадмієвого електрода роблять значно більшою, ніж позитивного.

Місткість такої герметичної батареї визначається саме значенням ємності оксидно-нікелевого електрода.

Характеристики нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Номінальна напруга нікель-кадмієвих акумуляторів герметичних становить 1,2 вольта. Заряд струмом 1/10 від ємності відбувається за 16 годин. Вимір ємності Ni-Cd акумулятора проводиться при розряді струмом 2/10 від номінальної ємностідо напруги один вольт.

Нижче на зображенні можна побачити розрядні характеристики нікель-кадмієвих акумуляторів при різних режимах розряду.

На графіках нижче можна переглянути залежність розрядної ємності від навантажувального струму та температури.

Саморозряд нікель-кадмієвих акумуляторів залежить переважно від термодинамічної нестійкості електрода з оксиду-гідроксиду нікелю. Вплив струму витоку між електродами на саморозряд невеликий. Але поступово збільшується згодом експлуатації батареї. Тепловиділення в Ni-Cd акумуляторах багато в чому залежить від рівня зарядженості. Після того, як акумулятор набрав 70 відсотків ємності, активізується виділення кисню. Через війну через іонізації кисню на негативних електродах відбувається розігрів акумулятора. Після закінчення зарядки температура в Ni-Cd акумуляторі піднімається на 10-15 градусів за Цельсієм. Якщо заряд здійснюється у прискореному режимі, то збільшення температури може становити 40-45 градусів за Цельсієм.

Після відключення від заряду потенціал позитивного (оксидно-нікелевого) електрода зменшується і відбувається поступове вирівнювання заряду глибинного та поверхневого шару. Через деякий час інтенсивність саморозряду знижується. У різних серій Ni-Cd акумуляторів саморозряд та стабілізація залишкової ємності можуть значно відрізнятися. Саморозряд, крім зниження ємності, ще призводить до зниження напруги на 0,03-0,05 вольта. Це пояснюється поступовим вирівнюванням заряду в глибині та на поверхні електрода. Крім того, вплив має часткова пасивація активної маси.

Зберігання нікель-кадмієвих акумуляторів (як і свинцево-кислотних) при низькій температурі знижує саморозряд. При 20 градусах Цельсія саморозряд вдвічі більше, ніж за 0.

На наступному зображенні показано графік зміни втрати ємності для нікель-кадмієвих акумуляторів за різних температур.

Щоб компенсувати саморозрядність при зберіганні акумулятора, можна поставити його на підзарядку малим струмом. Зазвичай величина струму підзаряду становить 0,03-0,05 від ємності. Але конкретне значення визначається виробником акумулятора. Здатність витримувати тривалий перезаряд у різна у нікель-кадмієвих акумуляторів різної конструкції. Дискові лужні нікель-кадмієві акумулятори, які мають ламельні електроди великої товщини, до перезаряду пристосовані найменше. Але є й такі конструкції, які можуть без наслідків витримати перезаряд кілька місяців.

Що стосується енергетичних параметрів Ni-Cd акумуляторів, то вони також різняться залежно від різновидів батареї.

Дискові нікель-кадмієві акумулятори з 2 електродами мають питомі енергетичні характеристики 15-18 Вт-год на кілограм та 35-45 Вт-год на літр. Той самий різновид, але з 4 електродами має питомі енергетичні характеристики вдвічі більше. Для циліндричних Ni-Cd акумуляторів ці величини становлять 45 Вт-год на кілограм та 130 Вт-год на літр.

Що впливає на Ni-Cd акумулятори?

Розрядні характеристики конкретних моделей залежать від таких характеристик:

• товщина, структура, внутрішній опір електродів;
• щільність збирання груп електродів;
• характеристики сепаратора (товщина та структура);
• об'єм електроліту;
• Специфічні особливості конструкції батареї.

Дискові акумулятори Ni-Cd з пресованими електродами великої товщини використовуються в умовах тривалого розряду. У цьому випадку відбувається поступове зниження ємності та напруги до 1,1 вольта. При розряді до 1 вольта ємності залишається близько 5-10 відсотків від номіналу. Такі акумуляторні батареї демонструють значне зниження розрядної напруги і ємності Ni-Cd акумуляторів, що втрачається, при зростанні струму розряду до величини 0,2*C. Пояснюється це тим, що активна маса не може рівномірно розряджатися на різній глибині електродів.

Для акумуляторних батарей, що працюють у режимі розряду середньої інтенсивності, робляться електроди меншої товщини, і збільшується їх кількість до 4. У результаті струм розряду зростає до 0,6 від ємності.

Є ще так звані короткорозрядні акумулятори. Вони встановлені металлокерамические електроди з малим внутрішнім опором. Ці моделі мають найвищі енергетичні показники серед інших різновидів нікель-кадмієвих акумуляторів. У них напруга при розряді тримається вище 1,2 вольта доти, доки вони не вичерпають 90 відсотків ємності батареї. Ці акумулятори можуть використовуватись при розрядженні великими значеннями струму (3-5С).

Варто відзначити ще циліндричні батареї з рулонними електродами. Ці сучасні акумуляториможуть розряджатися тривалий час струмом 7-10С. На графіках розряду, представлених вище, можна бачити, що температура ОС істотно впливає на характеристики нікель-кадмієвих акумуляторів. Найбільше значення ємності акумулятор має за 20 градусів Цельсія. У разі підвищення температури вона практично не змінюється. Але за зниженні до 0 градусів ємність падає тим швидше, що більше величина струму розряду. Це зниження ємності пов'язане із зменшенням розрядної напруги, що викликане зростанням поляризаційного та омічного опору. Опір зростає через малий обсяг електроліту.

Так що склад лугу (електроліту) та її концентрація істотно відбиваються на характеристиках акумулятора. Від цього залежить температура утворення солей, кристалогідратів, льоду та інших елементів.

Якщо електроліт замерз, то розряд взагалі виключено. Нижнє значення робочої температури Ni-Cd акумуляторів у більшості випадків становить мінус 20 градусів за Цельсієм. Для деяких видів батарей склад електроліту коригується і нижня межа температурного діапазону розширюється до мінус 40 градусів Цельсія.

Що впливає на заряд Ni-Cd акумуляторів?

При зарядці герметичного нікель-кадмієвого акумулятора важливим є обмеження перезаряджання. При перезарядці збільшується тиск усередині батареї через виділення кисню. Так, що ефективність використання струму падає в міру наближення до 100-ї зарядки.

На зображенні нижче можна переглянути графіки, що характеризують залежність ємності при розряді циліндричного акумулятора.

Заряджання Ni-Cd акумуляторів допускається проводити в температурному діапазоні 0-40 градусів Цельсія. Рекомендований інтервал 10-30 градусів. Поглинання кисню на кадмієвому електроді сповільнюється при зниженні температури, що призводить до зростання тиску. Якщо температура вище за рекомендовану, то зростає потенціал і на позитивному оксидно-нікелевому електроді кисень починає виділятися дуже рано. При рівній температурі кисень виділяється тим активніше, що більше струм заряду. У цьому швидкість поглинання кисню майже змінюється. Ця величина залежить від конструкції батареї, а точніше, від транспортування кисню від позитивного до кадмієвого негативного електрода. На це впливає щільність компонування, товщини, структура електродів, а також матеріалу сепаратора та об'єму електроліту.

