Bateria kadmowa jest popularnym źródłem energii, która służy do uzupełnienia sprzęt AGD. Zalicza się je do typów alkalicznych. Są wyposażone w te jednostki i urządzenia, do których nie można włączyć innych modeli.

Akumulatory niklowo-kadmowe posiadają zaciski przewodzące ujemny i dodatni, do oddzielenia których stosuje się separator. Wewnętrzna część wypełniona jest alkaliczną kompozycją elektrolityczną. Obudowa akumulatorów niklowo-kadmowych wykonana jest ze specjalnego metalu i hermetycznie zamknięta.

W celu zapewnienia najlepszy kontakt do przygotowania elektrod stosuje się niezbyt grubą folię. Do budowy separatora, który jest skoncentrowany pomiędzy zaciskami akumulatorów niklowo-kadmowych, wykorzystuje się surowce tkane. W końcu nie wchodzi w interakcję z alkalicznym elektrolitem.

Borne służy do podłączenia akumulatora do innych źródeł zasilania niklowo-kadmowego. Konstrukcja akumulatora niklowo-kadmowego obejmuje złącza spawane zapewniające szczelne połączenie.

Zalety zasilacza niklowo-kadmowego

Liczba cykli rozładowania i ładowania sięga 1000 lub więcej.
Okres przechowywania takich urządzeń jest długi. Jednocześnie stopień naładowania urządzenia nie wpływa na ten wskaźnik.
Technologia ładowania akumulatorów niklowo-kadmowych jest stosunkowo prosta. Początkujący kierowcy również mogą to wdrożyć.
Z takich źródeł prądu można korzystać także zimą, w trudnych warunkach.
Wydajność nie spada nawet w temperaturach poniżej zera.

Negatywne strony

Urządzenia te posiadają właściwość zwaną „efektem pamięci”. Aby go wyeliminować, konieczne jest podjęcie pewnych działań.
Zwiększa się poziom samorozładowania.
Porównując baterie CD z innymi źródłami zasilania, można podkreślić ich niską gęstość energii.
Do przygotowania użyto składników toksycznych. Dlatego niektóre stany nie używają takich baterii i nie produkują ich.
Aby pozbyć się takich jednostek, stosuje się odpowiedni sprzęt. W naszym kraju przygotowywane są instalacje do recyklingu i recyklingu jednostek niklowo-kadmowych.

Ładowanie i rozładowywanie akumulatorów niklowo-kadmowych

Proces rozładowania

Parametry rozładowania źródła prądu w dużej mierze zależą od cech konstrukcyjnych, charakterystyki elektrod i przewodów prądowych. Określają również z góry napięcie i opór wewnętrzny.

Parametry bitów zależą od:

Cechy i budowa separatora.
Jakość wykonania.
Ilość kompozycji elektrolitycznej, którą wypełniona jest obudowa.
Inny.

W przypadku długotrwałego rozładowywania źródła nicd eksperci zalecają stosowanie akumulatorów dyskowych, które są uzupełnione prasowanymi przewodami o dużych rozmiarach. Dlatego przy niewielkim wzroście prądu zmniejsza się pojemność rozładowania, a także napięcie. Aby zoptymalizować ten wskaźnik, zmniejsza się grubość odprowadzeń i zwiększa ich liczbę.

Maksymalną wartość pojemności obserwuje się w temperaturze pokojowej. Dalszy wzrost temperatury nie ma wpływu na ten parametr. Ujemne temperatury powodują spadek napięcia rozładowania i wzrost prądu rozładowania.

Używanie wkrętarek wyposażonych w zasilacze niklowo-kadmowe w okresie zimowym wymaga ostrożności.

Proces ładowania

Podczas ładowania akumulatorów Ni-Cd konieczne jest wprowadzenie ograniczeń dotyczących ładowania. Przecież podczas procesu ładowania wzrasta ciśnienie wewnątrz obudowy, wytwarzany jest tlen i maleje bieżący współczynnik zastosowania.

Jak ładować akumulator Ni-Cd? Aby w pełni przywrócić ładunek, należy zapewnić pojemność 150–160 procent. Zakres temperatur – 0-+35 stopni. Jeśli nie weźmiesz pod uwagę zakresu temperatur, ciśnienie wzrośnie. Poprzez zawór awaryjny zostanie on uwolniony mieszanina tlenu. Dlatego ważne jest, aby z wyprzedzeniem ustalić, jak prawidłowo ładować akumulator.

Ładowany jest rozładowany akumulator niklowo-kadmowy różne tryby. Czas ładowania zależy od wybranego trybu.

Prąd 0,2 całkowitej pojemności przez 7 godzin.
Prąd o wartości 0,3 całkowitej pojemności przez nie więcej niż 4 godziny.

Podczas ładowania urządzenia w trybie przyspieszonym (prądem 0,4 dostępnej pojemności) przeładowanie jest zabronione, ponieważ doprowadzi to do zmniejszenia pojemności. Za pomocą odpowiednich urządzeń możesz ustawić stopień naładowania źródła prądu. Podczas pracy z prądami stosuje się amperomierz. Aby określić liczbę woltów, użyj woltomierza lub multimetru.

Ładowarka do akumulatorów niklowo-kadmowych

Do ładowania akumulatorów ni-cd stosuje się ładowarki odwracalne i automatyczne.

Automatyczna ładowarka Ni CD jest łatwa w użyciu. Za jego pomocą naładujesz 2–4 akumulatory do wkrętarki lub innego sprzętu AGD. Po umieszczeniu baterii w pamięci następuje ustawienie trybu i numeru. Następnie urządzenie jest podłączone do sieci.

Modele automatyczne są wyposażone we wskaźniki, które pomagają określić stan ładujących źródeł prądu podczas pracy z prądem. Urządzenia takie nadają się również do rozładowywania akumulatorów Ni-Cd.

Ładowarki impulsowe mają bardziej złożoną konstrukcję. Można je stosować podczas pracy ze znacznym prądem. Ponieważ zaliczane są do jednostek profesjonalnych, przed użyciem można dowiedzieć się, jak naładować źródło prądu i jak ustawić wymagane parametry.

Modele odwrócone (impulsowe) nadają się do cyklicznego zasilania prądem ładowania i rozładowania. Podczas rozładowywania i ładowania parametry prądu i napięcia są ustalane z góry.

Funkcje użytkowania

Długotrwała eksploatacja wpływa na funkcjonowanie i wydajność akumulatorów kadmowo-niklowych. Pogorszenie wydajności i awarie są spowodowane przez:

Powierzchnia robocza zacisków przewodzących jest zmniejszona.
Masa czynna zacisków przewodzących jest znacznie zmniejszona.
Zasadowy skład elektrolityczny zmienia skład i jest nieprawidłowo rozprowadzany w źródle prądu.
Wyciek występuje wzdłuż elementów przewodzących. W rezultacie rozładowanie naładowanego źródła prądu następuje dość szybko.
Zwiększa się zużycie płynów i tlenu. Jeśli tlen zostanie uwolniony w nadmiernych ilościach, proces staje się nieodwracalny.
Związki organiczne zaczynają się rozpadać.

Regeneracja akumulatorów niklowo-kadmowych

Procedura regeneracji akumulatorów niklowo-kadmowych, które służą do uzupełnienia śrubokręta lub innego urządzenia przenośnego, zajmuje trochę czasu. Ponieważ koszt takich akumulatorów jest wysoki, przed wdrożeniem należy sprawdzić ich funkcje.

Zasadniczo przywracamy baterię niklowo-kadmową śrubokręta prądem pulsacyjnym, który jest dostarczany przez 2-4 sekundy. Wartość prądu przekracza parametry pojemności 10 lub więcej razy.

Przed przywróceniem akumulatora przygotowywane są niektóre elementy i narzędzia:

Wydajny zasilacz o dużych wartościach prądu. Jako akumulator używany jest akumulator samochodowy.
Zaciski.
Przewody.
Multimetr monitorujący napięcie.
Przedmioty ochronne.

Procedura odzyskiwania obejmuje pewne działania:

Określane są dodatnie i ujemne zaciski przenośnego narzędzia lub oddzielnego akumulatora.
Za pomocą zacisków lub zacisków krokodylkowych, a także kawałków drutu, mocuje się wady.
Drugi koniec drutu jest dociśnięty do styku dodatniego. Czas trwania kontaktu drutu wynosi 1–2 sekundy (można zwiększyć do 3 sekund). Takie działania zajmują trochę czasu. Podczas wykonywania kontaktu należy zwrócić uwagę, aby przewody nie przykleiły się do urządzenia lub akumulatora.

Po jednym cyklu poziom napięcia mierzony jest za pomocą multimetru. Po przywróceniu napięcia przystępują do zwiększania wydajności. W celu przywrócenia i naprawy zasilania wykonuje się 2–4 cykle.

Ta technika przynosi oczekiwany efekt tylko na krótkoterminowe. Dzieje się tak dlatego, że zmienia się skład elektrolityczny i zmienia się także jego objętość. W rezultacie akumulatory nie mogą być używane jako źródła energii przez długi czas.

