Dzięki udoskonaleniom w produkcji akumulatory Ni-Cd są obecnie stosowane w większości urządzeń przenośnych urządzenia elektryczne. Akceptowalny koszt i wysoki wskaźniki efektywności sprawiły, że prezentowana odmiana akumulatorów stała się popularna. 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. Do wkrętarki najczęściej dołączona jest specjalna ładowarka. 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. Niektórzy mają wpływ na ten wskaźnik 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 rozładowywać prądem o większym natężeniu, który kształtuje się na poziomie 7-10 C. Wskaźnik pojemności osiągnie maksimum w temperaturze +20°C. Wraz ze wzrostem wartość ta zmienia się nieznacznie. Jeśli temperatura spadnie do 0 ° C i poniżej, zdolność 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 ładować akumulator przez długi czas 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 tryb przyspieszony? 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 stopniowy spadek ciśnienie wewnątrz akumulatora. Jeżeli przeładowanie było znaczne, proces ten będzie wolniejszy.

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 to założyć poziom minimalny. Prąd pompowania należy ustawić w przedziale 50-100 mAh. Aby móc w pełni wykorzystać moc akumulatora, należy ładować dużym prądem. Jeśli wymagana jest jego maksymalna moc, akumulator ładowany jest niskim prądem w trybie normalnym. Przyglądając się sposobowi ładowania akumulatorów Ni-Cd, każdy użytkownik będzie w stanie poprawnie przeprowadzić ten proces.

Przez całe pięćdziesiąt lat urządzenia przenośne do żywotność baterii mogła polegać wyłącznie na zasilaczach niklowo-kadmowych. Kadm jest jednak materiałem bardzo toksycznym i w latach 90. XX wieku technologię niklowo-kadmową zastąpiono bardziej przyjazną dla środowiska technologią niklowo-metalowo-wodorkową. Zasadniczo technologie te są bardzo podobne i mają większość cech akumulatory niklowo-kadmowe dziedziczony przez wodorek niklu i metalu. Niemniej jednak w niektórych zastosowaniach akumulatory niklowo-kadmowe pozostają niezbędne i są nadal używane.

1. Baterie niklowo-kadmowe (NiCd)

Wynaleziony przez Waldmara Jungnera w 1899 roku akumulator niklowo-kadmowy miał kilka zalet w porównaniu z akumulatorem kwasowo-ołowiowym, jedynym wówczas dostępnym akumulatorem, ale był droższy ze względu na koszt materiałów. Rozwój tej technologii był dość powolny, jednak w 1932 roku nastąpił znaczący przełom – jako elektrodę zaczęto stosować porowaty materiał zawierający substancję czynną w środku. W 1947 roku wprowadzono dalsze ulepszenia, które rozwiązały problem absorpcji gazu, umożliwiając stworzenie nowoczesnego, szczelnego, bezobsługowego akumulatora niklowo-kadmowego.

Akumulatory NiCd od wielu lat służą jako źródła zasilania radiotelefonów, sprzętu ratownictwa medycznego, profesjonalnych kamer wideo i elektronarzędzi. Pod koniec lat 80. XX wieku opracowano akumulatory NiCd o bardzo dużej pojemności, które zaszokowały świat pojemnością o 60% wyższą niż w przypadku standardowego akumulatora. Osiągnięto to poprzez umieszczenie w akumulatorze większej ilości substancji aktywnej, ale dodało to również wady - zwiększyło opór wewnętrzny a liczba cykli ładowania/rozładowania spadła.

Standard NiCd pozostaje jednym z najbardziej niezawodnych i łatwych w utrzymaniu akumulatorów dostępnych na rynku, a przemysł lotniczy nadal angażuje się w ten system. Jednakże trwałość tych akumulatorów zależy od właściwej konserwacji. Akumulatory NiCd, a częściowo NiMH podlegają efektowi „pamięci”, który prowadzi do utraty pojemności, jeśli okresowo nie przeprowadza się pełnego cyklu rozładowania. W przypadku naruszenia zalecanego trybu ładowania akumulator zdaje się pamiętać, że w poprzednich cyklach pracy jego pojemność nie była w pełni wykorzystana, a po rozładowaniu oddaje prąd tylko do pewnego poziomu. ( Zobacz: Jak odnowić baterię niklową). Tabela 1 przedstawia zalety i wady standardowej baterii niklowo-kadmowej.

