Меню

Никель кадмиевые Ni Cd аккумуляторы



Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы

Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd), являются довольно распространённым типом накопителей электроэнергии, который нашёл своё применение в разных областях. Естественно, как и другие разновидности АКБ, NiCd обладают своими положительными и отрицательными сторонами, которые делают их более или менее приемлемыми в тех или иных случаях. Они часто обслуживают бытовую технику, электрические приборы, транспорт и применяются даже в авиации. В этой теме мы подробно обсудим эти замечательные источники питания.

NiCd был изобретён в далёком 1899 году, шведом Вальдемаром Юнгнером. Плюсовой электрод изготовили из никеля, а минусовой — из кадмия. Спустя два года, внёс свою лепту в общее дело знаменитый изобретатель Томас Эдисон, предложив альтернативную схему. Учёный решил вместо кадмия применить железо. Никель-кадмиевая и никель-железная системы стоили скажем так не дёшево, поэтому их практическое применение было ограничено.

Технический прогресс на месте как говорится не стоит и после появления в 1932 году спрессованного анода, было произведено большое количество модернизаций. По итогу, разработчики получили повышенный ток нагрузки и более длительный срок эксплуатации. Довольно распространённый сегодня герметичный NiCd, стал реальностью после создания целиком герметичного элемента, а произошло это знаменательное событие в 1947 году.

Устройство и принцип действия

В Ni-Cd накопителе энергии имеются два электрода: никелевый и кадмиевый. Плюсовой электрод — это паста гидроксида никеля, соединённая с проводящим материалом и нанесённая на стальную сеточку, а минусовой электрод, исполнен в виде стальной сеточки с впрессованным в неё губчатым кадмием. Роль электролита играет высокоактивная щёлочь, не являющаяся взрывоопасной. Также, она ничем не пахнет. Всё это герметично запаковано в металлический либо пластиковый корпус, который может иметь плоскую, кубическую или цилиндрическую форму.

При производстве электродов применяется фольгирование металла, что позволяет увеличить площадь контакта. Сепараторы изготовлены из материала, который не растворяется в щёлочи. Они не мешают свободному перемещению электролита между электродами. Внутри NiCd электронакопителя протекает химический процесс в котором задействованы гидроксиды никеля, кадмия и воды. Данный процесс является обратимым.

Вверху батареи располагаются токосъёмные контакты, посредством которых можно соединять отдельные компоненты в блоки. В крышке имеется отверстие с пробкой, чтобы можно было добавлять щёлочь и кроме того, через это отверстие улетучиваются избыточные газы по ходу зарядки источника энергии.

По типу исполнения накопители с кадмиевым электродом разделяются на две разновидности:Технические характеристики

☑ Минимальное напряжение разряда — 0,9 V.

☑ Нормальное рабочее напряжение — 1,2 V. Если нужно организовать вольтаж 24 V и 12 V, отдельные компоненты собирают в блоки соединяя их последовательно.

☑ Напряжение в NiCd электронакопителе при 100% заряде — 1,5 V.

☑ NiCd могут функционировать в температурном диапазоне -50. +40 градусов, что безусловно выделяет такое оборудование среди конкурентов.

☑ В зависимости от условий, в которых эксплуатируется оборудование, Ni-Cd АКБ может выдержать до 2000 циклов.

☑ Саморазряд доходит до показателя 25% от стартовой ёмкости.

☑ Удельная энергетическая ёмкость до 65 Вт*ч/кг.

☑ Никель-кадмий служит до десяти лет. Но это ещё не всё: современные ламельные промышленные NiCd аккумуляторы могут протянуть 20-25 лет!

Преимущества и недостатки

Естественно, как и других источников питания, у никель-кадмия есть свои положительные и отрицательные стороны. В некоторых сферах такие накопители энергии трудно заменить чем-либо поэтому пока не выйдут в свет более совершенные технологии, NiCd будет ещё долго выполнять свои функции, ведь эксплуатационные характеристики у них вполне конкурентноспособные.

✅ Широкий диапазон рабочих температур (-50. +40 градусов, можно заряжать при температуре ниже нуля). Правда достоверных сведений, относительно того, как будет вести себя оборудование при столь низких температурных режимах — нет!

✅ Можно хранить продолжительное время в разряженном состоянии.

✅ Может выдержать много циклов разряда/заряда.

✅ Безопасность. Если брать в сравнение Li-ion, то NiCd при разгерметизации загореться не могут. Также они безопасны при транспортировке — без проблем принимаются авиакомпаниями в качестве груза.

✅ Низкое сопротивление. Именно по этой причине изделие не будет нагреваться в процессе зарядки даже в том случае, если применяется большой ток. Греться аккумулятор начинает тогда, когда «заправится» под завязку, что и является сигналом для окончания процесса подзарядки.

✅ Относительно стабильно функционирует при сильном минусе.

✅ «Гибкий» форм-фактор. Могут создаваться разных размеров для разных вариантов установки.

✅ Доступные по цене. Это самый дешёвый тип электронакопителей при пересчёте на цикл.