Zmodernizowana technika

Aby przywrócić nikiel własnymi rękami baterie kadmowe, a także w celu zapewnienia ich długotrwałego działania, wykonywane są następujące czynności:

Wszystkie akumulatory są dokładnie sprawdzane i mierzone jest napięcie. Elementy, na których napięcie jest bliskie zeru, są usuwane.
Za pomocą odpowiedniego narzędzia w korpusie przygotowuje się otwory w celu wypełnienia 1 cm3 wody destylowanej.
Źródła zasilania pozostawia się na krótki okres czasu, po czym tak się dzieje sprawdź ponownie Napięcie.
Jeśli funkcjonalność akumulatora zostanie przywrócona, uformowane otwory są traktowane uszczelniaczem i lutowaniem.
Urządzenie jest wyposażone w akumulatory i można je ładować. Przenośne urządzenie jest gotowe do użycia, gdy tylko wskaźnik na ładowarce zmieni kolor. Do tych celów warto zastosować ładowarki impulsowe, które wyróżniają się rozbudowaną funkcjonalnością i wysokiej jakości wyposażeniem.
Przy zerowym napięciu do akumulatora ponownie wtryskiwana jest woda destylowana.
Procedurę powtarza się aż do uzyskania pozytywnego wyniku.

Funkcje przechowywania

Instrukcje obsługi akumulatorów kadmowych zostały przygotowane przez specjalistów. Instrukcje opisują sposób przechowywania zasilaczy. Podkreślono kilka podstawowych zasad.

Źródła Ni-Cd można przechowywać wyłącznie po całkowitym rozładowaniu. Do tych celów wykorzystuje się ładowarki wyposażone w odpowiednią funkcję. Do opróżniania stosuje się również lampy żarowe o odpowiedniej liczbie amperów.

Odpowiednio przygotowane akumulatory można przechowywać przez długi czas. Zmiany temperatury nie mają wpływu na stan i wydajność.

Pomieszczenia służą do przechowywania akumulatorów niklowo-kadmowych. Przecież wahania temperatury nie powodują wyładowań ani uruchomienia nieodwracalnych procesów.

Mimo, że akumulatory niklowo-kadmowe są przechowywane przez długi czas, na pewnym etapie zachodzi potrzeba ich utylizacji. W tym celu należy skontaktować się z organizacją realizującą podobne procesy.

Wydajność akumulatorów niklowo-kadmowych trudno przecenić. Wyposażone są w przenośne narzędzia wykorzystywane w życiu codziennym i przemyśle. Przy prawidłowej obsłudze, przestrzeganiu środków bezpieczeństwa i warunków pracy okres użytkowania przekracza pięć lat.

Film o akumulatorach niklowo-kadmowych

Wszystko o akumulatorach niklowo-kadmowych: charakterystyka, działanie, zalety i wady

Baterie niklowo-kadmowe (Ni-Cd) ten moment są nadal szeroko stosowane gospodarka narodowa. Ze względu na swoją konstrukcję należą do grupy baterii alkalicznych. Akumulatory te cieszą się dużym zainteresowaniem, choć ich produkcja i zastosowanie są ograniczone ze względów bezpieczeństwa. środowisko(kadm jest substancją toksyczną). Ale nie można ich całkowicie porzucić, ponieważ baterie te są używane w urządzeniach, w których inne baterie nie mogą działać. W szczególności jest to praca z prądami rozładowania i ładowania duży rozmiar. Są to urządzenia dość łatwe w utrzymaniu długoterminowy operacja. Zasługują zatem na omówienie ich w osobnym artykule.

Pierwszą baterię niklowo-kadmową stworzył Waldmar Jungner już w 1899 roku. Ale wtedy produkcja tych baterii alkalicznych była znacznie droższa niż innych typów baterii. Tak więc wynalazek ten został na jakiś czas zapomniany. W 1932 roku opracowano metodę osadzania materiału aktywnego na porowatej elektrodzie niklowej. Przybliżyło to wypuszczenie przemysłowych akumulatorów Ni-Cd.

W 1947 roku przeprowadzono szereg prac, podczas których przeprowadzono rekombinację gazów powstających podczas ładowania, bez ich usuwania. W rezultacie narodziły się szczelne akumulatory Ni-Cd, które są używane do dziś. Wśród producentów akumulatorów niklowo-kadmowych możemy wymienić: duże firmy, jak GP Batteries, Samsung, Varta, GAZ, Konnoc, Advanced Battery Factory, Panasonic, Metabo, Ansmann i inne.

Pomimo szerokiego zastosowania w gospodarce narodowej od kilkudziesięciu lat, akumulatory niklowo-kadmowe stopniowo zawężają swoje zastosowanie. Stopniowo są one zastępowane przez akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe i litowe.

W szczególności akumulatory Ni-Cd ustępują miejsca sprzętowi przenośnemu. Powodem tego jest zagrożenie, jakie kadm stanowi dla ludzi i środowiska. Utylizacja takich baterii wymaga specjalnego sprzętu do wychwytywania kadmu. bo samochód jest łatwiejszy, szybszy i lepiej opracowany. Jednak nadal istnieje sporo obszarów, w których akumulatory niklowo-kadmowe są niezastąpione.

Zastosowania akumulatorów niklowo-kadmowych (Ni-Cd)

Stosowane są akumulatory niklowo-kadmowe o małych wymiarach urządzenia techniczne, wymagające do swojej pracy wysoki prąd. W takich warunkach zapewniają akumulatory Ni-Cd stabilna moc i nie przegrzewają się w przeciwieństwie do innych typów baterii. Akumulatory niklowo-kadmowe znajdują szerokie zastosowanie w trolejbusach, tramwajach, spotykane są także akumulatory trakcyjne w samochodach elektrycznych, a także przemysłowe akumulatory Ni-Cd. Ponadto znajdują szerokie zastosowanie w transporcie morskim i rzecznym.

Akumulatory Ni-Cd można spotkać w helikopterach i samolotach jako akumulatory pokładowe, w narzędziach przenośnych (śrubokręt, wiertarka udarowa itp.). Jednakże baterie litowe stają się coraz powszechniejsze w narzędziach. Baterii niklowo-kadmowych nie można jeszcze wymienić w urządzeniach przenośnych, które zużywają się duża moc. Chociaż w niektórych urządzeniach są one z powodzeniem zastępowane, które nie zawierają szkodliwego kadmu.

Powszechnie stosowane są akumulatory Ni-Cd w formie dyskowej. Wariant ten był szeroko stosowany jako akumulator do zasilania pamięci nieulotnej we wczesnych komputerach osobistych. Zostały przylutowane do płyty głównej. Następnie zastąpiono je bateriami litowymi. Baterie dyskowe były również szeroko stosowane w aparatach fotograficznych, lampach błyskowych, kalkulatorach, latarkach, radiach, aparatach słuchowych itp.

Akumulatory Ni-Cd można długo przechowywać, są łatwe w utrzymaniu, niewrażliwe na niskie temperatury, mają niski opór wewnętrzny i niski ciężar właściwy. To wszystko wciąż przeważa punkt ujemny, związane z obecnością w nich toksycznego kadmu. W lotnictwie nadal dominują akumulatory niklowo-kadmowe, wyposażenie wojskowe, przenośne urządzenia radiokomunikacyjne. Dodatkowo można przeczytać materiał o redukcji Ni─Cd.

Konstrukcja akumulatorów niklowo-kadmowych (Ni-Cd)

Konstrukcja baterii Ni-Cd

Strukturalnie akumulator niklowo-kadmowy składa się z elektrody dodatniej i ujemnej oddzielonych separatorem. Zanurza się je w alkalicznym elektrolicie, a całość zamknięta jest w szczelnej, metalowej obudowie. Elektroda dodatnia zawiera NiOOH (wodorotlenek niklu). Negatyw zawiera w związku kadm (Cd). Elektrolitem jest roztwór KOH (wodorotlenek potasu). Jest silną zasadą i bezwonny. Zaletą KOH jest to, że substancja nie jest wybuchowa ani łatwopalna. Udział masowy KOH w elektrolicie zgodnie z GOST R 50711-94 powinien wynosić nie mniej niż 85 procent w postaci stałej i nie mniej niż 45 procent w postaci płynnej.

Aby zwiększyć powierzchnię elektrod, wykonuje się je z cienkiej folii. Separator pomiędzy elektrodami wykonany jest z włókniny, która nie wchodzi w interakcję z alkaliami. Sam elektrolit nie jest zużywany podczas reakcji.

Jeden pierwiastek niklowo-kadmowy wytwarza napięcie około 1 wolta. Dlatego łączy się je w akumulatory o gęstości energii około 60 Wh na kilogram.

Na poniższym obrazku można zobaczyć główne elementy alkalicznej baterii niklowo-kadmowej serii KL.

Złącze lub przewód prądowy służy do pobierania prądu z akumulatora i pełni funkcję zacisku do podłączenia akumulatorów. Korek zapewnia uzupełnienie elektrolitu, a także uwolnienie gazu powstającego podczas procesu ładowania. Połączenie elektrod wraz z paskami stykowymi zapewnia wyciągnięcie i doprowadzenie elektrod do noworodka. Paski stykowe są przyspawane do elektrod.

Elektroda składa się z płytek umieszczonych poziomo. Zawierają substancję czynną w perforowanej stalowej listwie. Żebro nadaje sztywność elektrodzie i zapewnia przepływ prądu do listwy stykowej. Elektrody inna polaryzacja oddzielone są ramowym separatorem, który nie zakłóca swobodnego obiegu elektrolitu.

