Что такое никель-кадмиевый аккумулятор?

Что такое никель-кадмиевый аккумулятор?

Никель-кадмиевый аккумулятор (Ni–Cd аккумулятор или NiCad аккумулятор) — это тип перезаряжаемого аккумулятора, в котором для отрицательного электрода используется гидроксид кадмия, а для положительного — гидроксид никеля. Его можно заряжать и разряжать.

Благодаря долгой истории, насчитывающей более века, эти батареи использовались в различных местах, используя их качества, такие как способность разряжать большие токи и выдерживать многократное использование.

В последние годы использование никель-кадмиевых батарей и литий-ионных батарей, которые не содержат кадмий и имеют превосходные характеристики батареи, стало общепринятым, а использование никель-кадмиевых батарей идет на спад.

Применение никель-кадмиевых батарей

Никель-кадмиевые батареи использовались для привода двигателей аккумуляторных инструментов и пылесосов, а также в качестве аварийных источников питания, используя их устойчивость к перезарядке и разрядке, а также их способность разряжать большие токи.

Существует два типа никель-кадмиевых батарей: спеченные батареи подходят для привода двигателей из-за их высокой выходной разрядной способности, а вспененные батареи подходят для источников питания из-за их относительно высокой емкости.

В прошлом они также использовались как перезаряжаемые сухие батареи. Однако, поскольку они не подходят для перезарядки из-за эффекта памяти, сейчас основными являются никель-металл-гидридные батареи.

Принцип работы никель-кадмиевых батарей

Никель-кадмиевые батареи состоят из электродов и раствора гидроксида калия в качестве сепаратора (электролита) и имеют номинальную электродвижущую силу 1,2 В.

Когда никель-кадмиевые батареи разряжаются, гидроксид кадмия образуется в результате реакции воды с металлическим кадмием на аноде в присутствии гидроксид-ионов, высвобождая ионы водорода и электроны. С другой стороны, на стороне положительного электрода оксигидроксид никеля получает ионы водорода и электроны в присутствии воды, образуя гидроксид никеля.

Во время зарядки происходит обратная реакция, как и при разрядке, при этом гидроксид кадмия получает электроны и восстанавливается до кадмия на аноде, а гидроксид кадмия становится оксигидроксидом никеля в присутствии гидроксид-ионов на катодной стороне, выделяя воду и электроны.

Электролит и электроды имеют низкое внутреннее сопротивление из-за своих свойств, что делает их пригодными для сильноточного разряда, и даже в случае чрезмерной разрядки производительность может быть восстановлена ​​путем повторной зарядки и разрядки. Он также способен поддерживать напряжение, которое может выдерживать использование в условиях низких температур от -20 до -40 °C.

Структура никель-кадмиевых аккумуляторов

Существует два типа никель-кадмиевых аккумуляторов: цилиндрические и квадратные.

Цилиндрический тип состоит из никелевого соединения в качестве положительного электрода, сепаратора из гидроксида калия и неволокон и пластины из кадмиевого соединения в качестве отрицательного электрода, которые сложены и спирально намотаны вместе и вставлены во внешнюю банку. Анод и катод контактируют с отрицательной и положительной клеммами соответственно (или через токосъемные выводы) для вывода электричества наружу. В случае квадратного типа структура состоит из нескольких положительных и отрицательных электродных пластин, обращенных друг к другу через сепараторы.

Современные никель-кадмиевые батареи имеют структуру, называемую герметичным типом. Когда никель-кадмиевые батареи были впервые изобретены, они были открытого типа, но герметичный тип устранял необходимость потребления воды из-за разложения электролита и связанной с этим жидкости для пополнения при перезарядке. Кроме того, никель-кадмиевые батареи спроектированы таким образом, что емкость отрицательного электрода больше, чем у положительного электрода. Это означает, что даже когда положительный электрод полностью заряжен, отрицательный электрод остается в разряженном состоянии, а генерация водорода на отрицательном электроде подавляется, поскольку разряженное состояние поглощает кислород. Это предотвращает разрыв из-за повышенного внутреннего давления, а также расхода электролита. Кроме того, никель-кадмиевые аккумуляторы оснащены клапаном для выпуска газов в случае повышения внутреннего давления.