Чим менша товщина електродів і чим вища щільність їх компонування, тим ефективніше проходитиме процес заряду. Циліндричні акумулятори з рулонними електродами є найефективнішими у цьому плані. Їх ефективність заряду при зміні струму від 0,1 до 1С майже змінюється. Стандартним виробники називають режим заряджання, в результаті якого батарея з напругою 1 вольт повністю заряджається за 16 годин струмом 0,1 від ємності. Деякі моделі заряду в такому режимі потребують 14 годин. Конкретні показники вже залежать від конструктивних особливостей та обсягу активної маси.

Все сказане вище справедливо для гальваностатичного заряду. Це заряд за постійного значення сили струму. Але заряд може також вестись із плавним або ступінчастим зниженням сили струму на заключній стадії зарядки. Тоді на початковому етапі струм може встановлюватися набагато вище. стандартного значення 0,1 від ємності. Часто буває реальна необхідність збільшення швидкості зарядки. Проблему вирішують із використанням акумуляторів, характеристики яких дозволяють ефективно приймати заряд струмом високої густини. Струм підтримується постійним протягом всього процесу заряджання. Також удосконалюються системи контролю, які не допускають перезаряджання батареї.

Циліндричні нікель-кадмієві акумулятори зазвичай заряджаються в наступних режимах:

• 6-7 годин струмом 0,2 від ємності;
• 3-4 години струмом 0,3 від ємності.

При прискоренні не рекомендується допускати перезарядження більше 120-140 відсотків. Тоді буде забезпечена ємність не менше від номіналу. Ni-Cd акумулятори для роботи в прискорених режимах заряджаються ще швидше (приблизно близько години). Однак у разі потрібен контроль напруги і температури. Інакше, через швидке зростання тиску, може початися процес деградації акумуляторів.

Після того, як заряд закінчено в герметичному акумуляторі, ще триває виділення кисню через окислення гідроксильних іонів на позитивному електроді. За рахунок процесу саморозряду зменшується потенціал і процес виділення кисню поступово зменшується і стає рівним поглинанню його на кадмієвому електроді. Тоді тиск зменшується. Про те, детально розібрано за вказаним посиланням.

Експлуатація нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Поступово при експлуатації нікель-кадмієвих акумуляторів у них відбуваються зміни, що впливають на працездатність. Ці зміни викликають поступове падіння напруги акумулятора та зниження його розрядної ємності.

Які фактори призводять до відмови в роботі акумуляторів Ni-Cd:

• Зменшення робочої поверхні електродів;
• втрата активної маси електродів;
• зміна складу та об'єму лужного електроліту, а також його перерозподіл у батареї;
• виникнення витоків по провідникам, спричинені зростанням дендритів кадмію;
• процеси, пов'язані з незворотною витратою води та кисню;
• розпад органічних речовин.

Зміни у позитивному електроді (оксидно-нікелевий)

Після певної, досить великої кількості циклів відбувається зміна щільності активної маси позитивного електрода. Виникає так зване набухання оксидно-нікелевого електрода. Крім того, зменшується його міцність. В результаті знижується якість контакту активної маси з основою електрода. Як наслідок, падає електрична провідність електрода та зменшується ємність акумулятора.

Зменшення міцності позитивного електрода викликається в основному через регулярний перезаряд. Як говорилося вище, це супроводжується виділенням кисню у герметичному корпусі акумулятора. У батареях з електродами з металокераміки ці зміни спостерігаються значно меншою мірою. Під час експлуатації нікель-кадмієвих акумуляторів спостерігається збільшення кристалів активної маси. Це призводить до зменшення робочої поверхні електродів та падіння ємності.

Зміни у негативному електроді (кадмієвий)

На кадмії електроді основним процесом, що викликає його деградацію, є міграція активної маси. У акумулятора, що відпрацював тривалий час Ni-Cd, активну масу негативного електрода можна знайти як в сепараторі, так і на позитивному електроді. Внаслідок цього спостерігається втрата активної маси, а також блокування поверхневого шару негативного електрода.

Це погіршує доступ лужного електроліту всередину електрода. В результаті зростає внутрішній опір акумулятора. Міграція активної маси та наростання дендритів крізь сепаратор до позитивного електрода викликає короткі замикання та наростання саморозряду. Як і в оксидно-нікелевому електроді, так і в кадмієвому укрупнюються кристали і набухає активна маса.

Термін служби нікель-кадмієвого акумулятора скорочують інші незворотні процеси. Зокрема, через високий окисний потенціал позитивного електрода, на ньому окислюються органічні домішки. Це спеціальні стабілізуючі та активуючі добавки у цьому типі акумуляторів. Металокерамічна основа електрода при своєму окисненні споживає воду і виділяє гідроксид нікелю (Ni(OH) 2).

Збільшення тиску в нікель-кадмієвому акумуляторі також згубно впливає на стан акумулятора. Коли знижується ємність кадмієвого електрода, змінюється баланс ємностей позитивних і негативних пластин. У результаті створюються умови виділення водню. При малої швидкостіРекомбінація водень починає накопичуватися і виникає загроза різкого збільшення тиску. Така картина часто спостерігається при швидкому заряді. У призматичних та дискових моделей Ni-Cd акумуляторів при підвищеному тиску корпус може деформуватися. Герметичність може зберегтися, але щільність складання порушується, зростає внутрішній опір батареї і знижується розрядна напруга.

Варто пам'ятати, що водень також накопичується при постійній розрядці батареї до 0 вольт. Крім того, всередині акумулятора є азот, що потрапляє туди під час герметизації. Так що всередині ще відбувається відновлення нітратів, що знаходяться в електроліті. Це також спричиняє збільшення тиску. У лужних нікель-кадмієвих акумуляторів є аварійний клапан, щоб скинути тиск. Але робиться це одноразово, оскільки при цьому відбувається незворотні зміни у хімічному елементі.

Свій внесок у падіння працездатності Ni-Cd акумулятора вносить і лужний електроліт. Точніше зміна його складу та обсягу. В результаті зміни структури та набухання електродів відбувається відбір електроліту. В результаті зростає внутрішній опір батареї. Склад електроліту поступово змінюється. Порівняно з первісним станом може значно збільшиться об'єм карбонатів. Електропровідність електроліту знижується, і параметри батареї при розряді погіршуються. Особливо це помітно при низьких температурах.

Як впливає експлуатація та температура на процес деградації

Одним з найбільш важливих факторів, що впливають на процес деградації нікель-кадмієвого акумулятора, є температура. При підвищенні температури на кожні десять градусів хімічні процеси пришвидшуються у два-чотири рази.

Вплив температури стає ще помітнішим при збільшенні струму заряду, оскільки це призводить до нагрівання батареї при перезарядженні. Зменшення ємності кадмієвого електроліту за низької температури перевищуватиме зниження ємності позитивного електрода. Це накладає деякі обмеження на використання акумуляторів у північних регіонах. У такій ситуації при заряді зростає швидкість виділення водню.