Reakcje zachodzące na elektrodach akumulatora Ni-Cd

Procesy na elektrodzie dodatniej

Główne reakcje elektrochemiczne zachodzące na elektrodzie dodatniej akumulatora niklowo-kadmowego można opisać następującymi wzorami:

Podczas ładowania

Ni(OH) 2 + OH — ⇒ NiOOH + H 2 O + e —

Podczas wypisu

NiOOH + H 2 O + e — ⇒ Ni(OH) 2 + OH —

Wodorotlenek niklu (NiOOH) na elektrodzie dodatniej może występować w dwóch wersjach:

α-Ni(OH)2;
β-Ni(OH)2.

Formy te różnią się gęstością i nawodnieniem. Jeśli akumulator jest rozładowany, na elektrodzie dodatniej znajdują się obie formy wodorotlenku niklu. Kiedy akumulator Ni-Cd jest ładowany, forma β-Ni(OH) 2 przekształca się w β-NiOOH. W tym przypadku sieć krystaliczna substancji zmienia się nieznacznie. Na końcowym etapie ładowania powstaje γ-NiOOH. Ilość faz β i γ wodorotlenku niklu będzie zależeć od konkretnych warunków ładowania.

Faza γ intensywnie tworzy się w wysoka prędkośćładowania lub podczas ładowania. W wyniku powstania γ-NiOOH następuje radykalna restrukturyzacja struktury tlenkowej. Dla porównania gęstość fazy β wynosi 4,15, a fazy γ 3,85 g/cm 3 . Z tego powodu podczas ładowania akumulatora Ni-Cd zmienia się objętość masy czynnej elektrody dodatniej. Właściwości elektrochemiczne β i γ są również różne. Dla postaci γ-NiOOH ładunek przepływa mniej efektywnie i współczynnik wykorzystania prądu w tym przypadku jest mniejszy niż w postaci β. Forma γ ma również niższy potencjał rozładowania, a samorozładowanie jest o połowę mniejsze niż forma β.

Procesy na elektrodzie ujemnej

Na elektrodzie ujemnej akumulatora niklowo-kadmowego zachodzą następujące reakcje:

Podczas ładowania

Cd(OH) 2 + 2e – ⇒ Cd + 2OH –

Po zwolnieniu

Cd + 2OH – ⇒ Cd(OH) 2 + 2e –

Pojemność elektrody kadmowej w akumulatorach niklowo-kadmowych przekracza pojemność elektrody dodatniej o około 20-70%. Z tego powodu uważa się, że potencjał elektrody ujemnej podczas rozładowywania pozostaje niezmieniony.

Charakterystyka akumulatorów niklowo-kadmowych (Ni-Cd)

Napięcie znamionowe niklu i kadmu uszczelnione akumulatory wynosi 1,2 V. Ładowanie prądem 1/10 pojemności następuje w ciągu 16 godzin. Pojemność akumulatora Ni-Cd mierzy się podczas rozładowywania prądem 2/10 pojemności znamionowej do napięcia jednego wolta.

Na poniższym obrazku można zobaczyć charakterystykę rozładowania akumulatorów niklowo-kadmowych w różnych trybach rozładowania.

Na poniższych wykresach widać zależność pojemności rozładowania od prądu obciążenia i temperatury.

Samorozładowanie akumulatorów niklowo-kadmowych zależy głównie od niestabilności termodynamicznej elektrody tlenkowo-wodorotlenkowej. Wpływ prądu upływu pomiędzy elektrodami na samorozładowanie jest niewielki. Ale stopniowo zwiększa się wraz z żywotnością baterii. Rozpraszanie ciepła w akumulatorach Ni-Cd w dużej mierze zależy od stanu naładowania. Gdy akumulator osiągnie 70 procent swojej pojemności, aktywuje się proces uwalniania tlenu. W rezultacie, w wyniku jonizacji tlenu na elektrodach ujemnych, akumulator nagrzewa się. Pod koniec ładowania temperatura w akumulatorze Ni-Cd wzrasta o 10-15 stopni Celsjusza. Jeśli ładowanie odbywa się w trybie przyspieszonym, wzrost temperatury może wynosić 40-45 stopni Celsjusza.

Po odłączeniu ładunku potencjał elektrody dodatniej (tlenku niklu) maleje i następuje stopniowe wyrównywanie ładunku warstw głębokich i powierzchniowych. Po pewnym czasie intensywność samorozładowania maleje. W przypadku różnych serii akumulatorów Ni-Cd samorozładowanie i stabilizacja pojemności resztkowej mogą się znacznie różnić. Samorozładowanie, oprócz zmniejszenia pojemności, prowadzi również do spadku napięcia o 0,03-0,05 wolta. Zjawisko to tłumaczy się stopniowym wyrównywaniem ładunku w głębokości i na powierzchni elektrody. Dodatkowo ma wpływ częściowa pasywacja masy aktywnej.

Przechowywanie akumulatorów niklowo-kadmowych (a także akumulatorów kwasowo-ołowiowych) w niskich temperaturach ogranicza samorozładowanie. W temperaturze 20 stopni Celsjusza samorozładowanie jest dwukrotnie większe niż w temperaturze 0.

Poniższy rysunek przedstawia wykres utraty pojemności akumulatorów NiCd w różnych temperaturach.

Aby zrekompensować samorozładowanie podczas przechowywania akumulatora, można go ładować niskim prądem. Zazwyczaj prąd ładowania wynosi 0,03-0,05 pojemności. Ale konkretną wartość określa producent akumulatora. Zdolność wytrzymywania długotrwałego ładowania jest różna w przypadku akumulatorów niklowo-kadmowych różne projekty. Do ładowania najmniej nadają się alkaliczne akumulatory dyskowe niklowo-kadmowe, które mają grube elektrody lamelkowe. Ale są też konstrukcje, które wytrzymują przeładowanie przez kilka miesięcy bez konsekwencji.

Odnośnie energii Charakterystyka Ni-Cd akumulatorów, różnią się one także w zależności od rodzaju akumulatora.

Akumulatory dyskowe niklowo-kadmowe z 2 elektrodami mają charakterystyczną charakterystykę energetyczną 15–18 Wh na kilogram i 35–45 Wh na litr. Ta sama odmiana, ale z 4 elektrodami, ma dwukrotnie większą charakterystykę energetyczną. W przypadku cylindrycznych akumulatorów Ni-Cd wartości te wynoszą 45 Wh na kilogram i 130 Wh na litr.

Co wpływa na rozładowanie akumulatorów Ni-Cd?

Charakterystyka rozładowania poszczególnych modeli zależy od następujących cech:

grubość, budowa, rezystancja wewnętrzna elektrod;
gęstość montażu grup elektrod;
charakterystyka separatora (grubość i struktura);
objętość elektrolitu;
specyficzne cechy konstrukcji baterii.

Akumulatory dyskowe Ni-Cd z zaprasowanymi elektrodami o dużej grubości stosowane są w warunkach długotrwałego rozładowania. W takim przypadku następuje stopniowy spadek pojemności i napięcia do 1,1 wolta. Gdy pojemność zostanie rozładowana do 1 wolta, pozostaje około 5-10 procent wartości nominalnej. Akumulatory takie wykazują znaczne zmniejszenie napięcia rozładowania i utraconej pojemności akumulatorów Ni-Cd, gdy prąd rozładowania wzrośnie do wartości 0,2*C. Wyjaśnia to fakt, że masa czynna nie ma możliwości równomiernego rozładowania na różnych głębokościach elektrod.

W przypadku akumulatorów pracujących w trybie rozładowania o średniej intensywności elektrody są cieńsze, a ich liczba wzrasta do 4. W rezultacie prąd rozładowania wzrasta do 0,6 pojemności.

Istnieją również tak zwane akumulatory krótkorozładowcze. Wyposażone są w elektrody metalowo-ceramiczne o niskim oporze wewnętrznym. Modele te charakteryzują się najwyższą wydajnością energetyczną spośród innych typów akumulatorów niklowo-kadmowych. Ich napięcie rozładowania utrzymuje się na poziomie powyżej 1,2 V, aż do wyczerpania 90 procent pojemności akumulatora. Akumulatory te można stosować podczas rozładowywania przy wysokich wartościach prądu (3-5C).

Warto również zwrócić uwagę na akumulatory cylindryczne z elektrodami walcowanymi. Te nowoczesne akumulatory może być rozładowywany przez długi czas prądem 7─10C. Na przedstawionych powyżej wykresach rozładowania widać, że temperatura pracy ma istotny wpływ na charakterystykę akumulatorów niklowo-kadmowych. Bateria osiąga największą pojemność w temperaturze 20 stopni Celsjusza. Wraz ze wzrostem temperatury praktycznie się nie zmienia. Ale gdy spadnie do 0 stopni, pojemność spada tym szybciej, im większy jest prąd rozładowania. Ten spadek pojemności wiąże się ze spadkiem napięcia rozładowania, co jest spowodowane wzrostem polaryzacji i rezystancji omowej. Opór wzrasta ze względu na małą objętość elektrolitu.

Zatem skład zasady (elektrolitu) i jego stężenie znacząco wpływają na właściwości akumulatora. Od tego zależy temperatura tworzenia się soli, krystalicznych hydratów, lodu i innych pierwiastków.

Jeśli elektrolit zamarznie, wyładowanie jest całkowicie wykluczone. Niższa wartość temperatura robocza W większości przypadków akumulatory Ni-Cd mają temperaturę minus 20 stopni Celsjusza. W przypadku niektórych typów akumulatorów skład elektrolitu jest dostosowywany, a dolna granica zakresu temperatur rozszerza się do minus 40 stopni Celsjusza.

Co wpływa na ładowanie akumulatorów Ni-Cd?