⛔ Довольно высокий уровень самостоятельного разряда. NiCd источник питания может утратить до 10% ёмкости уже в первые сутки, а через один-два месяца, электронакопитель разрядится в ноль. Однако на рынке имеют место модели NiCd, потеря ёмкости у которых составляет всего 10-12% за месяц. Тут имеет значение ещё и то, насколько заряжена аккумуляторная батарея.

⛔ После продолжительного хранения без активности, Ni-Cd потребуется восстановить по специальной методике.

⛔ NiCd нужно в обязательном порядке доводить до полного разряда, так как у них присутствует отчётливо выраженный эффект памяти.

⛔ У никель-кадмия низкая энергетическая плотность.

⛔ Ni-Cd накопители энергии нуждаются в периодической «тренировке»: 3-4 заряда/разряда для восстановления.

⛔ Меньшая ёмкость при большей массе, если сравнивать с альтернативными типами источников энергии при тех же габаритах.

⛔ Низкое напряжение с понижением от 1,5 V (при первых 10%) до 1,2 V (потребуется большое количество элементов для создания высокого напряжения).

Вопрос эффекта памяти стоит обсудить более подробно, так как он является одной из особенностей NiCd батарей. Устройство запоминает напряжение, до которого оно разрядилось ранее и при очередном цикле будет отдавать энергию лишь до этого показателя. Если заряд АКБ был использован наполовину и агрегат установили на зарядку, то его ёмкость упадёт на 50 процентов. Данное обстоятельство придётся учитывать в обязательном порядке.

В минусы можно записать и токсичные материалы, присутствующие в никель-кадмиевых накопителях энергии. Такие аккумуляторы нельзя просто выбросить в мусорный бак! Кадмий является ядовитым металлом и именно по этой причине, NiCd батареи в некоторых странах вообще запрещено производить, но в то же время, их там дозволяется использовать. В принципе, если не подвергать такие АКБ разборке и если корпус не разрушится — они не опасны. Как бы там не было, Ni-Cd изделия должны утилизироваться по определённым правилам, а сама процедура утилизации никель-кадмия, весьма дорогостоящей является.

▶ Первые цифры указывают на число отдельных компонентов образующих аккумулятор, сколько их соединено в сумме.

▶ Буквы НК или К обозначают, что вы имеете дело с Ni-Cd электронакопителем.

▶ Латинские литеры L либо H указывают на режим разряда источника энергии. L — длительный разряд, H — кратковременный разряд.

▶ Последующее цифровое обозначение указывает на ёмкость аккумуляторной батареи.

▶ Литеры Р(П) дают нам понять, что корпус электронакопителя изготовлен из пластика.

▶ К — тип сборной конструкции источника энергии — каркасный.

Отличия никель-кадмия от литий-иона и никель-металлогидрида

☑ NiCd, в отличие от своих оппонентов, обладает сильно выраженным эффектом памяти и более скромной удельной ёмкостью при идентичных габаритах.

☑ Ni-Cd батареи менее прихотливы, стабильно работают при довольно низких температурах, намного более устойчивы к перезаряду и переразряду.

☑ Li-Ion и Ni-Mh стоят дороже, но имеют меньшую степень саморазряда.

☑ Литий-ионные изделия могут служить и храниться два-три года, а это в разы меньше по сравнению с NiCd, которые могут порадовать своих обладателей сроком службы до десяти лет.

☑ Никель-кадмиевые аккумуляторы утрачивают ёмкость быстрыми темпами при функционировании в буферном режиме. В принципе, после таких недоразумений их можно полностью привести в себя посредством глубокого разряда и заряда. Самым лучшим вариантом будет не применять Ni-Cd электронакопители в девайсах, где происходит их постоянная подзарядка.

☑ Никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторные батареи идентичны по режиму заряда, что даёт возможность применять одно и то же зарядное оборудование. Однако при этом нужно учитывать тот факт, что у Ni-Cd напокопителей энергии значительно больше выражен эффект запоминания.

Как видим, никель-кадмиевые АКБ в чём то переигрывают своих конкурентов, но в то же время, чем то и уступают им. В связи с этим, нельзя однозначно сказать какая разновидность аккумуляторов лучше — они все по своему хороши.

По ходу эксплуатации NiCd батарей, в них происходят некоторые изменения, влекущие за собой постепенное ухудшение рабочих характеристик, что в конечном итоге приводит к потере работоспособности.

Читайте также:  Зависимость мощности от емкости аккумулятора

Вот перечень этих негативных преобразований:

Для того чтобы в максимальной степени снизить негативные последствия для никель-кадмиевого накопителя возникающие в процессе его хранения и эксплуатации, нужно нейтрализовать неблагоприятные воздействия на аккумулятор:

⛔ если на регулярной основе подвергать АКБ сильному перезаряду, то можно ожидать таких неприятностей: перегрев, повышенное газообразование, утрата воды в электролите, разрушение электродов, особенно анода, разрушение сепараторов;

⛔ недозаряд, приводящий к ускоренной выработке аккумулятора;

⛔ продолжительная эксплуатация при очень низких отрицательных температурах, влечёт за собой изменение состава и объёма электролита, повышение внутреннего сопротивления накопителя, снижение его эксплуатационных характеристик, конкретно, уменьшается ёмкость.