Zalety

Niezawodny; duża liczba cykli przy odpowiedniej konserwacji Jedyny akumulator zdolny do ultraszybkiego ładowania przy minimalnym obciążeniu Dobra charakterystyka obciążenia, wybacza ich przesadę Długi okres przydatności do spożycia; Możliwość przechowywania w stanie rozładowanym Brak specjalnych wymagań dotyczących przechowywania i transportu Dobra wydajność w niskich temperaturach Najniższy koszt cyklu spośród wszystkich akumulatorów Dostępne w szerokiej gamie rozmiarów i wzorów

Wady

Stosunkowo niskie jednostkowe zużycie energii w porównaniu do nowszych systemów Efekt „pamięci”; potrzeba okresowej konserwacji, aby tego uniknąć Kadm jest toksyczny i wymaga specjalnej utylizacji Wysokie samorozładowanie; wymaga naładowania po przechowywaniu Niskie napięcie ogniwa wynoszące 1,2 V wymaga budowy systemów wieloogniwowych w celu zapewnienia wysokiego napięcia

Tabela 1: Zalety i wady akumulatorów niklowo-kadmowych.

2. Akumulatory niklowo-wodorkowe (NiMH)

Badania nad technologią niklowo-wodorkową rozpoczęto w 1967 roku. Jednakże niestabilność wodorku metalu utrudniała rozwój, co z kolei doprowadziło do opracowania układu nikiel-wodór (NiH). Nowe stopy wodorkowe odkryte w latach 80. XX wieku rozwiązały problemy bezpieczeństwa i umożliwiły stworzenie akumulatora o gęstości energii właściwej o 40% większej niż standardowy niklowo-kadmowy.

Akumulatory niklowo-wodorkowe nie są pozbawione wad. Na przykład ich proces ładowania jest bardziej złożony niż NiCd. Dzięki samorozładowaniu wynoszącemu 20% pierwszego dnia i kolejnemu miesięcznemu rozładowaniu wynoszącemu 10%, NiMH zajmują jedną z wiodących pozycji w swojej klasie. Modyfikując stop wodorkowy, można zmniejszyć samorozładowanie i korozję, ale wiąże się to z dodatkową wadą w postaci zmniejszenia energochłonności właściwej. Jednak w przypadku pojazdów elektrycznych modyfikacje te są bardzo przydatne, ponieważ zwiększają niezawodność i wydłużają żywotność baterii.

3. Zastosowanie w segmencie konsumenckim

Akumulatory NiMH należą obecnie do najłatwiej dostępnych. Giganci branżowi, tacy jak Panasonic, Energizer, Duracell i Rayovac, dostrzegli potrzebę taniego i długotrwała bateria i oferujemy zasilacze niklowo-metalowo-wodorkowe w różnych rozmiarach, w szczególności AA i AAA. Producenci dokładają wszelkich starań, aby zdobyć udział w rynku baterii alkalicznych.

W tym segmencie rynku akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe stanowią alternatywę dla akumulatorów. baterie alkaliczne, które pojawiły się w 1990 roku, ale ze względu na ograniczony cykl życia i słabą charakterystykę obciążenia nie odniosły sukcesu.