Podczas ładowania szczelnego akumulatora niklowo-kadmowego ważne jest ograniczenie przeładowania. Podczas ładowania ciśnienie wewnątrz akumulatora wzrasta w wyniku uwalniania się tlenu. Zatem efektywność wykorzystania prądu maleje w miarę zbliżania się do setnego ładowania.

Na poniższym obrazku można zobaczyć wykresy charakteryzujące zależność pojemności podczas rozładowywania akumulatora cylindrycznego.

Można w nim ładować akumulatory Ni-Cd Zakres temperatury 0─40 stopni Celsjusza. Zalecany odstęp to 10-30 stopni. Absorpcja tlenu na elektrodzie kadmowej spowalnia wraz ze spadkiem temperatury, co prowadzi do wzrostu ciśnienia. Jeśli temperatura jest wyższa niż zalecana, potencjał wzrasta i tlen zaczyna wydzielać się bardzo wcześnie na dodatniej elektrodzie tlenku niklu. W tej samej temperaturze tlen jest uwalniany aktywniej, im większy jest prąd ładowania. W tym przypadku szybkość wchłaniania tlenu pozostaje prawie niezmieniona. Wartość ta zależy od konstrukcji akumulatora, a dokładniej od transportu tlenu z elektrody dodatniej do elektrody kadmowej ujemnej. Wpływ na to ma gęstość układu, grubość, budowa elektrod, a także materiał separatora i objętość elektrolitu.

Im mniejsza grubość elektrod i większa gęstość ich ułożenia, tym efektywniejszy będzie proces ładowania. Najbardziej wydajne pod tym względem są akumulatory cylindryczne z elektrodami rolkowymi. Dla nich wydajność ładowania pozostaje prawie niezmieniona, gdy prąd zmienia się z 0,1 na 1C. Producenci nazywają standard trybu ładowania, w wyniku czego akumulator o napięciu 1 wolta jest w pełni naładowany w ciągu 16 godzin prądem o wartości 0,1 pojemności. Niektóre modele wymagają 14 godzin ładowania w tym trybie. Konkretne wskaźniki zależą już od cech konstrukcyjnych i objętości masy czynnej.

Wszystko powyższe dotyczy ładunku galwanostatycznego. Jest to ładunek o stałej wartości prądu. Ładowanie można jednak przeprowadzić również przy płynnym lub stopniowym zmniejszaniu natężenia prądu w końcowej fazie ładowania. Następnie na początkowym etapie prąd można ustawić znacznie wyżej niż standardowa wartość 0,1 pojemności. Często istnieje realna potrzeba zwiększenia prędkości ładowania. Problem rozwiązuje się stosując akumulatory, których właściwości pozwalają skutecznie przyjmować ładunek o dużej gęstości prądu. Prąd jest utrzymywany na stałym poziomie przez cały proces ładowania. Ulepszane są także systemy sterowania, aby zapobiec przeładowaniu akumulatora.

Cylindryczne akumulatory niklowo-kadmowe są zazwyczaj ładowane w następujących trybach:

6─7 godzin przy prądzie 0,2 z pojemności;
3-4 godziny przy prądzie 0,3 z pojemności.

Podczas przyspieszania nie zaleca się dopuszczania do przeładowania przekraczającego 120-140 procent. Następnie zostanie zapewniona pojemność nie mniejsza niż wartość nominalna. Akumulatory Ni-Cd do pracy w trybach przyspieszonych ładują się jeszcze szybciej (około godziny). Jednak w tym drugim przypadku konieczna jest kontrola napięcia i temperatury. W przeciwnym razie na skutek szybkiego wzrostu ciśnienia może rozpocząć się proces degradacji akumulatora.

Po zakończeniu ładowania w szczelnie zamkniętym akumulatorze uwalnianie tlenu jest kontynuowane w wyniku utleniania jonów hydroksylowych na elektrodzie dodatniej. W wyniku procesu samorozładowania potencjał maleje, a proces uwalniania tlenu stopniowo maleje i staje się równy jego absorpcji na elektrodzie kadmowej. Następnie ciśnienie spada. Jest to szczegółowo omówione w podanym linku.

Dzięki udoskonaleniom w produkcji akumulatory Ni-Cd są obecnie stosowane w większości przenośnych urządzeń elektronicznych. Akceptowalny koszt i wysokie wskaźniki wydajności sprawiły, że ten typ baterii stał się popularny. Takie urządzenia są dziś szeroko stosowane w instrumentach, aparatach fotograficznych, odtwarzaczach itp. Aby bateria działała długo, trzeba nauczyć się ładować akumulatory Ni-Cd. Przestrzegając zasad działania takich urządzeń, można znacznie wydłużyć ich żywotność.

Główna charakterystyka

Aby zrozumieć, jak ładować akumulatory Ni-Cd, musisz zapoznać się z funkcjami takich urządzeń. Zostały wynalezione przez V. Jungnera w 1899 roku. Jednak ich produkcja była wówczas zbyt droga. Technologie się poprawiły. Dziś w sprzedaży dostępne są łatwe w obsłudze i stosunkowo niedrogie akumulatory niklowo-kadmowe.

Prezentowane urządzenia wymagają, aby ładowanie następowało szybko, a rozładowywanie powoli. Ponadto pojemność akumulatora musi zostać całkowicie wyczerpana. Ładowanie odbywa się za pomocą prądów pulsacyjnych. Parametry te należy przestrzegać przez cały okres użytkowania urządzenia. Znając Ni-Cd, można przedłużyć jego żywotność o kilka lat. Co więcej, takie baterie są używane nawet w większości trudne warunki. Cechą prezentowanych akumulatorów jest „efekt pamięci”. Jeśli akumulator nie będzie okresowo całkowicie rozładowywany, na płytkach jego ogniw utworzą się duże kryształy. Zmniejszają pojemność baterii.

Zalety

Aby zrozumieć, jak prawidłowo ładować akumulatory Ni-Cd do śrubokręta, aparatu, aparatu i innych urządzeń przenośnych, należy zapoznać się z technologią tego procesu. Jest to proste i nie wymaga od użytkownika specjalnej wiedzy i umiejętności. Nawet po dłuższym przechowywaniu akumulator można szybko naładować. To jedna z zalet prezentowanych urządzeń, która decyduje o ich popularności.

Akumulatory niklowo-kadmowe charakteryzują się dużą liczbą cykli ładowania i rozładowywania. W zależności od producenta i warunków pracy liczba ta może osiągnąć ponad 1 tysiąc cykli. Zaletą akumulatora Ni-Cd jest jego wytrzymałość i zdolność do pracy w ciężkich warunkach. Nawet podczas pracy w chłodne dni sprzęt będzie działał prawidłowo. W takich warunkach jego pojemność nie ulega zmianie. Przy każdym poziomie naładowania akumulator można przechowywać przez długi czas. Jego ważną zaletą jest niski koszt.

Wady

Jedną z wad prezentowanych urządzeń jest to, że użytkownik musi się uczyć jak prawidłowo ładować Baterie Ni-Cd. Prezentowane akumulatory, jak wspomniano powyżej, charakteryzują się „efektem pamięci”. Dlatego użytkownik musi okresowo podejmować działania zapobiegawcze w celu jego wyeliminowania.

Gęstość energii prezentowanych akumulatorów będzie nieco niższa niż innych typów autonomicznych źródeł zasilania. Ponadto do produkcji tych urządzeń wykorzystuje się materiały toksyczne, niebezpieczne dla środowiska i zdrowia ludzkiego. Utylizacja takich substancji wiąże się z dodatkowymi kosztami. Dlatego w niektórych krajach użycie takich baterii jest ograniczone.

Po długotrwałym przechowywaniu akumulatory Ni-Cd wymagają cyklu ładowania. Dzieje się tak ze względu na wysoki stopień samorozładowania. Jest to również wada ich konstrukcji. Jednak wiedząc jak prawidłowo ładować Akumulatory Ni-Cd, jeśli są prawidłowo używane, mogą zapewnić Twojemu sprzętowi autonomiczne źródło zasilania przez wiele lat.

Rodzaje ładowarek

Aby prawidłowo naładować akumulator niklowo-kadmowy, należy użyć specjalnego sprzętu. Najczęściej jest dostarczany w komplecie z baterią. Jeżeli z jakiegoś powodu nie posiadasz ładowarki, możesz ją dokupić osobno. Odmiany pulsacyjne automatyczne i odwracalne są już w sprzedaży. Korzystając z pierwszego typu urządzenia, użytkownik nie musi o tym wiedzieć do jakiego napięcia mam ładować? Baterie Ni-Cd. Proces trwa tryb automatyczny. Jednocześnie możesz ładować lub rozładowywać aż 4 akumulatory.

Za pomocą specjalnego przełącznika urządzenie ustawia się w tryb rozładowania. W takim przypadku wskaźnik koloru będzie świecić na żółto. Po zakończeniu tej procedury urządzenie automatycznie przejdzie w tryb ładowania. Zaświeci się czerwony wskaźnik. Gdy akumulator osiągnie wymaganą pojemność, urządzenie przestanie dostarczać prąd do akumulatora. Wskaźnik zmieni kolor na zielony. Dwustronne należą do grupy sprzętu profesjonalnego. Są w stanie wykonać kilka cykli ładowania i rozładowania o różnym czasie trwania.