Быстрая зарядка высоким током и значительная деградация кадмиевого катода, приводят к существенному возрастанию давления внутри аккумулятора. По итогу, в электронакопителе может выделяться избыточный водород, что влечёт за собой дополнительное резкое поднятие давления, которое может деформировать корпус никель-кадмиевой АКБ, нарушить плотность сборки, повысить внутреннее сопротивление и снизить рабочее напряжение.

В экземплярах оснащённых аварийным клапаном сброса давления, риск деформации можно свести к нулю, однако необратимых изменений химсостава источника энергии избежать не удастся.

Заряжать никель-кадмий можно током 10% от величины его ёмкости на протяжении 14-16 часов. Самым оптимальным вариантом разряда, будет использование тока равного 20% от ёмкости электронакопителя.

Ni-Cd в случае утраты ёмкости можно восстановить практически полностью. Потребуется организовать полный разряд (до 1 V на элемент) и последующий заряд в стандартном режиме. Эту процедуру можно проделать несколько раз, так будет обеспечена наиболее полная регенерация ёмкости.

Восстановление можно осуществить и посредством воздействия короткими токовыми импульсами на протяжении нескольких секунд. Их величина должна быть в десятки раз больше ёмкости восстанавливаемого накопителя. Подобные манипуляции устранят внутреннее замыкание в компонентах аккумулятора, образующееся по причине нарастания дендритов. Есть специальные промышленные активаторы, осуществляющие описанное воздействие.

Стопроцентное восстановление изначальной ёмкости никель-кадмиевых АКБ невозможно, так как происходят необратимые изменения состава и свойств электролита, а также деградация пластин. Зато можно продлить срок эксплуатации данного оборудования.

Для проведения восстановительных мероприятий в домашних условиях, потребуется осуществить следующие действия:

1. Берём провод сечением не менее 1,5 мм2 и соединяем «-» восстанавливаемого девайса с катодом мощного электронакопителя. К примеру можно взять АКБ из машины либо из UPS.

2. К «+» одного из аккумуляторов присоединяем второй провод.

3. На протяжении 3-4 секунд свободным концом второго проводка быстро касаемся свободной «+» клеммы. Частота касаний — 2-3 в секунду. По ходу всего действа не допускайте «приваривания» проводков в местах соединения.

4. Вольтметром замеряем напряжение на восстанавливаемой батарее, при его отсутствии, производится ещё один восстановительный цикл.

5. Когда на аккумуляторе появляется электродвижущая сила, его устанавливают на зарядку.

Ещё, можно попытаться организовать разрушение дендритов в электронакопителе прибегнув к их заморозке на два-три часа. Далее нужно осуществить интенсивное обстукивание. В процессе заморозки дендриты приобретают хрупкость и разрушаются при ударных воздействиях. Предположительно, это поможет избавиться от них.

Имеются и более экстремальные методы восстановления NiCd АКБ. К примеру, высверливаем корпус (только внешнюю оболочку) старого элемента и воспользовавшись шприцем добавляем туда дистиллированную воду, которая постепенно заполнит пустоты. Однако по итогу, мы будем иметь большие проблемы с полноценной герметичностью источника питания. Поэтому к таким способам восстановления нужно прибегать только в самых крайних случаях, иначе есть шанс попросту отравиться ядовитыми веществами ради выигрыша нескольких «бонусных» циклов работы.

Основные сферы применения Ni-Cd — оборудование, имеющее повышенные разрядные токи. Такой электротехнике NiCd накопители могут обеспечить стабильную мощность. Также они не перегреваются в процессе работы при максимальном токе.

Ni-Cd обслуживают разнообразный транспорт: троллейбусы, небольшие водные средства передвижения, электрокары.

До выхода на рынок литиевых источников энергии, кадмиевые АКБ широко использовались для обслуживания переносного инструмента, а также, в плоском исполнении внедрялись в ПК для питания независимой памяти. Нашёл своё место NiCd и в фотоаппаратах, фонариках, калькуляторах, устройствах для улучшения слуха.

Никель-кадмий способен длительное время храниться в разряженном состоянии и он не подвержен пагубному влиянию отрицательных температур. Низкое внутреннее сопротивление и низкая удельная масса, делают никель-кадмий весьма подходящим вариантом для питания бортовой сети летательных аппаратов и для обслуживания переносных радиостанций.

Сейчас, по причине ужесточения экологических требований большинство электробатарей популярных типоразмеров, таких как AA, AAA и других, производятся по Li-Ion и Ni-Mh технологиям. Но в то же время, довольно большое количество никель-кадмиевых АКБ различных типоразмеров выпущенных несколько лет назад, благополучно эксплуатируются и по сей день. Естественно, сейчас их также можно приобрести, причём, за довольно привлекательную сумму.

Как и любой другой источник питания, никель-кадмиевые электронакопители также должны храниться при определённых условиях, чтобы подольше сохранять свои рабочие характеристики.

☑ В прохладном сухом месте. Если держать при высоких температурных режимах, самостоятельный разряд будет более интенсивным.