W tabeli 2 porównano konkretną zawartość energii, napięcie, samorozładowanie oraz czas pracy baterii i akumulatorów w segmencie konsumenckim. Dostępne w rozmiarach AA, AAA i innych, zasilacze te mogą być używane w urządzeniach przenośnych. Mimo że mogą mieć nieco inne napięcie znamionowe, stan rozładowania będzie na ogół występował przy tej samej rzeczywistej wartości napięcia 1 V dla wszystkich. Ten zakres napięcia jest akceptowalny, ponieważ urządzenia przenośne mają pewną elastyczność pod względem zakresu napięcia. Najważniejsze jest to, że musisz używać tylko tego samego typu razem elementy elektryczne. Względy bezpieczeństwa i niezgodność napięcia utrudniają rozwój akumulatorów litowo-jonowych w rozmiarach AA i AAA.

Tabela 2: Porównanie różnych baterii AA.

* Eneloop jest znakiem towarowym firmy Sanyo Corporation opartym na systemie NiMH.

Wysoki współczynnik samorozładowania NiMH jest źródłem ciągłych obaw konsumentów. Latarnia lub urządzenie przenośne z akumulatorem NiMH wyczerpie się, jeśli nie będzie używany przez kilka tygodni. Sugestia ładowania urządzenia przed każdym użyciem raczej nie znajdzie zrozumienia, szczególnie w przypadku latarek, które ustawione są jako źródła światła cofania. Zaleta baterii alkalicznej o okresie trwałości 10 lat wydaje się tutaj bezdyskusyjna.

Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe firm Panasonic i Sanyo pod marką Eneloop udało się znacznie ograniczyć samorozładowanie. Eneloop może być przechowywany pomiędzy ładowaniami sześć razy dłużej niż konwencjonalny akumulator NiMH. Jednak wadą tak ulepszonego akumulatora jest nieco niższa energochłonność właściwa.

W tabeli 3 przedstawiono zalety i wady układu elektrochemicznego nikiel-wodorek metalu. Tabela nie uwzględnia charakterystyki Eneloop i innych marek konsumenckich.

Zalety	30-40 procent większa pojemność w porównaniu do NiCd Mniej podatny na efekt „pamięci”, można przywrócić Proste wymagania dotyczące przechowywania i transportu; brak regulacji tych procesów Przyjazny dla środowiska; zawierają wyłącznie materiały umiarkowanie toksyczne Zawartość niklu sprawia, że ​​recykling jest samowystarczalny Szeroki zakres temperatur pracy
Wady	Ograniczona żywotność; głębokie wyładowania pomagają go zmniejszyć Złożony algorytm ładowania; wrażliwy na przeładowanie Specjalne wymagania dotyczące trybu ładowania Oddawaj ciepło podczas szybkie ładowanie i rozładować z dużym obciążeniem Wysokie samorozładowanie Sprawność kulombowska na poziomie 65% (w porównaniu do litowo-jonowego - 99%)

Tabela 3: Zalety i wady akumulatorów NiMH.

4. Baterie niklowo-żelazne (NiFe)

Po wynalezieniu baterii niklowo-kadmowej w 1899 roku szwedzki inżynier Waldmar Jungner kontynuował swoje badania i próbował zastąpić drogi kadm tańszym żelazem. Jednak niska wydajność ładowania i nadmierne gazowanie wodoru zmusiły go do porzucenia dalszego rozwoju akumulatora NiFe. Nawet nie zadał sobie trudu opatentowania tej technologii.

Żelazo- bateria niklowa(NiFe) wykorzystuje hydrat tlenku niklu jako katodę, żelazo jako anodę i wodny roztwór wodorotlenku potasu jako elektrolit. Ogniwo takiego akumulatora generuje napięcie 1,2 V. NiFe jest odporne na nadmierne przeładowanie i głębokie rozładowanie; może być używany jako zapasowe źródło zasilania przez ponad 20 lat. Odporność na wibracje i wysokie temperatury sprawiła, że ​​jest to akumulator najczęściej stosowany w przemyśle wydobywczym w Europie; znalazł również zastosowanie w zasilaniu sygnalizacji kolejowej, jest również stosowany jako akumulator trakcyjny dla ładowarek. Można zauważyć, że podczas II wojny światowej w niemieckiej rakiecie V-2 zastosowano akumulatory żelazowo-niklowe.