Ładowarki specjalne i uniwersalne

Wielu użytkowników jest zainteresowanych pytaniem jak naładować akumulator wkrętarki typu Ni-Cd. W tym przypadku nie zrobi to regularnie urządzenie przeznaczone na baterie AA. Specjalna ładowarka jest najczęściej dostarczana ze śrubokrętem. Tego należy używać podczas serwisowania akumulatora. W przypadku braku ładowarki należy zakupić sprzęt do akumulatorów prezentowanego typu. W takim przypadku można ładować tylko akumulator wkrętarki. Jeśli korzystasz z akumulatorów różnego typu, warto je zakupić wyposażenie uniwersalne. Pozwoli na obsługę autonomicznych źródeł energii dla niemal wszystkich urządzeń (aparatów, śrubokrętów, a nawet akumulatorów). Będzie można nim ładować np. akumulatory Ni-Cd iMAX B6. To proste i przydatne urządzenie w gospodarstwie domowym.

Rozładowanie wciśniętego akumulatora

Tłoczony Ni- charakteryzuje się specjalną konstrukcją, a wydajność rozładowania prezentowanych urządzeń zależy od ich rezystancji wewnętrznej. Na ten wskaźnik mają wpływ niektórzy cechy konstrukcyjne. Do długotrwałej pracy sprzętu stosuje się akumulatory dyskowe. Posiadają płaskie elektrody o odpowiedniej grubości. W procesie rozładowywania ich napięcie powoli spada do 1,1 V. Można to sprawdzić wykreślając wykres krzywej.

Jeśli akumulator będzie nadal rozładowywany do 1 V, jego pojemność rozładowania wyniesie 5-10% pierwotnej wartości. Jeśli prąd wzrośnie do 0,2 C, napięcie znacznie spadnie. Dotyczy to również pojemności baterii. Tłumaczy się to niemożnością równomiernego rozładowywania masy na całej powierzchni elektrody. Dlatego dzisiaj ich grubość jest zmniejszana. Jednocześnie konstrukcja baterii dyskowej zawiera 4 elektrody. W takim przypadku można je rozładować prądem 0,6 C.

Baterie cylindryczne

Obecnie powszechnie stosowane są akumulatory z elektrodami metalowo-ceramicznymi. Mają niską rezystancję i zapewniają wysoką wydajność energetyczną urządzenia. Napięcie ładowania Ten typ akumulatora Ni-Cd utrzymuje napięcie 1,2 V aż do utraty 90% określonej pojemności. Około 3% z niego traci się podczas kolejnego rozładowania od 1,1 do 1 V. Prezentowany typ akumulatora można rozładowywać prądem 3-5 C.

Elektrody rolkowe instalowane są w bateriach cylindrycznych. Można je rozładować przy przekroczeniu prądu wysoka wydajność, który kształtuje się na poziomie 7-10 C. Wskaźnik wydajności będzie maksymalny w temperaturze +20 ° C. Wraz ze wzrostem wartość ta zmienia się nieznacznie. Jeśli temperatura spadnie do 0 ° C i poniżej, pojemność rozładowania maleje wprost proporcjonalnie do wzrostu prądu rozładowania. Jak ładować Ni- Baterie CD, rodzaje które są prezentowane do sprzedaży, należy szczegółowo rozważyć.

Ogólne zasady pobierania opłat

Podczas ładowania akumulatora niklowo-kadmowego niezwykle ważne jest ograniczenie nadmiaru prądu płynącego do elektrod. Jest to konieczne ze względu na powstające podczas tego procesu ciśnienie wewnątrz urządzenia. Podczas ładowania wydziela się tlen. Ma to wpływ na bieżący współczynnik wykorzystania, który będzie się zmniejszał. Istnieją pewne wymagania wyjaśniające sposób ładowania Ni- Baterie CD. Parametry Proces ten jest uwzględniany przez producentów specjalnego sprzętu. Ładowarki w czasie swojej pracy zgłaszają do akumulatora 160% pojemności nominalnej. Zakres temperatur w całym procesie musi mieścić się w przedziale od 0 do +40 şС.

Standardowy tryb ładowania

Producenci muszą wskazać w instrukcjach ile doładować Akumulator Ni-Cd i jaki prąd należy zastosować. Najczęściej sposób przeprowadzenia tego procesu jest standardowy dla większości typów akumulatorów. Jeśli akumulator ma napięcie 1 V, należy go naładować w ciągu 14-16 godzin. W takim przypadku prąd powinien wynosić 0,1 C.

W niektórych przypadkach charakterystyka procesu może się nieznacznie różnić. Wpływ na to mają cechy konstrukcyjne urządzenia, a także zwiększone obciążenie masy czynnej. Jest to konieczne, aby zwiększyć pojemność akumulatora.

Użytkownik może być również zainteresowany jakim prądem ładować akumulator? Ni-Cd. W tym przypadku istnieją dwie opcje. W pierwszym przypadku prąd będzie stały przez cały proces. Opcja druga pozwala na długie ładowanie akumulatora bez ryzyka jego uszkodzenia. Obwód polega na zastosowaniu stopniowej lub płynnej redukcji prądu. W pierwszym etapie znacznie przekroczy 0,1 C.

Szybkie ładowanie

Istnieją inne metody, które akceptują Ni- Baterie CD. Jak ładować akumulator tego typu w trybie przyspieszonym? Jest tu cały system. Producenci zwiększają szybkość tego procesu, wypuszczając specjalne urządzenia. Można je ładować wyższym poziomem prądu. W tym przypadku urządzenie ma specjalny system sterowania. Zapobiega przeładowaniu akumulatora. Takim układem może być sam akumulator lub jego ładowarka.

Urządzenia cylindryczne ładowane są prądem stałym, którego wartość wynosi 0,2 C. Proces potrwa tylko 6-7 godzin. W niektórych przypadkach możliwe jest ładowanie akumulatora prądem 0,3 C przez 3-4 godziny. W tym przypadku kontrola procesu jest niezbędna. Podczas wykonywania procedury przyspieszonej szybkość ładowania nie powinna przekraczać 120-140% pojemności. Istnieją nawet akumulatory, które można w pełni naładować w ciągu zaledwie 1 godziny.

Przestań ładować

Ucząc się ładowania akumulatorów Ni-Cd należy wziąć pod uwagę dokończenie procesu. Gdy prąd przestaje płynąć do elektrod, ciśnienie wewnątrz akumulatora nadal rośnie. Proces ten zachodzi na skutek utleniania jonów hydroksylowych na elektrodach.

Z biegiem czasu następuje stopniowe wyrównywanie szybkości uwalniania i wchłaniania tlenu na obu elektrodach. Prowadzi to do stopniowego spadku ciśnienia wewnątrz akumulatora. Jeżeli doładowanie było znaczne, proces ten będzie przebiegał wolniej.

Ustawienie trybu

Do ładuj prawidłowo akumulatora Ni-Cd, należy znać zasady ustawiania sprzętu (o ile zapewnia je producent). Nominalna pojemność akumulatora musi mieć prąd ładowania do 2 C. Konieczne jest wybranie rodzaju impulsu. Może to być Normal, Re-Flex lub Flex. Próg czułości (obniżenia ciśnienia) powinien wynosić 7-10 mV. Nazywa się go również Szczytem Delta. Lepiej ustawić go na poziomie minimalnym. Prąd pompowania należy ustawić w przedziale 50-100 mAh. Aby móc w pełni wykorzystać moc akumulatora, należy ładować dużym prądem. Jeżeli wymagana jest jego maksymalna moc, akumulator ładowany jest niskim prądem wynoszącym Tryb normalny. Przyglądając się sposobowi ładowania akumulatorów Ni-Cd, każdy użytkownik będzie w stanie poprawnie przeprowadzić ten proces.

Pomimo tego, że od tego roku w Unii Europejskiej zakazano produkcji akumulatorów niklowo-kadmowych, ci niestrudzeni pracownicy nadal są wykorzystywani w wielu niedrogich i wydajnych urządzeniach autonomicznych (śrubokręty, golarki elektryczne, latarki).

Nawet jeśli instrukcja obsługi nie mówi nic o rodzaju akumulatora urządzenia, dość łatwo ustalić, że jest to akumulator niklowo-kadmowy, który służy jako źródło prądu - najczęściej czas ładowania podawany jest w zakresie 5-12 godzin i pojawia się sygnalizacja konieczności samodzielnego wyłączenia ładowarki po upływie czasu ładowania.

Do akumulatorów niklowo-kadmowych, szybko ładowanie impulsowe niż powolny DC. Baterie te mogą wytwarzać większą moc, co czyni je wyborem do urządzeń o dużej mocy pracujących poza siecią. Akumulatory niklowo-kadmowe to jedyny typ akumulatorów, który wytrzymuje całkowite rozładowanie pod dużym obciążeniem bez żadnych konsekwencji. Inne typy akumulatorów wymagają niecałkowitego rozładowania przy stosunkowo niskich obciążeniach.

Akumulatory niklowo-kadmowe nie lubią długotrwałego ładowania pod okazjonalnym niewielkim obciążeniem. Okresowe całkowite rozładowanie jest dla nich konieczne jak powietrze dla człowieka - w przypadku braku całkowitego rozładowania na elektrodach tworzą się duże kryształki metalu (co prowadzi do pojawienia się tzw. „Efektu pamięci”) - akumulator gwałtownie traci swoją pojemność. Do długiej i wydajnej pracy akumulatorów NiCd wymagane są cykle konserwacji akumulatora – całkowite rozładowanie, a następnie pełne naładowanie, zgodnie z większością zaleceń – raz w miesiącu, przynajmniej raz na 2-3 miesiące.