☑ С любым промежуточным процентом заряда. Полный разряд и полный заряд — исключены. Оптимальным уровнем считается показатель 40-60%.

☑ По ходу хранения, один раз в 90 дней организовывайте дозарядку девайса, иначе саморазряд будет сокращать процент заряда.

☑ Хранить никель-кадмий нужно не больше пяти лет.

☑ Перед тем как вводить устройство в эксплуатацию после продолжительного хранения, полностью разрядите и зарядите его.

Безусловно, данная разновидность накопителей электроэнергии заслуживает внимания. Весьма широкий диапазон рабочих температур, большое количество циклов разряда/заряда, финансовая доступность, продолжительный срок эксплуатации и хранения — вот что выгодно выделяет Ni-Cd среди аналогов. Так что, если вам нужен добротный источник питания за небольшие деньги — никель-кадмий, ваш выбор!

Источник

Никель-кадмиевые аккумуляторы — описание и правила эксплуатации

Изобретённые больше ста лет назад, Ni-Cd аккумуляторы сохраняют свою популярностью до сих пор. Это обусловлено долговечностью, морозостойкостью и быстрой зарядкой. Сейчас такие аккумуляторы можно встретить как в бытовой технике, так и в промышленных, и военных масштабах.

Никель-кадмиевые аккумуляторы — что это, история создания

Батарея была создана Вагнером Юнгером в 1899 году. Но из-за дороговизны добычи используемых материалов, дальнейшие разработки отложили. Приобрёл большую популярность использования после 1932 года, когда изобрели метод, как осадить активное вещество на никелевый электрод. С 1947 года, когда учёными был разработан способ восстановления газов внутри батарее при зарядке, начали производить аккумуляторы в герметичном корпусе. Такие мы видим сейчас в электрических приборах.

Ni cad аккумуляторы состоят из двух разноимённо заряженных электродов, разделённых сепаратом. Все элементы помещены в электролит и находятся в герметичном корпусе из пластика или металла.

В отличие от других батарей, никелевые аккумуляторы не перегреваются из-за низкого сопротивления, что уменьшает возможность перегрева. Нагревается только после полной зарядки, как индикатор окончания заряда.

Сфера применения

Широко применяются для бытовой техники и аппаратуры, потребляющие большое количество тока. В портативной технике: шуруповерты и дрели. В общественном транспорте используют для питания цепей управления троллейбусов и трамваев, а в морском и речном транспорте и самолётах в качестве вторичного источника сырья.
Плюсы применения: долговечны, простота обслуживания, легкие и почти не чувствительны к низким температурам.

Минусы: содержат ядовитый кадмий, неэкологичное использование. Запрещено утилизировать в бытовой мусор, нужно использовать специальные контейнеры для переработки батареек.

Основные характеристики

Ёмкость аккумулятора: 45-65Вт

Циклы заряд-разряд

При соблюдении условий эксплуатации количество циклов доходит до 1000. Промышленные сохраняют работоспособность в течение 25 лет.

Никель-кадмиевые аккумуляторы могут стареть раньше из-за наличия эффекта памяти – при зарядке не полностью разряженной батарее, следующий разряд происходит до этого значения ёмкости. Перед зарядкой рекомендуется определить уровень заряженности элементов.

В отличие от других не теряет свои свойства при хранении в разряженном состоянии.

Тепловыделение

Небольшой нагрев снижает риск перегрева и увеличивает срок эксплуатации аккумулятора. Это обусловлено протекающими внутри эндотермическими химическими реакциями, поглощающими выделяемое тепло.

Рабочая температура:

Аккумулятор работает при большой амплитуде температур: от -50 до +40оС.
корпус батареи:
Обязательно герметичный и прочный.

  • Плоский;
  • Кубический;
  • Цилиндрический.

На рынке существуют разные размеры батарей, наибольшей популярностью пользуются «банки».

Правила эксплуатации

Чтобы аккумулятор служил как можно дольше, нужно правильно его заряжать и соблюдать правила эксплуатации.

Как правильно заряжать аккумулятор

Для того, чтобы увеличить срок службы, перед зарядкой необходимо убедиться, что аккумулятор полностью разряжен. При неполной разрядке во время эксплуатации, эффективная площадь электродов будет снижаться. Разряжая каждый раз батарею до 0,9-1 Вольт, можно сохранить параметры батареи на более долгое время.

Читайте также:  Аккумулятор Аккумулятор Lights of Nord 60 А ч Прямая EN460 А

Перед первым использованием аккумулятора, его нужно потренировать – провести несколько полных циклов заряд-разряд. Обычно достаточно пяти, но на некоторых моделей производители рекомендуют провести больше, поэтому соблюдайте указанные в инструкции эксплуатации рекомендации. Так батарея начнет работать на заявленных параметрах.

Также, цикл тренировки нужно проводить после хранения дольше полугода.

Как хранить батареи

Если вы не планируете пользоваться Ni-Cd аккумулятором – не нужно его заряжать, ни отлично хранятся в разряженном состоянии. При долгом хранении в заряженном виде характеристики батареи начинают снижаться.