NiFe ma niską gęstość mocy wynoszącą około 50 W/kg. Wady obejmują również słabą wydajność w niskich temperaturach i wysoka ocena samorozładowanie (20-40 procent miesięcznie). To, w połączeniu z wysokimi kosztami produkcji, zachęca producentów do pozostania wiernymi akumulatorom ołowiowo-kwasowym.

Jednak system elektrochemiczny żelazo-nikiel aktywnie się rozwija iw najbliższej przyszłości może stać się alternatywą dla kwasu ołowiowego w niektórych gałęziach przemysłu. Eksperymentalny model konstrukcji lamelowej wygląda obiecująco; udało mu się zmniejszyć samorozładowanie akumulatora, stał się praktycznie odporny na szkodliwe skutki przeładowania i niedoładowania, a jego żywotność ma wynieść porównywalne 50 lat. do 12-letniej żywotności akumulatora kwasowo-ołowiowego pracującego przy głębokich, cyklicznych wyładowaniach. Oczekiwana cena takiego akumulatora NiFe będzie porównywalna z ceną akumulatora litowo-jonowego i tylko czterokrotnie wyższa od ceny akumulatora kwasowo-ołowiowego.

Baterie NiFe, a także NiCd I NiMH, wymagają specjalnych zasad ładowania – krzywa napięcia ma kształt sinusoidalny. W związku z tym należy używać ładowarki do kwas ołowiowy Lub litowo-jonowa bateria nie będzie działać, może nawet spowodować uszkodzenie. Jak wszystkie akumulatory niklowe, NiFe jest podatne na przeładowanie - powoduje to rozkład wody w elektrolicie i prowadzi do jego utraty.

Zmniejszoną na skutek nieprawidłowej eksploatacji pojemność takiego akumulatora można przywrócić stosując wysokie prądy rozładowania (proporcjonalne do wartości pojemności akumulatora). Tej procedury konieczne jest wykonanie do trzech razy z okresem rozładowania wynoszącym 30 minut. Należy także monitorować temperaturę elektrolitu – nie powinna ona przekraczać 46°C.

5. Baterie niklowo-cynkowe (NiZn)

Bateria niklowo-cynkowa jest podobna do baterii niklowo-kadmowej pod tym względem, że wykorzystuje elektrolit alkaliczny i elektrodę niklową, ale różni się napięciem – NiZn zapewnia 1,65 V na ogniwo, podczas gdy NiCd i NiMH mają napięcie znamionowe 1,20 V na ogniwo. Akumulator NiZn należy ładować prądem stałym o napięciu 1,9 V na ogniwo; warto też pamiętać, że akumulator tego typu nie jest przeznaczony do pracy w trybie ładowania. Specyficzna energochłonność wynosi 100 W/kg, a liczba możliwych cykli jest 200-300 razy. NiZn nie zawiera materiałów toksycznych i można go łatwo poddać recyklingowi. Dostępne w różnych rozmiarach, w tym AA.

W 1901 roku Thomas Edison otrzymał amerykański patent na akumulator niklowo-cynkowy. Jego projekty zostały później udoskonalone przez irlandzkiego chemika Jamesa Drumma, który zainstalował te akumulatory w wagonach kolejowych kursujących na trasie Dublin-Bray od 1932 do 1948 roku. NiZn nie był dobrze rozwinięty ze względu na wysokie samorozładowanie i krótki cykl życia spowodowany przez formacje dendrytyczne, co również często powodowało zwarcia. Jednak ulepszenia składu elektrolitu zmniejszyły ten problem, co skłoniło NiZn do ponownego rozważenia do użytku komercyjnego. Niski koszt, wysoka moc wyjściowa i szeroki zasięg temperatury pracy czynią ten system elektrochemiczny niezwykle atrakcyjnym.