На процес деградації нікель-кадмієвих акумуляторів великий впливнадає характеру експлуатації. Що сюди входить:

• глибина та режим розряду;
• режим заряджання;
• тимчасовий інтервал між зарядом і розрядом (якщо циклування безперервне);
• періоди зберігання та експлуатації.

Нижче на графіку можна бачити тривалість роботи акумулятора в циклах залежно від глибини розряду.

Слід зазначити, що Ni-Cd акумулятори мають досить високу стійкість до випадкового перезаряду. Якщо перерозряд відбувається нечасто, водень легко рекомбінується. Під час усунення поляризації напруга батареї відновлюється.

При постійній підзарядці нікель-кадмієвих акумуляторів необхідно забезпечити струм, що дорівнює 0,03-0,05 від номінальної ємності. Якщо батарея постійно експлуатується в такому режимі, крім величини струму впливає і температура ОС. Коли температура підвищується, збільшується утворення кисню. Це прискорює деградацію акумулятора. З метою функціонування з безперервною підзарядкою (температура 50-55 градусів Цельсія) було створено спеціальні моделі циліндричних акумуляторів. Вони мають електроди рулонного типу з терміном експлуатації щонайменше 4 роки. У цих батареях скоригований склад електроліту та зроблено підготовку для прискорення поглинання газів.

Якщо розряджати Ni-Cd акумулятор після тривалого підзаряду, його ємність буде трохи нижче, ніж у акумуляторів, заряджених з нуля. Але це явище тимчасове і ємність прийде у норму після кількох циклів заряд-розряд.

Маркування лужних нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Маркування Ni-Cd акумуляторів може виглядати так:

40 НК, K, L, H; 250 P(П), K

Символи позначають таке:

• 40 - кількість акумуляторів батареї або блоці батареї;
• НК, К - нікель-кадмієвий типакумулятора (позначення ПК відповідає ТУ 16-90 ИЛВЕ.563330.001ТУ, позначення відповідає МЕК 623, ГОСТ Р МЭК 60623-2002);
• L, H – тип Ni-Cd акумулятора залежно від режиму розряду (L – тривалий режим розряду, Н – короткий режим розряду);
• 250 - значення номінальної ємності (ампер-годинник);
• Р(П) – пластикове виконання бака акумуляторної батареї;
• К - каркасне виконання блоку акумуляторів.

Плюси та мінуси нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Насамкінець коротко нагадаємо переваги і недоліки нікель кадмієвих акумуляторів.

Плюси Ni-Cd акумуляторів

• Велика кількість циклів заряд-розряд (більше 1000);
• Тривалий термін зберігання незалежно від ступеня зарядженості;
• Швидкий та простий спосіб заряду;
• Витримують серйозне навантаження;
• Є можливість роботи за низьких температур;
• Добре підходять для твердих умов експлуатації;
• Зберігають ємність за низьких температур;
• Коштують недорого.

Мінуси Ni-Cd акумуляторів

• Ефект пам'яті та необхідність робіт з його усунення;
• Досить високий рівень саморозряду;
• Низька енергетична густина в порівнянні з іншими типами акумуляторних батарей;
• Токсичність матеріалів. Особливо це стосується кадмію. У низці країн заборонено виробництво та використання таких батарей. Потрібне спеціальне обладнання та технологія для їх утилізації.

Ось і все, що зараз хотілося розповісти про нікель-кадмієві акумулятори. Якщо у вас є запитання чи доповнення на тему, то залишайте їх у коментарях.

Опубліковано в

Кадмієвий акумулятор – затребуване джерело енергії, яке використовують для комплектації побутової техніки. Вони зараховані до лужних типів. Ними оснащують ті агрегати та пристрої, до складу яких не можна запровадити інші моделі.

До складу нікель кадмієвих акумуляторів введені мінусові та плюсові струмопровідні висновки, для поділу яких використано сепаратор. Внутрішня частиназаповнена лужним електролітичним складом. Корпус для нікель кадмієвих батарей підготовлений із спеціального металу, герметично запаяний.

Щоб забезпечити найкращий контакт, для підготовки електродів використовують фольгу, що відрізняється невеликою товщиною. Для конструювання сепаратора, який зосереджують між виводами в батареях нікель кадмієвих застосовують ткану сировину. Адже він не взаємодіє із лужним електролітом.

Для підключення акумуляторної батареї до інших нікелевих кадмієвих джерел живлення застосовують борн. До складу пристрою нікель кадмієвих акумуляторів входять зварні з'єднання, за допомогою яких забезпечується щільне з'єднання.

Переваги нікель-кадмієвих джерело живлення

• Чисельність циклів розряду та заряду досягає 1000 і більше.
• Період зберігання таких пристроїв є тривалим. При цьому рівень зарядженості агрегату не впливає на цей показник.
• Технологія заряджання нікель кадмієвих акумуляторів відносно проста. Її зможуть продати і новачки-автомобілісти.
• Експлуатувати такі джерела живлення можна й у зимовий період, за жорстких умов.
• Місткість не знижується навіть за мінусової температури.

Негативні сторони

• Пристрої мають таку властивість, як «ефект пам'яті». Для його усунення виникає потреба у проведенні певних заходів.
• Рівень саморозряду підвищений.
• Якщо порівняти cd акумулятори з іншими джерелами живлення, можна виділити їх невисоку енергетичну щільність.
• Для підготовки застосовано токсичні компоненти. Тому деякі держави не використовують акумуляторні батареї, не займаються їх виготовленням.
• Для утилізації таких агрегатів використовують відповідне обладнання. У нашій країні нікель кадмієвих агрегатів готують установки для утилізації, переробки.

Заряд, розряд нікель-кадмієвих акумуляторних батарей

Процес розряду

Розрядні параметри джерела живлення багато в чому залежать від конструктивних особливостей, характеристик електродів та струмовивідів. Вони ж визначають величину напруги та внутрішнього опору.

Розрядні параметри залежать від:

• Особливості та структури сепаратора.
• Якості збирання.
• Кількість електролітичного складу, яким заповнений корпус.
• Інше.

При тривалому розряді nicd джерела фахівці рекомендують користуватися дисковими батарейками, доповненими великогабаритними пресованими висновками. Тому при невеликому збільшенні струму розрядна ємність, а також напруга знижується. Щоб оптимізувати цей показник, товщину висновків зменшують чисельність збільшують.

Максимальне значення ємності спостерігається за кімнатної температури. Подальше підвищення температури не впливає на цей параметр. Негативна температура провокує зниження розрядної напруги, підвищення розрядного струму.

Використання шуруповертів, укомплектованих нікель-кадмієвими джерелами живлення, у зимовий період потребує обережності.

Зарядний процес

У процесі заряджання ni cd акумуляторів необхідно вводити обмеження заряду. Адже в процес підзарядки всередині корпусу підвищується тиск, виробляється кисень, а коефіцієнт застосування струму знижується.

Як заряджати ni cd батарею? Щоб повністю відновити заряд, має бути повідомлено ємність 150–160 відсотків. Температурний діапазон – 0-35 градусів. Якщо не враховувати температурний діапазон, тиск підвищиться. Через аварійний клапан виділятиметься киснева суміш. Тому важливо заздалегідь визначити, як правильно заряджати акумулятор.

Розряджений нікель-кадмієвий акумулятор заряджають у різних режимах. Від вибраного режиму залежить час заряджання.