Восстановление ni-cd аккумуляторов

Выбрасывать вышедшие из строя батареи – неэкологично и не так выгодно. Во многих случаях, неработающие батареи можно восстановить самостоятельно. Сделать ремонт батарей можно при помощи дистиллированной воды или импульса тока.

Как проверить батареи

Для начала нужно проверить исправность аккумулятора. Сделать это можно самостоятельно при помощи мультиметра. Во время первой диагностике определяем силу и напряжение аккумулятора при зарядке устройства. Через полчаса после начала зарядки, прибор должен показывать 13В, спустя час значение должно увеличиться на 0,5В. Максимальная отметка напряжения -17В. Сила тока у исправного устройства за час – 1 ампер.

При проверке тестовое устройство переводим в режим DC – проверка напряжения. А переключатель режимов в значении – 20В, то есть напряжение устройства не превысит эту отметку. Величина измерения напряжения у полностью заряженного аккумулятора должна быть равна количеству батареек в нём, умноженной на напряжение каждой из них.
если значение напряжения ниже – аккумулятор неисправен.

Теперь нужно понять, какая из батареек не работает. Выпаиваем каждую из них и измеряем напряжение на полюсах. Красный щуп нужно приложить к положительному полюсу, а чёрный – к отрицательному. В электрических приборах напряжение должно быть 3,6-3,8В.
Если параметры отклоняются, значит батарейки неисправны.

Как восстановить никель кадмиевый аккумулятор читайте далее.

Восстановление водой, пошагово

Восстановление дистиллированной водой считается более эффективным и долговечным.

  1. Перед тем, как восстанавливать аккумулятор, необходимо обнаружить элементы с нулевым напряжением.
  2. Затем, в их корпусе с помощью шуруповерта с тонким сверлом проделываем небольшое отверстие в батарее с нулевым напряжением.
    Заливаем в это отверстие 1см3 дистиллированной воды.
  3. Оставляем на некоторое время батареи.
  4. Замеряем напряжение.
  5. Заряжаем батареи.
  6. Если восстановление произошло успешно – запаиваем батареи или заделываем герметиком.
    Собираем аккумулятор.
  7. Проводим полную зарядку аккумулятора.
  8. Если напряжение не увеличилось – проделываем процедуру ещё до тех пор, пока напряжение не восстановится.

Восстановление с помощью высокого тока

Восстановить аккумулятор так же можно при помощи импульсного разряда.

Необходимые для восстановления приборы:

  • Мультиметр;
  • Источник питания;
  • Средства защиты.
  1. Разбираем аккумулятор устройства и измеряем напряжение полюсов каждой банки.
  2. Подключаем отрицательную клему к источнику питания – для этого можно использовать автомобильный аккумулятор или источник бесперебойного тока с напряжением 12В. Если вы восстанавливаете аккумулятор с напряжением более 9,6В, то нужно использовать цепь из 2 аккумуляторов.
  3. Другой кабель прикрепляем к положительному полюсу.
  4. На краткое время подключаем к положительному полюсу источник питания. Рекомендуется подключать на 4-5 секунд, чтобы кабель не приварился к источнику питания.
  5. Измеряем напряжение на полюсах банки, если оно не увеличилось, то проводим повторную подачу тока.
  6. Выполняем несколько циклов заряд-разряд для восстановления ёмкости аккумулятора.
  7. Недостаток такого метода – через несколько десятков циклов разрядки ёмкость аккумулятора снижается, так как во время подачи происходит саморазряд, но это не восстанавливает химический состав рабочей жидкости электролита.

Зарядное устройство для ni-cd своими руками

Комплектующие детали:

  • USB кабель или Конденсатор
  • Диоды
  • Радиатор
  • Термистор (сопротивление 10кОМ)
  • Резисторы
  • Транзистор
  • Трансформатор
  • Сдвоенный компаратор 1401СА3
  • Медная проволока 6мм.

Инструменты:

  • Шуруповёрт;
  • Настольная пила;
  • Вольтметр;
  • Лобзик;
  • Паяльник.

Инструкция по сборке:

Полученное зарядное устройство – мощность 470 мА.

Собрать зарядное устройство можно по указанной ниже схеме:

Важно установить транзистор на радиатор, чтобы избежать сильного нагрева.

Термистор нужно установить близко к аккумулятору, чтобы он реагировал на изменение температуры.

Дополнительные функции: автоматическое отключение при полной зарядке, контролирует температуру, что позволяет аккумулятору не перегреваться и служить дольше.

Ni-Cd или Li-ion, какие лучше. Сравнение батарей

Достоинства никелево-ионных аккумуляторов:

  • Низкая стоимость по сравнению с аналогами;
  • Быстрый заряд аккумулятора;
  • Большой срок эксплуатации;
  • Морозостойкость, работает при большом спектре температур;

Недостатки:

  • Наличие эффекта памяти – снижает работоспособность при неполном разряде;
  • Не сохраняет заряд при долгом хранении;
  • Требуется тренировка аккумулятора для восстановления характеристик после длительного хранения;
  • Высокий уровень саморазряда.