6. Akumulatory niklowo-wodorowe (NiH).

Kiedy w 1967 r. rozpoczęto prace nad akumulatorami niklowo-metalowo-wodorkowymi, badacze napotkali niestabilność wodorytów metali, co spowodowało zwrot w kierunku opracowania akumulatorów niklowo-wodorowych (NiH). Ogniwo takiego akumulatora składa się z elektrolitu zamkniętego w naczyniu, elektrod niklowo-wodorowych (wodór zamknięty jest w stalowym cylindrze pod ciśnieniem 8207 barów).

Ten artykuł na temat akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych (Ni-MH) od dawna jest klasykiem w rosyjskim Internecie. Polecam sprawdzić...

Akumulatory niklowo-wodorkowe (Ni-MH) swoją konstrukcją przypominają akumulatory niklowo-kadmowe (Ni-Cd), a w procesach elektrochemicznych - akumulatory niklowo-wodorowe. Energia właściwa akumulatora Ni-MH jest znacznie wyższa niż energia właściwa akumulatorów Ni-Cd i wodorowych (Ni-H2)

WIDEO: Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe (NiMH).

Charakterystyka porównawcza akumulatorów

Opcje	Ni-Cd	Ni-H2	Ni-MH
Napięcie znamionowe, V	1.2	1.2	1.2
Energia właściwa: Wh/kg | W/l	20-40 60-120	40-55 60-80	50-80 100-270
Żywotność: lata | cykle	1-5 500-1000	2-7 2000-3000	1-5 500-2000
Samorozładowanie,%	20-30 (przez 28 dni)	20-30 (na 1 dzień)	20-40 (przez 28 dni)
Temperatura robocza, °C	-50 — +60	-20 — +30	-40 — +60

***Duże rozproszenie niektórych parametrów w tabeli spowodowane jest różnym przeznaczeniem (konstrukcją) akumulatorów. Ponadto tabela nie uwzględnia danych dotyczących nowoczesnych akumulatorów o niskim samorozładowaniu

Historia baterii Ni-MH

Rozwój akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych (Ni-MH) rozpoczął się w latach 50. i 70. ubiegłego wieku. W rezultacie powstał nowy sposób przechowywania wodoru w akumulatorach niklowo-wodorowych stosowanych w statkach kosmicznych. W nowym pierwiastku wodór gromadził się w stopach niektórych metali. W latach sześćdziesiątych XX wieku odkryto stopy, które pochłaniają wodór w ilości nawet 1000 razy większej niż ich własna objętość. Stopy te składają się z dwóch lub więcej metali, z których jeden pochłania wodór, a drugi jest katalizatorem sprzyjającym dyfuzji atomów wodoru do siatki metalowej. Liczba możliwych kombinacji stosowanych metali jest praktycznie nieograniczona, co pozwala na optymalizację właściwości stopu. Aby stworzyć akumulatory Ni-MH, konieczne było stworzenie stopów, które będą działać przy niskim ciśnieniu wodoru i temperaturze pokojowej. Obecnie na całym świecie trwają prace nad stworzeniem nowych stopów i technologii ich przetwarzania. Stopy niklu z metalami ziem rzadkich mogą zapewnić do 2000 cykli ładowania i rozładowania akumulatora, zmniejszając jednocześnie pojemność elektrody ujemnej o nie więcej niż 30%. Pierwszy akumulator Ni-MH, w którym zastosowano stop LaNi5 jako główny materiał aktywny elektrody wodorkowej, został opatentowany przez Billa w 1975 r. We wczesnych eksperymentach ze stopami wodorków metali akumulatory Ni-MH były niestabilne i wymagana pojemność akumulatora nie była wystarczająca. zostać osiągnięte. Dlatego też przemysłowe wykorzystanie akumulatorów Ni-MH rozpoczęło się dopiero w połowie lat 80-tych po stworzeniu stopu La-Ni-Co, który umożliwia elektrochemicznie odwracalną absorpcję wodoru przez ponad 100 cykli. Od tego czasu konstrukcja akumulatorów Ni-MH jest stale udoskonalana w kierunku zwiększania ich gęstości energii. Wymiana elektrody ujemnej umożliwiła 1,3-2-krotne zwiększenie zawartości masy czynnej elektrody dodatniej, która określa pojemność akumulatora. Dlatego akumulatory Ni-MH mają znacznie wyższą charakterystykę energetyczną w porównaniu do akumulatorów Ni-Cd. Sukces upowszechnienia akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych zapewniła wysoka gęstość energii i nietoksyczność materiałów użytych do ich produkcji.

