Никель-кадмиевый аккумулятор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Никель-кадмиевые аккумуляторы
Малогабаритные дисковые никель-кадмиевые аккумуляторы Д-0,03 и зарядное устройство к ним. СССР, 1980-е годы.
Малогабаритные дисковые никель-кадмиевые аккумуляторы Д-0,26, Д-0,06 и зарядное устройство к аккумулятору Д-0,06.
Авиационная бортовая никель-кадмиевая аккумуляторная батарея 20НКБН-25-У3

Никель-ка́дмиевый аккумуля́тор (NiCd) — вторичный химический источник тока, в котором катодом является гидрат закиси никеля Ni(OH)2 с графитовым порошком (около 5-8 %) , электролитом — гидроксид калия KOH плотностью 1,19-1,21 с добавкой гидроксида лития LiOH (для образования никелатов лития и увеличения ёмкости на 21-25 %), анодом — гидрат закиси кадмия Cd(OH)2 или металлический кадмий Cd (в виде порошка). ЭДС никель-кадмиевого аккумулятора около 1,37 В, удельная энергия около 45—65 Вт·ч/кг. В зависимости от конструкции, режима работы (длительные или короткие разряды) и чистоты применяемых материалов, срок службы составляет от 100 до 9000 циклов заряда-разряда. Современные (ламельные) промышленные никель-кадмиевые батареи могут служить до 20-25 лет. Никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd) - единственный вид аккумуляторов, которые могут храниться разряженными, в отличие от никель-металл-гидридных аккумуляторов (Ni-MH), которые нужно хранить полностью заряженными и от литий-ионных аккумуляторов (Li-ion), которые необходимо хранить при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора. Серебряно-цинковые аккумуляторы хранятся только разряженными.

История изобретения[править | править исходный текст]

Параметры[править | править исходный текст]

  • Теоретическая энергоёмкость: 237 Вт·ч/кг.
  • Удельная энергоёмкость: 45-65 Вт·ч/кг.
  • Удельная энергоплотность: 50-150 Вт·ч/дм³.
  • Удельная мощность: 150..500 Вт/кг.
  • ЭДС = 1,37 В.
  • Рабочее напряжение = 1,35..1,0 В.
  • Нормальный ток зарядки = 0,1…1 C, где С - емкость.
  • Саморазряд: 10 % в месяц.
  • Рабочая температура: −50…+40 °C.

В настоящее время использование никель-кадмиевых аккумуляторов сильно ограничено по экологическим соображениям, поэтому они применяются только там, где использование других систем невозможно, а именно, в устройствах, характеризующихся большими разрядными и зарядными токами. Типичный аккумулятор для летающей модели можно зарядить за полчаса, а разрядить за 5 минут. Благодаря очень низкому внутреннему сопротивлению аккумулятор не нагревается даже при зарядке большим током. Только когда аккумулятор полностью зарядится, начинается заметный разогрев, что и используется большинством зарядных устройств как сигнал окончания зарядки. Конструктивно все никель-кадмиевые аккумуляторы оснащены прочным герметичным корпусом, который выдерживает внутреннее давление газов в тяжелых условиях эксплуатации.

Цикл разряда начинается от 1,35 В и заканчивается на 1,0 В (соответственно 100 % емкости и 1 % оставшейся емкости)

Электроды никель-кадмиевых аккумуляторов изготавливаются как штамповкой из листа, так и прессованием из порошка. Прессованные электроды более технологичны, дешевле в производстве и обладают более высокими показателями рабочей ёмкости, в связи с чем все аккумуляторы бытового назначения имеют прессованные электроды. Однако прессованные системы подвержены так называемому «эффекту памяти». Эффект памяти проявляется, когда аккумулятор подвергают зарядке раньше, чем он реально разрядится. В электрохимической системе аккумулятора появляется «лишний» двойной электрический слой и его напряжение снижается на 0.1 В. Типичный контроллер устройства, использующего аккумулятор, интерпретирует это снижение напряжения как полный разряд батареи и сообщает, что батарея «плохая». Реального снижения энергоёмкости при этом не происходит, и хороший контроллер может обеспечить полное использование емкости аккумулятора. Тем не менее, в типичном случае, контроллер побуждает пользователя производить все новые и новые циклы зарядки. А это и приводит к тому, что пользователь своими руками, из лучших побуждений, «убивает» батарею. То есть, можно сказать, что батарея выходит из строя не столько от «эффекта памяти» прессованных электродов, сколько от «эффекта беспамятства» недорогих контроллеров.