Также существуют литий-ионные аккумуляторы, которые являются более дорогим аналогом. Лучше всего применяются в устройствах с постоянным напряжением.

Достоинства:

  • Отсутствие «эффекта памяти» – можно заряжать по мере необходимости, не дожидаясь полной разрядки;
  • Высокая ёмкость;
  • Лёгкость;
  • Относительно низкий уровень саморазряда – около 5% в месяц;
  • Быстрая зарядка.

Недостатки:

  • Высокая стоимость по сравнению с аналогами;
  • Использование на морозе сокращает срок эксплуатации;
  • Сравнительно небольшой срок службы: 200-300 циклов заряд-разряд.

Выбор типа аккумулятора зависит от назначения: если вы планируете использовать устройство на морозе – лучше подойдет никелево-кадмиевый, а для домашнего использования при небольших нагрузках тока – литий-ионные батареи.

Никелево-кадмиевые аккумуляторы, несмотря на наличие современных аналогов, не теряют своей популярности из-за небольшой цены. При соблюдении правил по эксплуатации, они будут служить вам долго. Теперь вы знаете, как можно самостоятельно восстановить аккумулятор, правильно его использовать и даже собрать зарядное устройство к нему своими руками.

Источник

Никель-кадмиевые аккумуляторы или батарейки

Никель-кадмиевые аккумуляторы — вторичные источники электрической энергии, которые изобрел Вальдмар Юнгнер в конце 19 века в Швеции. Устройство состоит из корпуса, двух электродов — анода и катода, сепаратора и электролита. Отличие от других аккумуляторов в материале для изготовления электродов и растворе электролита. Именно эти отличия существенно влияют на технические характеристики батареи.

Устройство и принцип работы

Никелево кадмиевые батарейки (NiCd) работают по принципу преобразования химической энергии в электрическую благодаря обратимым реакциям взаимодействия гидроксида никеля (NiOOH), кадмия (Cd), воды (H2O). В итоге образовывается гидроксид никеля Ni(OH)2 и Cd(OH)2, появляется ЭДС.

Химические реакции, происходящие в аккумуляторной батарее:

В процессе заряда: 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 → 2NiOOH + Cd + 2H2O

В процессе разряда: 2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2

никелево кадмиевые батарейки или аккумуляторы

Никель кадмиевые батареи изготавливаются в плотном металлическом корпусе, внутри которого никелевые и кадмиевые электроды разделяются сепаратором, а в роли электролита выступает щелочь — гидроксид калия. Анодом здесь является фольга либо сетка из стальной проволоки с нанесением смеси гидроксида никеля с проводящим материалом. Катодом — тоже стальная сетка или фольга, в ячейки которой впрессован губчатый кадмий.

Разновидности

Никель кадмиевые батарейки по своей форме бывают:

  1. Цилиндрические — они получили второе название – «банки».
  2. Плоские — дисковые или «таблетки».

Размерный ряд цилиндрических состоит из нескольких основных типовых видов:

Обозначение Диаметр, мм Длина, мм Вес, г
A 17 50 32
AA 14,2 50 21
ААА 10,5 44,5 10
1/2 SC 23 26 30
SC (sub C) 23 43 52
C 26 46 72
D 33 58 105-145
F 33 91 231
SF (super F) 41,4 89,1 393

Дисковые батарейки или «таблетки», были достаточно популярны для стран бывшего СССР. Современные кадмиевые аналоги советских «таблеток» применяются в часах, фотовспышках, слуховых аппаратах, фотоаппаратах, фонариках.

Никель кадмиевые аккумуляторы

Характеристики

  1. Величина номинального напряжения одного элемента — 1,2 В.
  2. Рабочий диапазон температур — от +40 до — 50 о С.
  3. Возможность полной зарядки-разрядки – от 100 до 1000, усовершенствованные современные модели достигают 2000 циклов.
  4. Скорость саморазряда — около 10% в месяц.

Достоинства

Никель-кадмиевые батареи обладают рядом преимуществ по сравнению с другими:

  • Возможность работы при минусовых температурах.
  • Быстрая скорость зарядки и медленный разряд батареи.
  • Эксплуатация при экстремальных промышленных условиях (устойчивость к сотрясению, ударам, высоким нагрузкам, повышенной запыленности, отрицательным температурам).
  • Множество циклов «заряд — разряд» – 1000 и более.
  • Длительный срок эксплуатации — до 10 лет.
  • Продолжительный срок хранения, даже в разряженном виде — около 5 лет.
  • Относительно низкая стоимость.

Недостатки

К недостаткам можно отнести:

  • Эффект памяти — потеря емкости при зарядке не до конца разряженной кадмиевой батареи.
  • Токсичность внутреннего содержимого — необходимость соблюдения правил экологической безопасности при утилизации.
  • Саморазряд — за год хранения наступает полная разрядка полностью заряженной никель-кадмиевой батареи.
  • Процесс восстановления батареи после продолжительного хранения занимает несколько полных циклов «заряд — разряд».
  • Невысокое напряжение одиночного элемента — 1,2 В Для увеличения выходного напряжения батареи соединяются насколько элементов последовательно.
Читайте также:  Зарядные устройства Ryobi в Екатеринбурге

Применение

Кадмиевые батареи, благодаря своим характеристикам, используются в приборах с большим током потребления, высокими эксплуатационными нагрузками:

  • Речной, морской транспорт.
  • Авиационный транспорт — самолеты, вертолеты.
  • Наземный электротранспорт — трамваи, троллейбусы.
  • Военная техника.
  • Промышленное производство— электрокары.
  • Электроинструмент — дрели, шуруповёрты.
  • Бытовая техника — электробритвы, фонари.
  • Радиотехника — портативные переговорные устройства, радиоуправляемые игрушки.