Podstawowe procesy akumulatorów Ni-MH

W akumulatorach Ni-MH jako elektrodę dodatnią stosuje się elektrodę z tlenku niklu, podobnie jak w przypadku akumulatora niklowo-kadmowego, a zamiast ujemnej elektrody kadmowej wykorzystuje się elektrodę niklowo-metalową pochłaniającą wodór. Na dodatniej elektrodzie tlenku niklu akumulatora Ni-MH zachodzi następująca reakcja:

Ni(OH) 2 + OH- → NiOOH + H 2 O + e - (ładunek) NiOOH + H 2 O + e - → Ni(OH) 2 + OH - (rozładowanie)

Na elektrodzie ujemnej metal z zaabsorbowanym wodorem przekształca się w wodorek metalu:

M + H 2 O + e - → MH + OH- (ładunek) MH + OH - → M + H 2 O + e - (rozładowanie)

Ogólną reakcję akumulatora Ni-MH zapisano w następujący sposób:

Ni(OH) 2 + M → NiOOH + MH (ładunek) NiOOH + MH → Ni(OH) 2 + M (rozładowanie)

Elektrolit nie bierze udziału w głównej reakcji tworzenia prądu. Po osiągnięciu 70-80% pojemności i po ponownym naładowaniu na elektrodzie z tlenku niklu zaczyna wydzielać się tlen,

2OH- → 1/2O 2 + H2O + 2e - (doładowanie)

który jest przywracany na elektrodzie ujemnej:

1/2O 2 + H 2 O + 2e - → 2OH - (doładowanie)

Dwie ostatnie reakcje zapewniają zamknięty obieg tlenu. Gdy tlen ulega redukcji, zapewnia się dodatkowy wzrost pojemności elektrody wodorkowej w wyniku tworzenia się grupy OH.

Projektowanie elektrod akumulatorów Ni-MH

Metalowa elektroda wodorowa

Głównym materiałem określającym właściwości akumulatora Ni-MH jest stop pochłaniający wodór, który może wchłonąć 1000-krotność własnej objętości wodoru. Najbardziej rozpowszechnione są stopy typu LaNi5, w których część niklu zostaje zastąpiona manganem, kobaltem i aluminium w celu zwiększenia stabilności i aktywności stopu. Aby obniżyć koszty, niektóre firmy produkcyjne zamiast lantanu stosują metal misch (Mm, który jest mieszaniną pierwiastków ziem rzadkich, ich udział w mieszance jest zbliżony do proporcji w rudach naturalnych), który oprócz lantanu zawiera również cer, prazeodym i neodym. Podczas cyklu ładowania i rozładowania rozszerzanie i kurczenie się sieci krystalicznej stopów pochłaniających wodór następuje w 15–25% w wyniku absorpcji i desorpcji wodoru. Zmiany takie prowadzą do powstawania pęknięć w stopie na skutek wzrostu naprężeń wewnętrznych. Powstawanie pęknięć powoduje zwiększenie powierzchni, która ulega korozji podczas interakcji z elektrolitem alkalicznym. Z tych powodów pojemność wyładowcza elektrody ujemnej stopniowo maleje. W akumulatorze z Limitowana ilość elektrolitu, powoduje to problemy związane z redystrybucją elektrolitu. Korozja stopu prowadzi do bierności chemicznej powierzchni w wyniku tworzenia się odpornych na korozję tlenków i wodorotlenków, które zwiększają przepięcie głównej reakcji wytwarzania prądu elektrody wodorkowej. Tworzenie się produktów korozji następuje w wyniku zużycia tlenu i wodoru z roztworu elektrolitu, co z kolei powoduje zmniejszenie ilości elektrolitu w akumulatorze i wzrost jego rezystancji wewnętrznej. Aby spowolnić niepożądane procesy dyspersji i korozji stopów, które decydują o żywotności akumulatorów Ni-MH, stosuje się dwie główne metody (oprócz optymalizacji składu i sposobu produkcji stopu). Pierwsza metoda polega na mikrokapsułkowaniu cząstek stopu, tj. w pokryciu ich powierzchni cienką porowatą warstwą (5-10%) - wagowo niklu lub miedzi. Drugą metodą, obecnie najczęściej stosowaną, jest obróbka powierzchni cząstek stopu w roztworach alkalicznych z powstawaniem folie ochronne, przepuszczalny dla wodoru.