1. Струмом в 0,2 від загальної ємності протягом 7 годин.
2. Струмом в 0,3 від загальної ємності не більше 4 годин.

Заряджаючи агрегат у прискореному режимі (струмом 0,4 від наявної ємності), перезаряд заборонений, оскільки це спричинить зменшення ємності. Встановлювати, доки заряджено джерело живлення, можна за допомогою відповідних пристроїв. Працюючи зі струмами застосовується амперметр. Щоб визначити кількість вольт, використовують вольтметр чи мультиметр.

Зарядник для нікель-кадмієвих акумуляторних батарей

Для заряду ni cd батареї використовують реверсивні та автоматичні зарядники.

Автоматичний зарядний пристрій ni cd відрізняється простотою використання. З його допомогою можна підзарядити 2-4 батареї для шуруповерта або іншої побутової техніки. Після розміщення батареї у ЗУ встановлюється режим, число. Після цього агрегат підключають до мережі.

Автоматичні моделі оснащені індикаторами, за допомогою яких визначається стан джерел живлення, що заряджаються, при роботі зі струмом. Такі пристрої підходять для того, щоб розряджати ni cd батареї.

Імпульсні зарядники відрізняються складнішою конструкцією. Їх можна використовувати під час роботи зі значним струмом. Оскільки їх відносять до професійних агрегатів, перед використанням вивчається як зарядити джерело живлення, як виставити необхідні параметри.

Реверсні (імпульсні) моделі підходять для циклічної подачі струму заряду і розряду. При розряді та заряді заздалегідь визначаються параметри струму, напруги.

Особливості використання

Тривала експлуатація впливає функціонування і працездатність кадмій нікелевих акб. До погіршення працездатності та виходу з ладу наводять:

• Робоча поверхня струмопровідних виводів зменшується.
• Активна маса струмопровідних висновків суттєво зменшується.
• Лужний електролітичний склад змінює склад, що неправильно перерозподіляється за джерелом живлення.
• Утворюється витік за провідними елементами. У результаті розрядка зарядженого джерела живлення настає досить швидко.
• Витрата рідини, кисню зростає. При надмірному виділенні кисню процес стає необоротним.
• Органічні склади починають розпадатися.

Відновлення нікель-кадмієвих акумуляторів

Процедура відновлення нікель кадмієвих акумуляторів, які використовуються для комплектації шуруповерта, іншого портативного агрегату, займає певний час. Оскільки вартість таких акб висока, перед реалізацією слід вивчити особливості.

По суті відновлюємо нікель-кадмієвий акумулятор шуруповерта імпульсним струмом, що подається протягом 2-4 секунд. Величина струму перевищує параметри ємності 10 і більше разів.

Перед тим як відновити АКБ, готуються певні елементи та інструменти:

1. Працездатне джерело живлення із сильними показниками струму. Як АКБ використовують автоакумулятор.
2. Затискачі.
3. Провід.
4. Мультиметр, за допомогою якого контролюється напруга.
5. Захисні предмети.

Процедура відновлення включає певні заходи:

• Блок портативного інструменту або окремої батареї визначає позитивний і негативний контакт.
• Користуючись затискачами чи крокодилами, а також відрізками дротів приєднуються мінуси.
• Інший кінець дроту притискають до позитивного контакту. Тривалість контакту дроту становить 1-2 секунди (можливе збільшення до 3 секунд). Подібні дії займають небагато часу. При контакті стежать за тим, щоб дроти не прикипіли до блоку батареї.

Після закінчення одного циклу за допомогою мультиметра вимірюється рівень напруги. Щойно напруга відновилася, переходять до набору ємності. Щоб відновити та виконати ремонт джерела живлення, виконується 2–4 цикли.

Така методика приносить очікуваний ефект лише на короткий термін. Усе тому, що електролітичний склад змінюється, змінюється його обсяг. В результаті акумулятори як джерела довго використовувати не можна.

Модернізована методика

Щоб відновити нікель кадмієві акумулятори, а також забезпечити їх тривалу експлуатацію, виконуються такі дії:

• Усі батареї ретельно перевіряються, вимірюється напруга. Ті елементи, у яких напруга близько нулю, вилучаються.
• У корпусі за допомогою відповідного інструменту готуються отвори, щоб залити 1 см3 дистильованої води.
• Джерела живлення відстоюються протягом короткого проміжку часу, після чого проводять повторну перевірку напруги.
• Якщо працездатність АКБ відновлена, сформовані отвори обробляють герметиком, пайкою.
• Блок комплектується батареями, повторно заряджається. Портативний інструмент готовий до експлуатації, коли на заряднику індикатор змінить відтінок. Для цього потрібно користуватися імпульсними зарядними пристроями, які відрізняються великим функціоналом, якісною комплектацією.
• При нульовому напрузі АКБ вводять дистильовану воду знову.
• Процедуру повторюють до того часу, поки досягнуть позитивного результату.

Особливості зберігання

На кадмієвих акумуляторах правила експлуатації підготовлені фахівцями. В інструкції зазначено, як зберігати джерела живлення. Виділено кілька основних правил.

Зберігати ni cd джерела можна лише за повної розрядки. Для цього використовують зарядні пристрої, які оснащені відповідною функцією. Для спустошення застосовують лампи розжарювання з відповідною кількістю ампер.

Зберігати акумуляторні батареї, які правильно підготовлені можна довго. Температурні зміни не впливають на стан та працездатність.

Для зберігання нікелю кадмієвих акумуляторів використовують приміщення. Адже температурні коливання не провокують розрядки, запуску незворотних процесів.

Хоча зберігаються нікель-кадмієві акумулятори довго, певному етапі виникає потреба у утилізації. Для цього слід звернутися до організації, яка виконує подібні процеси.

Ефективність нікелю кадмієвих акумуляторів важко переоцінити. Ними комплектують портативні інструменти, що використовуються в побуті та промисловості. При правильному користуванні, дотриманні техніки безпеки та умов експлуатації період застосування перевищує п'ять років.

Відео про Нікель кадмієві акумулятори

(NiMH) та літій-іонних акумуляторів (Li-ion), які потрібно зберігати зарядженими.

Історія винаходу

У 1899 році Вальдмар Юнгнер (Waldmar Jungner)зі Швеції винайшов нікель-кадмієвий акумулятор, в якому як позитивний електрод використовувався нікель, а як негативний - кадмій. Двома роками пізніше Едісон запропонував альтернативну конструкцію, замінивши кадмій залізом. Через високу (порівняно з сухими або свинцево-кислотними акумуляторами) вартості, практичне застосування нікель-кадмієвих та нікель-залізних акумуляторів було обмеженим.

Після винаходу у 1932 році Шлехтом (Shlecht)і Акерманом (Ackermann)спресованого анода було впроваджено багато удосконалень, що призвело до вищого струму навантаження та підвищеної довговічності. Добре відомий сьогодні герметичний нікель-кадмієвий акумулятор став доступним лише після винаходу Ньюманом (Neumann)повністю герметичного елемента у 1947 році.

Принцип дії

Принцип дії нікель-кадмієвих акумуляторів ґрунтується на оборотному процесі:

2NiOOH + Cd + 2H 2 O ↔ 2Ni(OH) 2 + Cd(OH) 2 E 0 = 1,30 В.