Выводы, рекомендации

  • Батарея ni cd во время эксплуатации не нагревается благодаря тому, что химические реакции внутри носят эндотермический характер, т. е. выделяемое тепло поглощается. Это свойство уменьшает риск перегревания, увеличивает срок службы.
  • Наличие плотного герметичного корпуса, способно выдерживать агрессивное влияние извне (перепады температуры, давления, химическое разрушение), делает никель-кадмиевые батареи устойчивыми к самовозгоранию.
  • На промышленных предприятиях кадмиевые аккумуляторы продолжают исправно служить на протяжении 10-20 лет, несмотря на новые современные аналоги, поэтому не требуют замены.

Для продления срока службы никель-кадмиевые батареи нужно правильно заряжать:

  • Для качественной зарядки нужно применять специальные зарядные устройства (ЗУ).
  • Не рекомендуется заряжать не до конца разряженную батарею – произойдет кристаллизация, уменьшится площадь вещества, понизится емкость.
  • Постоянная перезарядка – в результате перегрева, уменьшения количества воды электролита, приведет к разрушению электродов и сепаратора.
  • Недостаточная зарядка истощит эксплуатационный ресурс никель-кадмиевой батареи.
  • Для того, чтобы устранить «эффект памяти», восстановить емкость аккумулятора нужно провести несколько циклов «заряд-разряд».
  • Процесс зарядки лучше всего проводить при температуре 20 о С.

Источник

Никель кадмиевые батареи — особенности, плюсы и минусы

Никель кадмиевые батареи — старое изобретение. Востребованным продукт для электронных устройств, электрических приборов, стал после производственного усовершенствования параметров эксплуатации, снижения цен. Без элемента питания трудно представить часы на стене комнаты, фотоаппарат, плеер, пульт управления. Электричество не производится аккумулятором. Он запасает, хранит, расходует энергию.

Описание и особенности

Изобретение принадлежит шведскому ученому В. Юнгнеру, который никель применил для плюсового, а кадмий для минусового заряда. Батарейка действует принципами, основанными на электролитической диссоциации. В процессе распадаются молекулы электролита, начинают взаимодействовать отрицательные и положительные ионы. Вначале в массовом производстве продукцию не выпускали. Для ХХ века она была дорогой и энергоемкой.

Производить ni cd аккумуляторы стали в 1950 г., после разработки менее затратного технологического процесса.

Элементы питания по форме бывают:

  • цилиндрическими;
  • плоскими;
  • квадратными;
  • прямоугольными.

Разработчики усовершенствовали устройство для увеличения емкости. Так появился металлгидридный инструмент с более существенным зарядом. Но рабочий объем не стал основанием для снятия изделий из производства. Повлиял показатель нагревания, который положительно характеризует Ni-Cd.

При эксплуатации кадмиевые батареи не перегреваются, им не грозит преждевременный выход из строя

. Внутри протекает эндотермическая химическая реакция, она поглощает тепло. В этом отличие ni cd от ni mh аккумуляторов, последние быстро нагреваются и перегорают, если не прекратить применение.

Кадмиевые устройства создают в корпусе:

  • плотном;
  • прочном;
  • герметичном;
  • металлическом.

Продукция в отличие от остальных, устойчивая к внутренним химическим реакциям с давлением газа. Элемент питания работает в среде с низкими температурами. У него отсутствует свойство к самовозгоранию. Разработки по совершенствованию технологий продолжаются, созданы промышленные Ni-Cd, работающие по 25 лет.

Плюсы и минусы

Прибор щелочного типа содержит электроды:

  • отрицательные кадмиевые;
  • положительные окисло-никелевые.

Разграничивают их пластиковые сепараторы. В этом месте происходят заряды между электродами. Элементы питания наделены «эффектом памяти», если прибор полностью не разряжен, новая зарядка выполнится до черты, с которой начали его заряжать. Устройство запоминает остаточный уровень, отчего уменьшается емкость.

Чтобы исключить негативное явление, необходимо вначале разрядить, а затем выполнить заряд никель кадмиевых аккумуляторов. Хранить аккумуляторы нужно, только полностью разряженными.

К положительным качествам устройства относится:

  • многократность циклов зарядных и разрядных процедур (до 1000), при правильной эксплуатации;
  • простое и скорое восстановление после перерывов работы с устройством;
  • длительное хранение;
  • отсутствие восприимчивости к холоду, агрессивной среде;
  • сохраняется стандартная емкость при низких температурных режимах;
  • низкая цена.
  • саморазряд высокого уровня, происходит 10% потеря в первый день после полной зарядки и в течение месяца при хранении;
  • при долгом отсутствии работы процесс восстановления выполняют несколькими циклами;
  • чтобы аккумулятор не запоминал объем питания, его нужно довести до полной разрядки;
  • низкая степень энергетической плотности в сравнении с другими батареями;
  • токсичные материалы.