Akumulatory niklowo-kadmowe są najbardziej „niezawodnymi” spośród nowoczesnych akumulatorów produkowanych masowo – do ich stosowania nie jest nawet potrzebny system monitorowania parametrów akumulatorów, który determinuje ich zastosowanie w niedrogich i wydajnych urządzeniach.

Ładowanie niskimi prądami przez 5-12 godzin pozwala obejść się bez żadnych środków ostrożności w postaci systemów kontroli ładowania i rozładowania. W przypadku przeładowania akumulator po prostu powoli będzie tracił pojemność (ku uciesze producenta). Należy o tym pamiętać korzystając z ładowarek typu „bad-boy” (ładowarek bez mechanizmu automatycznej kontroli ładowania). Dlatego najlepiej ładować całkowicie rozładowany akumulator i ściśle przestrzegać czasu ładowania, co pozwoli zachować pojemność akumulatora NiCd przez długi czas.

W przypadku korzystania z ładowania „szybkiego” (czas ładowania poniżej 5 godzin) wskazane jest posiadanie ładowarki z czujnikiem temperatury, ponieważ podczas ładowania temperatura akumulatora wzrasta wraz z temperaturą, a wraz ze wzrostem pojemności wzrasta pojemność. wzrasta, ładowarka może doładować akumulator wymagany poziom co prowadzi do jeszcze większego wzrostu temperatury (zjawisko „uciekania termicznego” akumulatora) i co najmniej do pogorszenia parametrów akumulatora. Podobna sytuacja ma miejsce podczas ładowania akumulatora w niskich temperaturach. Czujnik temperatury pozwala na zmianę parametrów ładowania w zależności od temperatury akumulatora, a także odłączenie akumulatora od ładunku w przypadku, gdy tempo wzrostu temperatury przekroczy 1 stopień Celsjusza na minutę lub gdy temperatura akumulatora osiągnie 60 stopni Celsjusza, co pozwala uniknąć tragiczne skutki ucieczki termicznej.

Aby zilustrować potrzebę stosowania czujnika termicznego w ładowarce, podam przykład sprzed dwóch lat ładowania akumulatora niklowo-kadmowego do profesjonalnego wkrętaka na ładowarce bez czujnika termicznego (na zdjęciu - to sama ładowarka) , co pozwala naładować akumulator w przyspieszonym tempie – w ciągu godziny. W tym czasie temperatura w mieszkaniu wynosiła około 30°C, ładowarka powinna automatycznie ładować akumulator do momentu osiągnięcia docelowego napięcia i automatycznie się wyłączyć, co zostało napisane prostym językiem angielskim w instrukcji w części dotyczącej bezpieczeństwa. Rano pierwszy akumulator z zestawu został naładowany bez żadnych incydentów - po 50 minutach ładowarka się wyłączyła, wieczorem drugi akumulator podczas ładowania sprawił niespodziankę: z powodu braku czujnika temperatury w ładowarce akumulator wszedł w tryb podkręcania termicznego. Ponieważ ładowanie zostało przyspieszone, problem został zauważony późno - gdy akumulator zaczął dymić i zaczął rozpylać gorący elektrolit. Ładowarka, która została szybko odłączona od sieci, została uratowana. Bateria dusiła się w agonii przez długi czas, próbując wyrządzić jak najwięcej szkód wyjeżdżając do innego świata, ale nie udało się, a szkody ograniczyły się do kosztu samego akumulatora - 15USD. Od tego momentu ładowarka jest podłączona do sieci poprzez timer.

Pomimo swoich wad akumulatory niklowo-kadmowe nadal istnieją wśród nas. Mam nadzieję, że odrobina teorii i praktycznych doświadczeń przedstawionych w artykule pozwoli czytelnikowi wycisnąć maksimum z baterii niklowo-kadmowej swojego urządzenia.

Bateria niklowo-kadmowa(NK) jest jednym z najstarszych i najlepiej zbadanych typów źródła chemiczne aktualny Układ chemiczny niklowo-kadmowy zaproponował w 1899 roku Waldemar Junger, który w sensie historycznym stawia akumulatory NC na drugim miejscu po akumulatorach kwasowo-ołowiowych. Po stosunkowo krótkim czasie akumulatory NK zaczęto aktywnie wykorzystywać w różnych dziedzinach przemysłu, a po wynalezieniu sposobu wytwarzania szczelnych akumulatorów niklowo-kadmowych (NKB) nastąpiła wyraźna poprawa wydajności, co dodatkowo rozszerzyło zakres zastosowań Zastosowanie NKG.

Z tego powodu firma JSC NIAI Istochnik specjalizuje się w produkcji akumulatorów NCG o najwyższych parametrach konsumenckich:

Nie wymaga konserwacji
Nie wydziela się gaz ani elektrolit
Możliwość pracy na dowolnym stanowisku
Odporny na ciężkie warunki klimatyczne
Wytrzymałość mechaniczna i odporność na przeładowanie
Długa żywotność (do 7 lat)
Wysoka retencja ładunku i wysoka stabilność właściwości.

Bateria niklowo-kadmowa składa się z dwóch elektrod roboczych. W stanie rozładowanym elektroda dodatnia zawiera hydrat tlenku niklu, a elektroda ujemna zawiera wodorotlenek kadmu. Elektrody i separator mają dość dużą porowatość i są impregnowane wodnym roztworem alkalicznym.

Główną reakcję zachodzącą w akumulatorze opisuje równanie:

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

Podczas ładowania z masy czynnej elektrod przedostaje się woda do elektrolitu, co powoduje rozrzedzenie elektrolitu i zwiększenie jego objętości. Podczas rozładowania następuje proces odwrotny.

Pod koniec ładowania na elektrodzie dodatniej następuje reakcja uboczna polegająca na uwolnieniu tlenu:

4OH - O2 + 2H2O +4e

Tlen uwolniony na elektrodzie dodatniej jest jonizowany na elektrodzie ujemnej.

Projektowanie baterii i akumulatorów (AB)

Elektrody. W szczelnych, pryzmatycznych akumulatorach niklowo-kadmowych zastosowano elektrody spiekane (cermetalowe), składające się z podłoża wykonanego z rozciągliwej siatki niklowej, na którą naniesiona jest wysoce porowata warstwa niklu. Porowatą warstwę wypełnia się masą aktywną poprzez impregnację chemiczną. Ostatnio jako podstawę elektrod zastosowano piankę niklową, otrzymywaną w wyniku niklowania pianki poliuretanowej, a następnie wyżarzania w środowisku redukującym. Aktywną masę elektrodową wmasowuje się w piankę niklową.

Baterie. Baterie szczelne produkowane są w metalowych obudowach. Uszczelnianie otworów akumulatorów pryzmatycznych odbywa się z reguły za pomocą gumowych pierścieni. Jako przekładki stosuje się tkaniny i włókniny (filce, filce) z polichlorku winylu, polipropylenu, poliamidu, nylonu i innych materiałów. Można łączyć ze sobą kilka warstw przekładek wykonanych z różnych materiałów.

W zamkniętych akumulatorach pojemność elektrody ujemnej powinna być większa niż pojemność elektrody dodatniej. Ustalony eksperymentalnie współczynnik wydajności musi wynosić co najmniej 1,2. Stosunek ten pozwala uniknąć wydzielania się wodoru na elektrodzie ujemnej.

Jako elektrolit stosuje się 20-40% roztwór KOH z dodatkiem LiOH. Konkretny skład elektrolitu dobiera się w zależności od temperatury podczas pracy. Jeśli akumulatory są zaprojektowane do pracy w temperaturach ujemnych, wówczas zwiększa się stężenie KOH, a zawartość LiOH zmniejsza do zera. Poprawiona wydajność, gdy podniesiona temperatura osiąga się stosując 20-30% roztwór KOH z dodatkiem 15-50 G/l LiOH. W przypadku akumulatorów szczelnych duże znaczenie ma właściwy dobór ilości elektrolitu, na który wpływają także warunki pracy akumulatora. Aby zaabsorbować tlen powstający podczas ładowania, konieczne jest, aby część przestrzeni porów elektrody ujemnej i separatora była wolna od elektrolitu. Jeśli elektrolitu jest za dużo, absorpcja tlenu spowalnia, a akumulator może ulec deformacji podczas ładowania (podczas ładowania według czasu) lub przedwcześnie odłączyć się od ładowania po włączeniu alarmu ciśnienia. Jeżeli ilość elektrolitu jest niewystarczająca, szczególnie przy niskich prądach ładowania i podwyższonej temperaturze otoczenia, akumulator może wpaść w tzw. „niestabilność termiczną”, gdy na skutek zwiększonego stopnia jonizacji tlenu akumulator zaczyna się nagrzewać, co w wyniku czego napięcie na nim maleje. Przy jeszcze większym zmniejszeniu ilości elektrolitu zaczyna to wpływać na charakterystykę rozładowania akumulatora. W różnych typach akumulatorów ilość elektrolitu waha się od 2 do 4 cm 3 /Ah. Wraz ze wzrostem stężenia elektrolitu wzrasta jego gęstość i maleje objętość.