Нікелевий електрод є пастою гідроксиду нікелю, змішану з провідним матеріалом і нанесену на сталеву сітку, а кадмієвий електрод - сталеву сітку з впресованим в неї губчастим кадмієм. Простір між електродами заповнений желеподібним складом на основі вологого лугу, який замерзає при -27°С. Індивідуальні осередки збирають у батареї, що володіють питомою енергією 20-35 Вт * год / кг і мають великий ресурс - кілька тисяч зарядно-розрядних циклів.

Параметри

• Теоретична енергоємність: 237 Вт · год / кг
• Питома енергоємність: 45–65 Вт·год/кг
• Питома енергощільність: 50–150 Вт·год/дм ³
• Питома потужність: 150…500 Вт/кг
• ЕРС = 1,37
• Робоча напруга = 1,35 ... 1,0 В
• Нормальний струм зарядки = 0,1 ... 1 C, де С - ємність
• Термін служби: близько 100-900 циклів заряду/розряду.
• Саморозряд: 10% на місяць
• Робоча температура: −50…+40 °C

В даний час використання нікель-кадмієвих акумуляторів дуже обмежене з екологічних міркувань, тому вони застосовуються тільки там, де використання інших систем неможливе, а саме - в пристроях, що характеризуються великими розрядними та зарядними струмами. Типовий акумулятор для літаючої моделі можна зарядити за півгодини, а розрядити за п'ять хвилин. Завдяки дуже низькому внутрішньому опору акумулятор не нагрівається навіть заряджання великим струмом. Тільки коли акумулятор повністю зарядиться, починається помітне розігрів, що використовується більшістю зарядних пристроїв як сигнал закінчення зарядки. Конструктивно всі нікель-кадмієві акумулятори оснащені міцним герметичним корпусом, який витримує внутрішній тиск газів у важких умовах експлуатації.

Цикл розряду починається з 1,35 В і закінчується на 1,0 В (відповідно 100% ємності і 1% ємності, що залишилася)

Електроди нікель-кадмієвих акумуляторів виготовляються як штампуванням із листа, так і пресуванням із порошку. Пресовані електроди більш технологічні, дешевше у виробництві і мають більш високі показники робочої ємності, у зв'язку з чим усі акумулятори побутового призначення мають пресовані електроди. Однак пресовані системи схильні до так званого «ефекту пам'яті». Ефект пам'яті проявляється, коли акумулятор заряджають раніше, ніж він реально розрядиться.В електрохімічній системі акумулятора з'являється "зайвий" подвійний електричний шар і його напруга знижується на 0,1 В. Типовий контролер пристрою, що використовує акумулятор, інтерпретує це зниження напруги як повний розряд батареї та повідомляє, що батарея "погана". Реального зниження енергоємності при цьому не відбувається і хороший контролер може забезпечити повне використання ємності акумулятора. Тим не менш, у типовому випадку контролер спонукає користувача виконувати все нові та нові цикли заряджання. А це і призводить до того, що користувач своїми руками, з найкращих спонукань, «вбиває» батарею. Тобто можна сказати, що батарея виходить з ладу не так від «ефекту пам'яті» пресованих електродів, як від «ефекту безпам'ятства» недорогих контролерів.

Побутовий нікель-кадмієвий акумулятор, що розряджається та заряджається слабкими струмами (наприклад, у пульті дистанційного керуваннятелевізора), швидко втрачає ємність, і користувач вважає його таким, що вийшов з ладу. Так само і акумулятор, який тривалий час стояв на підзарядці (наприклад, у системі безперебійного живлення) втратить ємність, хоча його напруга буде правильною. Тобто використовувати нікель-кадмієвий акумулятор у буферному режимі не можна. Тим не менш, один цикл глибокої розрядки і наступне заряджання повністю відновлять ємність акумулятора.

При зберіганні NiCd акумулятори також втрачають ємність, хоча і зберігають вихідна напруга. Щоб уникнути неправильного розбракування при знятті акумуляторів зі зберігання, рекомендується зберігати їх у розрядженому вигляді - тоді після першої зарядки акумулятори будуть повністю готові до використання. Для повної розрядки батареї і вирівнювання напруг на кожному елементі, що розряджається, можна підключити ланцюжок з двох кремнієвих діодів і резистора на кожен елемент, тим самим обмеживши напругу на рівні 1-1.1 В на елемент. При цьому падіння напруги на кожному кремнієвому діоді становить 0,5-0,7 В, тому вибирати діоди для ланцюжка необхідно вручну, використовуючи, наприклад, мультиметр. Після тривалого зберігання батареї необхідно провести два-три цикли заряду/розряду струмом, чисельно рівним номінальної ємності (1C), щоб вона увійшла в робочий режим і працювала з повною віддачею.

Області застосування

Малогабаритні нікель-кадмієві акумулятори використовуються в різній апаратурі як заміна стандартного гальванічного елемента, особливо, якщо апаратура споживає великий струм. Так як внутрішній опір нікель-кадмієвого акумулятора на один-два порядки нижче, ніж у звичайних марганцево-цинкових і марганцево-повітряних батарей, потужність видається стабільною і без перегріву.

Нікель-кадмієві акумулятори застосовуються на електрокарах (як тягові), трамваях та тролейбусах (для живлення ланцюгів управління), річкових та морських суднах. Широко застосовуються в авіації як бортові акумуляторні батареї літаків і гелікоптерів. Використовуються як джерела живлення для автономних шуруповертів/гвинтовертів та дрилів, проте тут намічається тенденція до витіснення їх високострумовими батареями різних літієвих систем.

Незважаючи на розвиток інших електрохімічних систем та посилення екологічних вимог, нікель-кадмієві акумулятори залишаються основним вибором для високонадійних пристроїв, що споживають велику потужність, наприклад, ліхтарів для дайвінгу.

Тривалий термін зберігання, відносна невибагливість до постійного догляду та контролю, здатність стабільно працювати на морозі до -40 °C та відсутність можливості займання при розгерметизації у порівнянні з літієвими, мала питома вага порівняно зі свинцевими та дешевизна порівняно із срібно-цинковими, менша внутрішній опір, велика надійність і морозостійкість у порівнянні з NiMH зумовлюють, як і раніше, широке застосування нікель-кадмієвих акумуляторів у військовій техніці, авіації та портативному радіозв'язку.

Дискові нікель-кадмієві акумулятори

Нікель-кадмієві акумулятори випускаються також у герметичному "таблетковому" конструктиві, на кшталт батарейок для годинника. Електроди в такому акумуляторі - дві тоновані пресовані таблетки з активної маси, складені в пакет з сепаратором і плоскою пружиною і завальцьовані в нікельований сталевий корпус діаметром з монету. Використовуються для живлення різних, переважно малопотужних, навантажень (струмом C/10-C/5). Допускають лише невеликі зарядні струми, не більше С/10, так як усередині корпусу повинна встигати відбуватися рекомбінація газів, що виділяються. Завдяки замкнутій конструкції допускають тривалий перезаряд із безперервною рекомбінацією та виділенням надлишкової енергії у вигляді тепла. Напруга такого акумулятора нижча, ніж у негерметичного, і мало змінюється в процесі розряду внаслідок надлишку активної маси катода, що створюється з метою прискорення рекомбінації кисню.