Аккумулятор, разряжаемый и заряжаемый слабыми токами (например, в пульте дистанционного управления телевизора), быстро теряет ёмкость и пользователь считает его вышедшим из строя. Так же и аккумулятор, длительное время стоявший на подзарядке (например, в системе бесперебойного питания) потеряет ёмкость, хотя его напряжение будет правильным. То есть, использовать никель-кадмиевый аккумулятор в буферном режиме нельзя. Тем не менее, один цикл глубокой разрядки и последующая зарядка полностью восстановят ёмкость аккумулятора.

При хранении NiCd аккумуляторы также теряют ёмкость, хотя и сохраняют выходное напряжение. Чтобы избежать неверной разбраковки при снятии аккумуляторов с хранения, рекомендуется хранить их в разряженном виде, тогда после первой же зарядки аккумуляторы будут полностью готовы к использованию. Лучше всего подключить цепочку из диода и резистора на каждую банку, чтобы ограничить напряжение на уровне 0,5—0,7 В[источник не указан 1064 дня] на элемент. Это также способствует выравниванию характеристик элементов, из которых состоит батарея. После длительного хранения батареи необходимо провести 2—3 цикла заряд/разряд током, численно равным номинальной емкости (1C), чтобы она вошла в рабочий режим и работала с полной отдачей.

Области применения[править | править исходный текст]

Малогабаритные никель-кадмиевые аккумуляторы используются в различной аппаратуре как замена стандартного гальванического элемента, особенно, если аппаратура потребляет большой ток. Так как внутреннее сопротивление никель-кадмиевого аккумулятора на один-два порядка ниже, чем у обычных марганцево-цинковых и марганец-воздушных батарей, мощность выдаётся стабильнее и без перегрева.

Никель-кадмиевые аккумуляторы применяются на электрокарах (как тяговые), трамваях и троллейбусах (для питания цепей управления), речных и морских судах. Широко применяются в авиации в качестве бортовых аккумуляторных батарей самолётов и вертолётов. Используются как источники питания для автономных шуруповёртов/винтовёртов и дрелей.

Несмотря на развитие других электрохимических систем и ужесточение экологических требований, никель-кадмиевые аккумуляторы остаются основным выбором для высоконадёжных устройств, потребляющих большую мощность, например, фонарей для дайвинга.

Дисковые никель-кадмиевые аккумуляторы[править | править исходный текст]

В СССР для питания электронных устройств были распространены герметичные (взрываются) дисковые никель-кадмиевые аккумуляторы.

Название
аккумулятора
диаметр
мм
высота
мм
напряжение
вольт
Ёмкость
А*час
Рекомендуемый ток разряда, мА Применение
Д-0,03 11,6 5,5 1,2 0,03 3 фотоаппараты,
слуховые аппараты
Д-0,06 15,6 6,4 1,2 0,06 12 фотоаппараты, фотоэкспонометры,
слуховые аппараты, дозиметры
Д-0,125 20 6,6 1,2 0,125 12,5 аккумуляторные электрические фонарики
Д-0,26 25,2 9,3 1,2 0,26 26 аккумуляторные электрические фонарики, фотовспышки, калькуляторы
Д-0,55 34,6 9,8 1,2 0,55 55 фотовспышки
7Д-0,125 8,4 0,125 12,5 замена батарее Крона

Производители[править | править исходный текст]

Ni-Cd аккумуляторы производят множество фирм, в том числе крупные интернациональные фирмы, такие как GP Batteries Int. Ltd., SAMSUNG (под брендом Pleomax), VARTA, GAZ, KONNOC, METABO, EMM, Advanced Battery Factory, Panasonic/Matsushita Electric Industrial, ANSMANN и другие. Среди отечественных производителей можно назвать НИАИ (создан на базе Центральной аккумуляторной лаборатории, 1946 г.), КОСМОС, ЗАО "Опытный завод НИИХИТ" и ЗАО "НИИХИТ-2".

Безопасная утилизация[править | править исходный текст]

Плавка продуктов утилизации NiCd аккумуляторов происходит в печах при высоких температурах, кадмий в этих условиях становится чрезвычайно летучим, и в случае, если печь не оборудована специальным улавливающим фильтром, токсичные вещества (например, пары кадмия) выбрасываются во внешнюю среду, отравляя окружающие территории. Вследствие этого оборудование для утилизации является более дорогим, чем для утилизации свинцовых батарей.

См. также[править | править исходный текст]

Литература[править | править исходный текст]

  • Хрусталёв Д. А. Аккумуляторы. М: Изумруд, 2003.
  • Федотов Г. А. Электрические и электронные устройства для фотографии. Л.: Энергоатомиздат, 1984.
  • ГОСТ 15596-82. Источники тока химические. Термины и определения.
  • Описание заряда NiCd аккумуляторов.

Примечания[править | править исходный текст]