Baterie. Mocowanie akumulatorów w akumulatorze powinno zapewniać, że żaden z nich nie poruszy się podczas mechanicznych przeciążeń. Umiejscowienie szczelnie zamkniętych akumulatorów w przestrzeni jest dowolne, ale nie zaleca się otwierania pokrywy, szczególnie w przypadku akumulatorów z zaworem awaryjnym, ponieważ Pod koniec ładowania część elektrolitu z bloku elektrod spływa na pokrywę akumulatora. Połączenia międzyogniwowe muszą być zaprojektowane tak, aby zapewnić minimalną utratę napięcia i nie powodować naprężeń mechanicznych na zaciskach akumulatora. Lutowanie bezpośrednio do obudowy lub pokrywy akumulatora jest niedozwolone. W akumulatorach wykonanych z akumulatorów szczelnych zaleca się zapewnienie zacisków z każdego akumulatora wykonanych w układzie dwuprzewodowym, za pomocą których następuje dodatkowe rozładowywanie ogniwo po ogniwie i kontrola napięcia akumulatora. Jeśli sterowanie element po elemencie powoduje trudności, można kontrolować napięcie w grupach po 2-5 akumulatorów. Należy kontrolować napięcie w każdej grupie urządzenie automatyczne, zatrzymując wyładowanie po osiągnięciu maksymalnego dopuszczalnego napięcia. Zużycie urządzenia na własne potrzeby powinno być minimalne w czasie pracy i równe zeru w przypadku przechowywania akumulatora jako części produktu. Ustawienia powinny być:

dla jednego akumulatora - (0,5 ± 0,4) V,
dla dwóch akumulatorów - (1,7 ± 0,3) V,
na trzy akumulatory - (2,8 ± 0,2) V,
na cztery akumulatory - (3,8 ± 0,2) V,
dla pięciu akumulatorów - (5,0 ± 0,2) V.

Jeżeli w akumulatorze znajduje się nie więcej niż pięć akumulatorów, kontrola napięcia odbywa się na zaciskach akumulatora. Jeżeli akumulator nie jest podzielony na tę samą liczbę grup, dopuszczalne jest krzyżowe sterowanie kilkoma akumulatorami za pomocą sąsiednich urządzeń rozłączających.

Oznaczenie baterii i akumulatorów

Litery w nazwach baterii NK wskazać układ elektrochemiczny (nikiel-kadm). List G patrz konstrukcja akumulatorów - szczelne. Po literach, za pomocą myślnika, wskazywana jest nominalna pojemność akumulatora. Po wartości pojemności nominalnej następują litery wskazujące tryb rozładowania: DO - krótki (poniżej 1 godziny), Z - średni (2-8 godzin), D - długi (10-20 godzin). List A instalowany w przypadkach, gdy akumulator jest wyposażony w czujnik ciśnienia. Liczby wcześniej oznaczenie literowe baterie odpowiadają liczbie baterii w baterii. W niektórych przypadkach na końcu oznaczenia zapisana jest kategoria modyfikacji klimatycznych i umiejscowienia.

Wprowadzany od 1993 roku GOST 26367.3-93 (IEC 622-88) dla szczelnych pryzmatycznych akumulatorów niklowo-kadmowych, co stanowi bezpośrednie zastosowanie odpowiedniej normy IEC, która przewiduje następujące oznaczenia akumulatorów w alfabecie łacińskim. Pierwsza litera K odnosi się do układu elektrochemicznego niklowo-kadmowego. Następnie zapisz jedną z liter wskazujących kształt ciała: Z - pryzmatyczny (uszczelniony), R - B - dysk. Następnie w przypadku zamkniętych akumulatorów pryzmatycznych wskazany jest rodzaj płyty dodatniej: R - lamelkowe, S - spiekane (metalowo-ceramiczne). Następnie dla wszystkich typów akumulatorów rejestrowany jest tryb rozładowania: L - długotrwałe, M - przeciętny, N - krótki, X - bardzo krótki, po którym wskazana jest pojemność nominalna dla akumulatorów pryzmatycznych, a dla akumulatorów dyskowych i cylindrycznych - średnica i wysokość (przez ułamek). W przypadku akumulatorów dyskowych wymiary podano w dziesiątych częściach milimetra. Na końcu oznaczenia podana jest klasa odporności temperaturowej. Klasa I - temperatura od -30 do 50 o C (bez oznaczenia); klasa II - od -40 do 60 o C; klasa III - od -60 do 60 o C.

Oznaczenie baterii składa się zazwyczaj z oznaczenia baterii, poprzedzonego liczbą wskazującą liczbę baterii w baterii. Na końcu czasami wskazywana jest klimatyczna wersja akumulatora (na przykład 10NKG-8K-V1). W niektórych przypadkach producent nadaje akumulatorowi indeks warunkowy (na przykład 11MO1).

Metody ładowania

Akumulatory są z reguły ładowane prądem stałym, a akumulatory otrzymują 105-150% ich pojemności znamionowej. Prąd ładowania wynosi zwykle 0,1-0,3 C. W przypadku akumulatorów szczelnych, oprócz monitorowania czasu ładowania, stosuje się również monitorowanie końcowego napięcia ładowania, ciśnienia wewnętrznego (za pomocą alarmów ciśnieniowych) i raportowanej pojemności (za pomocą elektronicznych amperogodzin). W niektórych przypadkach stosuje się czujniki maksymalnego napięcia, których ustawienie reakcji zależy od temperatury i (lub) prądu ładowania, lub przekaźniki termiczne, które wydają sygnał o wyłączeniu ładowania, gdy temperatura wzrośnie do określonej wartości.

Choć akumulatory szczelne są droższe od akumulatorów otwartych i wymagają bardziej skomplikowanego sprzętu do ładowania i testowania, to koszty ich eksploatacji są niższe niż akumulatorów otwartych, gdyż akumulatory szczelne nie wymagają urządzeń wentylacyjnych i okresowego uzupełniania elektrolitu, co wiąże się z utrzymaniem dodatkowy personel.

Wydajność ładowania zależy od temperatury i prądu ładowania. Wraz ze wzrostem prądu ładowania wzrasta napięcie ładowania. W przypadku akumulatorów szczelnych należy unikać warunków, w których napięcie ładowania osiąga 1,6 V, ponieważ sprzyja to uwalnianiu wodoru. W przypadku akumulatorów przeznaczonych do trybów krótkiego rozładowania pojemność rozładowania wzrasta wraz ze wzrostem prądu ładowania, a w przypadku akumulatorów przeznaczonych do trybów średniego rozładowania osiąga maksimum. Optymalny ładunek odbywa się w temperaturze 15-25 o C przy prądzie 0,1-0,5 C. Wraz ze wzrostem temperatury ładowania i spadkiem prądu ładowania pojemność uwalniana podczas rozładowania maleje i może wynosić nawet 50-70% wartości nominalnej. W zakresie temperatur 15-25 o C możliwe jest ładowanie akumulatorów zamkniętych stałym napięciem 1,45 - 1,50 V. Przy napięciach powyżej 1,5 V nie zaleca się ładowania stałym napięciem, gdyż Przegrzanie może spowodować przeładowanie akumulatorów. Przeładowanie akumulatorów podczas ładowania ich ze źródła stałego napięcia jest niebezpieczne ze względu na zjawisko zwane „niekontrolowaną temperaturą”. Jego istota polega na tym, że gdy akumulatory są w pełni naładowane, cały prąd jest wydawany na uwalnianie tlenu na elektrodzie dodatniej, z kolei większość tlenu jest absorbowana na elektrodzie kadmowej, w wyniku czego prawie cała przepływająca energia elektryczna jest zamieniana na ciepło, a akumulator zaczyna się szybko nagrzewać. Wraz ze wzrostem temperatury spada napięcie akumulatora, co prowadzi do wzrostu prądu ładowania i dalszego lawinowego nagrzewania. Jeśli w temperaturze pokojowej „niestabilność termiczna” otwartych akumulatorów zaczyna się przy napięciach bliskich 1,7 V, to po długim przeładowaniu, któremu towarzyszy przegrzanie, może rozpocząć się niekontrolowana niestabilność termiczna przy napięciu 1,3 V. Zwykle ma to miejsce podczas długiego ładowania w temperaturze pokojowej. napięcie stałe, gdy w wyniku nagrzania akumulatora prąd jonizacji tlenu na elektrodzie ujemnej wzrasta tak bardzo, że szybkość przepływu tlenu przez separator i szybkość wychodzenia tlenu z bloku elektrodowego stają się porównywalne. Po kilku cyklach w takich warunkach elektroda kadmowa ulega pasywacji do tego stopnia, że podczas ładowania wydziela się na niej wodór. W przypadku akumulatorów szczelnych ucieczka termiczna może rozpocząć się przy napięciach poniżej 1,7 V, ponieważ w nich cały tlen uwolniony podczas ładowania musi zostać wchłonięty wewnątrz akumulatora. Aby uniknąć ucieczki ciepła, akumulator należy umieścić z dala od źródeł ciepła (silników, urządzeń o dużej mocy itp.). ), starannie wybierz tryb ładowania, a samo ładowanie przeprowadź na zautomatyzowanych stanowiskach, które posiadają kilka poziomów zabezpieczenia (czas ładowania, napięcie, prąd, pojemność itp.). Konieczne jest, aby błąd stabilizacji napięcia nie przekraczał ±1%. Przy wyborze napięcia ładowania konieczne jest, aby po powiedzeniu akumulatorowi 110 - 150% pojemności znamionowej, wartość prąd ładowania nie przekraczała 0,02 - 0,003 Sn A. Ładowanie przy podwyższonych napięciach można stosować tylko przy jednoczesnym ograniczeniu jego czasu trwania. W niskich temperaturach ładowanie stałym napięciem traci swoją skuteczność ze względu na znaczne zmniejszenie prądów ładowania.