Дискові акумулятори (як правило, в батареях по 3 шт. у загальній оболонці, типорозміру аналогічного радянському Д-0,06) широко застосовувалися в персональних комп'ютерах випуску 1980-90 років, зокрема -286/386 та ранніх 486, для живлення енергонезалежної пам'яті налаштувань (CMOS NVRAM) та годинника реального часу при відключеному мережевому живленні. Термін служби акумуляторів у такому режимі становив кілька років, після чого батарея, як правило, впаяна в материнську плату, підлягала заміні. З розвитком CMOS-технології та зменшенням споживаної потужності NVRAM та RTC акумулятори були витіснені одноразовими літієвими елементамиємністю близько 200 мА·год (CR2032 та ін.), що встановлюються в гнізда-засувки і легко замінюються користувачем, з аналогічним терміном безперервної роботи.

У СРСР дискові акумулятори були практично єдиними доступними в широкому продажу акумуляторами (крім автомобільних і пізніше NiCd розміру AA на 450 мА·ч). Крім окремих елементів, пропонувалася 9-вольтова батарея із семи акумуляторів Д-0,1 з роз'ємом, аналогічним "Кроні" , яка, проте, входила у відсік живлення не у всіх радіоприймачів, для яких призначалася. Постачалися лише найпростіші зарядні пристрої зі струмом С/10, що заряджали акумулятор або батарею приблизно за 14 годин (час контролювався користувачем).

Назва акумулятора	Діаметр , мм	Висота, мм	Напруга, У	Місткість, А*ч	Рекомендований струм розряду, ма	Застосування
Д-0,03	11,6	5,5	1,2	0,03	3	фотоапарати , слухові апарати
Д-0,06	15,6	6,4	1,2	0,06	12	фотоапарати, фотоекспонометри, слухові апарати, дозиметри
Д-0,125	20	6,6	1,2	0,125	12,5	акумуляторні електричні ліхтарики ] , мініатюрні радіоприймачі
Д-0,26	25,2	9,3	1,2	0,26	26	акумуляторні електричні ліхтарики, фотоспалахи, калькулятори (Б3-36)
Д-0,55	34,6	9,8	1,2	0,55	55	фотоспалахи, акумуляторні електричні ліхтарики, калькулятори (Б3-34)
7Д-0,125			8,4	0,125	12,5	заміна батареї Крона

Виробники

NiCd-акумулятори виробляють безліч фірм, у тому числі такі великі міжнародні компанії, як GP Batteries, Samsung (під брендом Pleomax), VARTA, GAZ, Konnoc, Metabo, EMM, Advanced Battery Factory, Panasonic/Matsushita Electric Industrial, Ansmann та ін. Серед вітчизняних виробниківможна назвати НДАІ (створений на базі Центральної акумуляторної лабораторії, 1946 р.), "Космос", ЗАТ "Дослідний завод НДІХІТ", ЗАТ "НДІХІТ-2".

Безпечна утилізація

Плавка продуктів утилізації NiCd-акумуляторів відбувається у печах при високих температурах, кадмій в цих умовах стає надзвичайно летким, і у випадку, якщо піч не обладнана спеціальним фільтром, що уловлює, токсичні речовини (наприклад пари кадмію) викидаються в зовнішнє середовищеотруюючи навколишні території. Внаслідок цього обладнання для утилізації – дорожче, ніж для утилізації свинцевих батарей.

Див. також

Напишіть відгук про статтю "Нікель-кадмієвий акумулятор"

Література

• Кришталев Д. А. Акумулятори. М: Смарагд, 2003.
• Федотов Г. А. Електричні та електронні пристрої для фотографії. Л.: Вища школа, 1984.
• . Джерела струму хімічні. Терміни та визначення.
• .

Примітки

У цій статті чи розділі є або зовнішні посилання , але джерела окремих тверджень залишаються неясними через відсутність виносок . Твердження, не можуть бути поставлені під сумнів і видалені. Ви можете покращити статтю, внісши точніші вказівки на джерела.

Гальванічний елемент Електричні акумулятори Паливні елементи Моделі Пристрій

Уривок, що характеризує Нікель-кадмієвий акумулятор

– Ми зараз очистимо вам. – І Тимохін, ще не одягнений, побіг очищати.
– Князь хоче.
– Який? Наш князь? - заговорили голоси, і всі поквапилися так, що князь Андрій насилу встиг їх заспокоїти. Він придумав краще облитись у сараї.
«М'ясо, тіло, chair a canon [гарматне м'ясо]! - думав він, дивлячись і на своє голе тіло, і здригаючись не стільки від холоду, скільки від самого йому незрозумілої огиди і жаху, побачивши цю величезну кількість тіл, що полоскалися в брудному ставку.
7 серпня князь Багратіон у своїй стоянці Михайлівці на Смоленській дорозі писав наступне:
«Милостивий государ граф Олексій Андрійович.
(Він писав Аракчеєву, але знав, що листа його буде прочитано государем, і тому, наскільки він був до того здатний, обмірковував кожне своє слово.)
Я думаю, що міністр уже рапортував про залишення ворога Смоленська. Боляче, сумно, і вся армія у розпачі, що найважливіше місце даремно покинули. Я, з мого боку, просив особисто його переконливим чином, нарешті й писав; але ніщо його погодило. Я присягаюся вам моєю честю, що Наполеон був у такому мішку, як ніколи, і він міг би втратити половину армії, але не взяти Смоленська. Війська наші так билися і так б'ються, як ніколи. Я втримав із 15 тисячами понад 35 годин і бив їх; але він не хотів залишитися і 14 годин. Це соромно, і пляма армії нашої; а йому самому, мені здається, і жити на світі не повинно. Якщо він повідомляє, що втрата велика, - неправда; можливо, близько 4 тисяч, не більше, але й цього немає. Хоч і десять, як бути, війна! Але ворог втратив безодню.
Що ще варто було залишатися два дні? Принаймні вони самі пішли б; бо не мали води напоїти людей та коней. Він дав мені слово, що не відступить, але раптом надіслав диспозицію, що він у ніч іде. Таким чином воювати не можна, і ми можемо ворога незабаром привести до Москви.
Чутка лунає, що ви думаєте про світ. Щоб помиритися, боже збережи! Після всіх пожертвувань і після таких навіжених відступів – миритися: ви поставите всю Росію проти себе, і кожен із нас за сором поставить носити мундир. Якщо вже так пішло - треба битися, поки Росія може і поки люди на ногах.
Потрібно командувати одному, а не двом. Ваш міністр, може, добрий за міністерством; але генерал не те що поганий, але поганий, і йому віддали долю всієї нашої Вітчизни ... Я, право, божеволію від прикрості; вибачте мені, що зухвало пишу. Видно, той не любить государя і бажає загибелі нам усім, хто радить укласти мир і командувати міністру армією. Отже, я пишу вам правду: готуйте ополчення. Бо міністр майстерно веде до столиці за собою гостя. Велику підозру подає всій армії пан флігель-ад'ютант Вольцоген. Він, кажуть, більше за Наполеона, ніж наш, і він радить усе міністрові. Я не тільки врахував проти нього, але підкоряюся, як капрал, хоч і старіший за нього. Це боляче; але, люблячи мого благодійника і государя, підкоряюся. Тільки шкода государя, що довіряє таким славетну армію. Уявіть, що нашою ретирадою ми втратили людей від втоми та у шпиталях понад 15 тисяч; а якби наступали, того б не було. Скажіть заради бога, що наша Росія – мати наша – скаже, що так страхаємось і за що така добра і старанна Батьківщина віддаємо сволочам і вселяємо в кожного підданого ненависть і посоромлення. Чого трусити і кого боятися? Я не винен, що міністр нерозв'язний, боягуз, недолугий, повільний і все має худі якості. Вся армія плаче зовсім і лають його на смерть…»