Ряд стран запретили производство аккумуляторов из-за кадмия – тяжелого металла с повышенной ядовитостью. Утилизируют продукцию на специальном оборудовании по технологическим процессам. Несмотря на недостатки, АКБ устанавливают в бытовых приборах из-за универсальных свойств.

Технические характеристики

Никель кадмиевые аккумуляторы обладают характерными параметрами.

Разряд в одном элементе с напряжением 1V
Номинальный объем 1.2V
Полный заряд 1.8V
Работа при температурных режимах -50 град — +40 град
Зарядные разрядные циклы 1000
саморазряд 30%
эксплуатация 10 лет

Продукцию выпускают в разном корпусном оформлении как по стандартным размерам, так и в произвольном выполнении, в этом её преимущество.

Где применяется

Разные источники питания нужны потребителям тока:

  • приборам;
  • инструментам;
  • бытовой технике;
  • оборудованию;
  • аппаратуре.

Стандартная батарея сделает работоспособной:

  • электродрель;
  • шуруповерт;
  • электробритву;
  • игрушку;
  • фонарь.

Элемент большего размера применяют в общественном транспорте:

  • в троллейбусе, трамвае;
  • на море и реке;
  • в вертолете, самолете.

Благодаря длительного срока эксплуатации, превышающего 10 лет, тип аккумулятора ni cd все еще устанавливают в электронные приборы, несмотря на жесткие экологические требования и замену их на никель-металлогидридную и литий-ионную технологию.

Разрядные факторы влияния

На разряд модели влияют параметры:

  • толщины, структуры, внутреннего сопротивления электродов;
  • плотности сборки;
  • сепараторного содержания;
  • количества электролита;
  • конструктивных форм.

Продолжительный разряд есть в больших по толщине прессованных электродах. Где постепенно снижается емкость (5-10%) с напряжением до 1.1 V. Если батарея работает в условиях средней интенсивности, там электрод тонкий, увеличивают размер количеством, отчего возрастает разрядный ток. В короткоразрядных аккумуляторах с металлокерамическими электродами малое внутреннее сопротивление.

Такая модель наделена высокими энергетическими показателями. Напряжение сохраняется 1.2 V до отработки 90% емкости. В цилиндрических элементах устанавливают рулонные электроды, они обладают длительным рабочим периодом, разряд зависит от перепадов температурных режимов. При замершем электролите он отсутствует.

Порядок для зарядки

Когда заряжают никель кадмиевые аккумуляторы, ограничивают лишнее поступление тока на электроды. Внутри начинает увеличиваться давление и выделяется кислород. Используют автоматические и реверсивные зарядные устройства. В автоматических ЗУ имеются 4 разъема для батарей.

Банку устанавливают в ячейку, устройство подключают к электричеству. Светодиоды указывают на степень завершения процедуры. Реверсивными ЗУ можно не только зарядить батарею, но и поддержать рабочее состояние.

Приборы сложные по содержанию, но эксплуатация не вызовет трудностей. Нужно установить элемент и кнопками отрегулировать режим.

Восстановление никель-кадмиевого аккумулятора

Экономный хозяин не станет выбрасывать, вышедший из строя аккумуляторный блок. Не всегда есть время ходить по магазинам. Если человек связан по работе с электроприборами, у него есть навыки по восстановлению Ni-Cd приспособлений.

Процедуру выполняют с помощью:

  • Дистиллированной воды. Берут слабый элемент, чтобы просверлить в нем отверстие. Работа выполняется тщательно, не повреждая электродов с сепаратором. Набирают в шприц 1 мл жидкости, вводят внутрь. Паяльной кислотой закрывают нарушенную поверхность. Дистиллят добавит плотность электролиту для бесперебойной работы.
  • Метода запзаппинга. В способе существуют рискованные моменты. На батарею воздействуют током коротким, но высоким. Устройство можно восстановить после 20 летнего бездействия. Использование технически сложных мероприятий под напряжением, должно быть доверено опытному электротехнику. Работа выполняется с соблюдением техники безопасности в защитных очках и спецодежде.
  • Разрядки и зарядки. Процедуру провести необходимо несколько раз, чтобы избавиться от эффекта памяти. Процесс выполняют если емкость исчезает во время работы. Когда элементы долго пролежали без нагрузок и восстановление прошло успешно, операцию повторять придется каждый месяц.

По совету электроника, нужно применять дистиллированную воду и отказаться от заморозки. После морозилки фиктивно увеличили показатели восстановленных параметров, достоинство способа не доказано на примерах.

Для чего выполняют цикл разряд-заряд

Если источник питания теряет емкость, содержимое вновь восполняют, для этого нужно полностью элемент разрядить (1V). Затем приступают к зарядке по стандартному режиму.

Источник