Łącząc akumulatory równolegle należy je ładować poprzez diody izolacyjne lub każdy akumulator musi być podłączony do swojego ładowarka. Baterii nie należy przechowywać przez dłuższy czas w stanie naładowanym lub częściowo naładowanym (z wyjątkiem oczywiście akumulatorów), ponieważ Ze względu na różnice w prądach samorozładowania akumulatorów może pojawić się brak równowagi w stopniu naładowania, co z jednej strony stwarza niebezpieczeństwo przeładowania maksymalnie naładowanych akumulatorów, co z kolei powoduje zmniejszenie pojemności akumulatorów na skutek spadku napięcia napięcie najbardziej rozładowanych akumulatorów. Brak równowagi w poziomie naładowania może prowadzić do odwrócenia polaryzacji jednego z akumulatorów podczas rozładowywania i uwolnienia się wodoru na elektrodzie tlenku niklu, czemu może towarzyszyć zadziałanie zaworu lub alarm ciśnieniowy, a nawet deformacja szczelnych akumulatorów baterie. Przed długotrwałym przechowywaniem w stanie rozładowanym zaleca się dodatkowo rozładować każdy akumulator za pomocą indywidualnych rezystorów do napięcia nie wyższego niż 0,1 V, co umożliwi wyrównanie naładowania akumulatorów.

Żywotność baterii niklowo-kadmowej

Żywotność akumulatorów zależy zarówno od ich konstrukcji, jak i sposobu działania. Jeśli konkretny typ baterii nie jest wyraźnie określony wady projektowe, wówczas czynnikiem decydującym są warunki pracy. W większości przypadków najczęściej stosowaną metodą ich obsługi są akumulatory rowerowe. Zastosowanie baterii w tryby awaryjne, gdy naładowane akumulatory są przechowywane przez większość czasu w stanie naładowanym, z reguły przy niewielkim prądzie ładowania, który kompensuje samorozładowanie akumulatorów i małe wycofanie zdolność do krótkotrwałego podłączenia akumulatorów do obciążenia.

Wydajność baterii w różnych trybach jazdy na rowerze

Do głównych parametrów trybu pracy zalicza się prąd rozładowania, pojemność rozładowania, sposób zabezpieczenia przed nadmiernym rozładowaniem, prąd ładowania, sposób zabezpieczenia przed przeładowaniem, temperaturę. Po zwolnieniu nikiel-kadm Akumulatory nagrzewają się, a na początku ładowania, zanim zacznie się intensywne wydzielanie tlenu, ochładzają się.

Wzrost prądu rozładowania i spadek temperatury prowadzą do spadku średniego napięcia rozładowania i utraty pojemności, jeśli zabezpieczenie przed przeładowaniem polega na zatrzymaniu rozładowania, gdy napięcie spadnie do wystarczająco wysokiego poziomu. wysoki poziom(wyższe niż 1 V na akumulator). Żywotność zależy również w dużym stopniu od głębokości rozładowania. Zmniejsza się prawie 10-krotnie, gdy zmienia się z 10 na 70%.

Spadek prądu ładowania prowadzi do wydłużenia czasu ładowania i zmniejszenia współczynnika wykorzystania prądu, w wyniku czego spada pojemność rozładowania, szczególnie jeśli temperatura ładowania przekracza 30 o C. Wzrost prądu ładowania może również prowadzić do zmniejszenia pojemności rozładowania, jeśli ładowanie zostanie zatrzymane, gdy napięcie będzie wystarczająco niskie (poniżej 1,5 V w temperaturze 25 o C). Sprawność energetyczna waha się od 70 do 85% i wzrasta wraz ze wzrostem napięcia rozładowania, spadkiem napięcia ładowania i zwiększeniem wydajności prądowej.

Żywotność szczelnie zamkniętych akumulatorów zależy również od kombinacji końcowego napięcia ładowania i końcowego napięcia rozładowania. Największe straty pojemności występują w trybach pracy cyklicznej, gdzie ładowanie jest ograniczane przez niskie napięcie (około 1,48 V), a rozładowanie przez Wysokie napięcie(1,10 - 1,16 V). Pojemność spada również dość szybko w przypadkach, gdy ładowanie jest stale przerywane po uruchomieniu alarmu ciśnieniowego, a głębokość rozładowania kształtuje się na poziomie 15 - 20% przy ograniczeniu napięcia rozładowania (nie mniej niż 1,09 V). W takim przypadku tlen nie ma czasu na wchłonięcie i nadciśnienie w akumulatorze kształtuje się na poziomie 123 – 147 kPa, przy czym wzrasta stromość krzywych ładowania i rozładowania. Zmiana charakterystyki związana jest z pasywacją mas czynnych elektrod.

Spadek napięcia rozładowania może być spowodowany utworzeniem się związku międzymetalicznego Ni5Cd21 w masie czynnej elektrody kadmowej, który jest rozładowywany przy napięciu akumulatora 1,05 - 0,95 V (tzw. „Druga platforma” lub „pamięć efekt"). Tworzenie się tego stopu jest najbardziej typowe dla elektrod otrzymywanych poprzez impregnację podłoży spiekanych. Tworzenie stopu ułatwiają ładunki w podwyższonych temperaturach. Związek międzymetaliczny ulega całkowitemu zniszczeniu, gdy akumulator zostanie rozładowany do 0,8 - 0,5 V. Najlepiej rozładowywać ogniwo akumulatora do rezystancji, przy czym napięcie każdego akumulatora spada do zera woltów bez niebezpieczeństwa odwrócenia polaryzacji. Po dodatkowym rozładowaniu ogniwo po ogniwie, pojemność akumulatora zostaje przywrócona do wartości zbliżonych do pierwotnych.

Straty pojemności zmniejszają się, gdy końcowe napięcie rozładowania spada z 1,16 do 1,04 V, a końcowe napięcie ładowania wzrasta z 1,48 do 1,54 V. Największą stabilizację pojemności można osiągnąć poprzez zmniejszenie końcowego napięcia rozładowania do 0,5-0,8 B. Przy dodatkowym okresowym zwarcia do rezystancji każdego akumulatora do zera woltów, pojemność może nawet wzrosnąć w porównaniu do początkowej

Wydajność baterii podczas ładowania

W trybie ładowania długotrwałego stosowane są głównie akumulatory pryzmatyczne. Żywotność, w zależności od prądu ładowania, wynosi od 2 do 15 lat lub więcej. Optymalny prąd jest liczbowo równy 0,001 - 0,005 Sn A. Wraz ze wzrostem prądu ładowania zmniejsza się żywotność i niezawodność. Podczas pracy w trybie ładowania rodzaje awarii są takie same jak podczas jazdy na rowerze, ale ich intensywność jest mniejsza.

Podczas pierwszego rozładowywania po długim ładowaniu napięcie akumulatora jest nieco niższe niż w przypadku akumulatorów świeżo naładowanych, ale po kilku cyklach szybko wraca do normalnego poziomu. Spadek napięcia rozładowania po długim ładowaniu wiąże się ze spadkiem poziomu naładowania elektrody dodatniej.

Pojemność akumulatora po 10 latach ładowania wynosi do 25%, a po 16 latach - do 35% więcej niż początkowa, co wskazuje na wzrost pojemności elektrody dodatniej. Określając pojemność elektrod w nadmiarze elektrolitu w postaci nieuszczelnionej, stwierdzono, że pojemność elektrody dodatniej wzrosła o 58 - 70%, a pojemność elektrod ujemnych o 10 - 13%. Pojemność elektrody ujemnej spada. Po długim ładowaniu prawie cała nadwyżka pojemności elektrody ujemnej jest w stanie naładowanym, dlatego podczas rozładowywania pojemność akumulatora jest ograniczana nie przez elektrodę dodatnią, jak na początku jego żywotności, ale przez obie elektrody w raz. Napięcie ładowania akumulatora po 10 latach ładowania utrzymuje się na zwykłym poziomie i nie przekracza 1,5 V. Po 16 latach ładowania w cyklu kontrolnym napięcie ładowania wzrasta do 1,55 - 1,58 V, a dla jednej trzeciej akumulatorów osiąga 1,6 - 1,7 V, a wzrost z 1,55 do 1,65 V następuje na końcu ładowania, co jest również konsekwencją nadmiernego ładunku elektrody ujemnej. Przyczyny tych zjawisk są takie same, jak w przypadku akumulatorów rowerowych.

Szczelne akumulatory niklowo-kadmowe naszej produkcji znalazły najszersze zastosowanie w sprzęcie kosmicznym, wojskowym, ogólnoprzemysłowym i AGD.

Obecnie JSC NIAI Istochnik jest jedynym twórcą i jednocześnie producentem szczelnych akumulatorów niklowo-kadmowych do statków kosmicznych w Rosji. Produkujemy 10 typów baterii NKG, które znajdują zastosowanie w 21 bateriach, które pracują i pracowały na takich statkach kosmicznych jak:

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna
Stacje orbitalne „Mir”, „Salut” i „Almaz”.
Stacje międzyplanetarne „Mars”, „Wenus” i „Vega”
Satelity serii Meteor, Molniya, Astron, Nadieżda i Kosmos.

Ponadto akumulatory typu NKG znajdują zastosowanie w naziemnych instalacjach strategicznych sił rakietowych, na statkach, łodziach podwodnych i innych obiektach, gdzie wymagane jest zasilanie energią bez względu na okoliczności.

Kierownik Działu Baterii Niklowo-Kadmowych,

Kandydat nauk technicznych,