У числі незліченних підрозділів, які можна зробити явищах життя, можна підрозділити їх усі такі, у яких переважає зміст, інші – у яких переважає форма. До таких, на противагу сільському, земському, губернському, навіть московському житті, можна віднести життя петербурзьке, особливо салонне. Це життя незмінне.
З 1805 року ми мирилися і сварилися з Бонапартом, ми робили конституції і обробляли їх, а салон Анни Павлівни та салон Елен були такі самі, як вони були один сім років, інший п'ять років тому. Так само в Анни Павлівни говорили з подивом про успіхи Бонапарта і бачили, як у його успіхах, так і в потуранні йому європейських государів, злісна змова, що має єдиною метою неприємність і занепокоєння того придворного гуртка, якого представницею була Ганна Павлівна. Так само в Елен, яку сам Румянцев удостоював своїм відвідуванням і вважав чудово розумною жінкою, так само як у 1808, так і в 1812 році із захопленням говорили про велику націю і велику людину і з жалем дивилися на розрив з Францією, який, на думку людей, які збиралися в салоні Елен, мав скінчитися світом.
Останнім часом, після приїзду государя з армії, сталося деяке хвилювання в цих протилежних гуртках салонах і були зроблені деякі демонстрації один проти одного, але напрямок гуртків залишилося те саме. У гурток Анни Павлівни приймалися з французів лише закоренілі легітимисти, і тут висловлювалася патріотична думка про те, що не треба їздити до французького театру і що утримання трупи коштує стільки ж, скільки зміст цілого корпусу. За військовими подіями спостерігалося жадібно, і розпускалися найвигідніші для нашої армії чутки. У гуртку Елен, рум'янцівському, французькому, спростовувалися чутки про жорстокість ворога та війни та обговорювалися всі спроби Наполеона до примирення. У цьому гуртку дорікали тим, хто порадив надто поспішні розпорядження про те, щоб готуватися до від'їзду до Казані придворним та жіночим навчальним закладам, які під заступництвом імператриці матері. Взагалі вся справа війни представлялася в салоні Елен порожніми демонстраціями, які дуже скоро закінчаться світом, і панувала думка Білібіна, що був тепер у Петербурзі і домашнім у Елен (кожна розумна людина повинна була бути в неї), що не порох, а ті, хто його вигадали, вирішать справу. У цьому гуртку іронічно і дуже розумно, хоча дуже обережно, осміювали московський захват, звістка про яке прибула разом із государем до Петербурга.
У гуртку Анни Павлівни, навпаки, захоплювалися цими захопленнями і говорили про них, як каже Плутарх про давніх. Князь Василь, який обіймав ті самі важливі посади, становив ланку з'єднання між двома гуртками. Він їздив до ma bonne amie [свого гідного друга] Ганни Павлівни і їздив dans le salon diplomatique de ma fille [до дипломатичного салону своєї дочки] і часто, при безперервних переїздах з одного табору в інший, плутався і говорив у Ганни Павлівни те, що треба було говорити в Елен, і навпаки.
Незабаром після приїзду государя князь Василь розговорився у Анни Павлівни про справи війни, жорстоко засуджуючи Барклая де Толлі і перебуваючи в нерішучості, кого призначити головнокомандувачем. Один із гостей, відомий під ім'ям un homme de beaucoup de merite [людина з великими достоїнствами], розповівши про те, що він бачив нині обраного начальником петербурзького ополчення Кутузова, що засідає в казенній палаті для прийому ратників, дозволив собі обережно висловити припущення про те, що Кутузов був той чоловік, який задовольнив би всім вимогам.
Ганна Павлівна сумно усміхнулася і помітила, що Кутузов, крім неприємностей, нічого не дав государю.
– Я говорив і говорив у Дворянських зборах, – перебив князь Василь, – але мене не послухали. Я казав, що обрання його до начальників ополчення не сподобається государю. Вони не послухали мене.
- Усе якась манія фрондувати, - продовжував він. - І перед ким? І все тому, що ми хочемо мавпувати дурним московським захопленням, - сказав князь Василь, сплутавшись на хвилину і забувши те, що в Елен треба було сміятися з московських захоплень, а в Анни Павлівни захоплюватися ними. Але він відразу одужав. - Ну, чи пристойно графу Кутузову, найстарішому генералу в Росії, засідати в палаті, et il en restera pour sa peine! [клопоту його пропадуть задарма!] Хіба можна призначити головнокомандувачем людини, яка не може верхи сісти, засинає на раді, людину найгірших вдач! Добре він себе зарекомендував у Букарещті! Я вже не говорю про його якості як генерала, але хіба можна в таку хвилину призначати людину стару і сліпу, просто сліпу? Хороший буде генерал сліпий! Він нічого не бачить. У жмурки грати... рівно нічого не бачить!
Ніхто на це не заперечував.
24 липня це було цілком справедливо. Але 29 липня Кутузову надана князівська гідність. Княжа гідність могла означати і те, що від нього хотіли позбутися, – і тому судження князя Василя продовжувало бути справедливим, хоча він і не поспішав його висловлювати тепер. Але 8 серпня було зібрано комітет із генерал фельдмаршала Салтикова, Аракчеєва, Вязьмітінова, Лопухіна та Кочубея для обговорення справ війни. Комітет вирішив, що невдачі походили від різнопочатків, і, незважаючи на те, що особи, які становили комітет, знали неприхильність государя до Кутузова, комітет після короткої наради запропонував призначити Кутузова головнокомандувачем. І того ж дня Кутузов був призначений повноважним головнокомандувачем армій і всього краю, який займали війська.
9 го серпня князь Василь зустрівся знову у Анни Павлівни з "homme de beaucoup de merite". Князь Василь увійшов до кімнати з виглядом щасливого переможця, людини, яка досягла мети своїх бажань.
– Eh bien, vous savez la grande nouvelle? Le prince Koutouzoff est marechal. [Ну, ви знаєте велику новину? Кутузов – фельдмаршал.] Усі розбіжності закінчено. Я такий щасливий, такий радий! – говорив князь Василь. — Enfin voila un homme, — промовив він, значно суворо оглядаючи всіх, хто був у вітальні. L'homme de beaucoup de merite, незважаючи на своє бажання отримати місце, не міг утриматися, щоб не нагадати князю Василеві його колишнє судження. прийняла цю звістку, але він не міг утриматися.)
— Mais on dit qu'il est aveugle, mon prince? — сказав він, нагадуючи князю Василеві його ж слова.
- Allez donc, il y voit assez, - сказав князь Василь своїм басистим, швидким голосом з покашлюванням, тим голосом і з покашлюванням, яким він вирішував всі труднощі. - Allez, il y voit assez, - повторив він. - І чому я радий, - вів далі він, - це те, що государ дав йому повну владу над усіма арміями, над усім краєм, - влада, якої ніколи не було в жодного головнокомандувача. Це інший самодержець, – уклав він із переможною усмішкою.
– Дай боже, дай боже, – сказала Ганна Павлівна. L'homme de beaucoup de merite, ще новачок у придворному товаристві, бажаючи потішити Ганні Павлівні, вигороджуючи її колишню думку з цього судження, сказав.
– Кажуть, що пан неохоче передав цю владу Кутузову. Говорять, що він почервонів, як панночка, якою б прочитали Жоконду, в той час як казав йому: «Государ і батьківщина нагороджують вас цією честю».]
- Може, серце не зовсім брало участь, - сказала Ганна Павлівна.
– О ні, ні, – палко заступився князь Василь. Тепер він не міг нікому поступитися Кутузова. На думку князя Василя, як Кутузов був сам хороший, а й усі любили його. — Ні, це не може бути, бо пан так умів насамперед цінувати його, — сказав він.
– Дай боже, щоб князь Кутузов, – сказала Анпа Павлівна, – взяв справжню владу і не дозволяв би нікому вставляти собі палиці у колеса – des batons dans les roues.
Князь Василь зрозумів, хто був цей нікому. Він пошепки сказав:
- Я вірно знаю, що Кутузов, як неодмінна умова, сказав, щоб спадкоємець цесаревич не був при армії: Vous savez ce qu'il a dit a l'Empereur? [Ви знаєте, що він сказав государю?] - І князь Василь повторив слова, ніби сказані Кутузовим государю: «Я не можу покарати його, якщо він зробить погано, і нагородити, якщо він зробить добре». О! це найрозумніша людина, князь Кутузов, et quel caractere. Oh je le connais de longue date. [і який характер. О, я його давно знаю.
- Кажуть навіть, - сказав l'homme de beaucoup de merite, який ще не мав придворного такту, - що найсвітліший неодмінною умовою поставив, щоб сам государ не приїжджав до армії.
Як тільки він сказав це, за мить князь Василь і Ганна Павлівна відвернулися від нього і сумно, зітхнувши про його наївність, подивилися один на одного.

У той час як це відбувалося в Петербурзі, французи вже пройшли Смоленськ і дедалі ближче рухалися до Москви. Історик Наполеона Тьєр, як і інші історики Наполеона, каже, намагаючись виправдати свого героя, що Наполеон був залучений до стін Москви мимоволі. Він має рацію, як і мають рацію всі історики, які шукають пояснення подій історичних у волі однієї людини; він правий так само, як і російські історики, які стверджують, що Наполеон був залучений до Москви мистецтвом російських полководців. Тут, крім закону ретроспективності (поворотності), що представляє все минуле приготуванням до факту, що відбувся, є ще взаємність, що плутає всю справу. Хороший гравець, який програв у шахи, щиро переконаний, що його програш походить від його помилки, і він відшукує цю помилку на початку своєї гри, але забуває, що в кожному його кроці, протягом всієї гри, були такі ж помилки, що жоден його хід не був досконалим. Помилка, яку він звертає увагу, помітна йому лише оскільки противник скористався нею. Наскільки ж складніша гра війни, що відбувається у відомих умовах часу, і де не одна воля керує неживими машинами, а де все випливає з незліченного зіткнення різних свавілля?

Усі батареї призначені для багаторазового глибокого заряду-розряду.

Позитивний електрод (катод) містить оксид-гідрооксид нікелю NiOOH з графітовим порошком (5-8%), а негативний (анод) - металевий кадмій Cd у вигляді порошку.

Акумулятори цього типу часто називають рулонними, так як електроди скатані в циліндр (рулон) разом з шаром, що розділяє, поміщені в металевий корпус і залиті електролітом. Розділювач (сепаратор), зволожений електролітом, ізолює пластини одна від одної. Він виготовляється з нетканого матеріалу, який має бути стійким до дії лугу. Електролітом найчастіше виступає гідроксид калію KOH з добавкою гідроксиду літію LiOH, що сприяє утворенню нікелатів літію та збільшення ємності на 20%.

На аноді:
Cd (тв) + 2OH – (ж) → Cd(OH) 2 (тв) + 2e –

На катоді:
2Ni III O(OH) (тв) + 2H 2 O (ж) + 2e - → 2Ni II (OH) 2 (тв) + 2OH - (ж)

Сумарне рівняння розряду для нікель-кадмієвогоакумулятора:

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

Напруга на клемах 1,2У

Переваги:

Дає відносно сильний струм, чому використовується, наприклад, в акумуляторних робочих інструментах,

Можливість швидкого та простого зарядунавіть після тривалого зберігання акумулятора;
велика кількістьциклів заряд/розряд: при правильній експлуатації - понад 1000 циклів;
гарна здатність навантаження і можливість експлуатації при низьких температурах;
тривалі терміни зберігання за будь-якого ступеня заряду.

Недоліки: токсичність кадмію; ефект „пам'яті”.

http://www.ixbt.com/mobile/accumulators-mem.shtml

Нікель-металогідридний акумулятор (NiMH)

Анодом служить метал нікелю з якимось іншим металом (La, Li); сплав загалом позначають буквою М. Такий матеріал дозволяє в порожнинах кристалічної решітки зберігати атоми водню (Н).

Катодом є суміш основного оксиду та гідроксиду нікелю.

Напруга на клемах близько 1,2 В.

Використовувалися у мобільних телефонах старих типів. У продажу є NiMH акумуляторитипорозміру стандартної батареї (АА та ін.), які останнім часом у цій галузі витіснили NiCdакумулятори.

Переваги: більша питома ємність, відносно легкі, менш токсичні в порівнянні з NiCdакумулятор.

Недоліки: відносно швидкий саморозряд; дорожче вищезгаданих акумуляторів.

• заряджайте лише повністю розряджені акумулятори;
• не слід поміщати заряджений акумулятор на додаткову підзарядку, оскільки це значно скорочує термін його використання;
• не рекомендується виймати із зарядного пристрою недозаряджений акумулятор;
• не слід залишати Ni-Cd та Ni-MH акумулятори в ЗУ після закінчення заряду надовго, оскільки зарядний пристрій і після повного заряду продовжує їх заряджати, але тільки значно меншим струмом. Тривале перебування Ni-Cd-і Ni-MH акумуляторівв ЗУ призводить до їх перезаряду та погіршення параметрів;
• Перед заряджанням акумулятори повинні бути кімнатної температури. Найбільш ефективна зарядка при температурі навколишнього середовища від +10 до +25°С.

Зберігати Ni-MHакумулятори потрібно в сухому прохолодному місці при температурі трохи нижче за кімнатну, зарядженим на 40%. Раз на 1-2 місяці слід проводити дозаряд, розряд і знову заряд на 30-60% ємності. Допустиме зберігання терміном до 5-ти років.