Elektroda z tlenkiem niklu

Elektrody tlenkowe w produkcja masowa produkowane są w następujących wersjach konstrukcyjnych: lamelowe, spiekane bezlamelowo (metalowo-ceramiczne) i prasowane, łącznie z tabletką. W ostatnie lata zaczęto stosować bezlamelowe elektrody filcowe i piankowo-polimerowe.

Elektrody lamelkowe

Elektrody lamelowe to zestaw połączonych ze sobą perforowanych pudełek (lameli) wykonanych z cienkiej (o grubości 0,1 mm) niklowanej taśmy stalowej.

Elektrody spiekane (cermetalowe).

elektrody tego typu składają się z porowatej (o porowatości co najmniej 70%) podłoża metalowo-ceramicznego, w porach których zlokalizowana jest masa aktywna. Podstawa wykonana jest z drobnego proszku karbonyloniklu, który zmieszany z węglanem amonu lub mocznikiem (60-65% niklu, reszta to wypełniacz) jest prasowany, walcowany lub natryskiwany na siatkę stalową lub niklową. Następnie siatkę z proszkiem poddaje się obróbce cieplnej w atmosferze redukcyjnej (zwykle w atmosferze wodoru) w temperaturze 800-960°C, podczas gdy węglan amonu lub mocznik ulega rozkładowi i ulatnianiu, a nikiel ulega spiekaniu. Otrzymane w ten sposób podłoża mają grubość 1-2,3 mm, porowatość 80-85% i promień porów 5-20 mikronów. Bazę impregnuje się na przemian stężonym roztworem azotanu niklu lub siarczanu niklu i roztworem alkalicznym podgrzanym do temperatury 60-90°C, co sprzyja wytrącaniu się tlenków i wodorotlenków niklu. Obecnie stosowana jest również metoda impregnacji elektrochemicznej, w której elektrodę poddaje się obróbce katodowej w roztworze azotanu niklu. W wyniku tworzenia się wodoru roztwór w porach płyty ulega alkalizowaniu, co prowadzi do wytrącania się tlenków i wodorotlenków niklu w porach płyty. Elektrody foliowe należą do rodzajów elektrod spiekanych. Elektrody wytwarza się poprzez nałożenie emulsji alkoholowej proszku karbonylu niklu zawierającego spoiwa na cienką (0,05 mm) perforowaną taśmę niklową po obu stronach, poprzez natryskiwanie, spiekanie i dalszą impregnację chemiczną lub elektrochemiczną odczynnikami. Grubość elektrody wynosi 0,4-0,6 mm.

Elektrody prasowane

Elektrody prasowane powstają poprzez dociśnięcie masy aktywnej pod ciśnieniem 35-60 MPa na siatkę lub perforowaną taśmę stalową. Masa aktywna składa się z wodorotlenku niklu, wodorotlenku kobaltu, grafitu i spoiwa.

Elektrody filcowe metalowe

Metalowe elektrody filcowe mają bardzo porowatą podstawę wykonaną z włókien niklowych lub węglowych. Porowatość tych zasad wynosi 95% lub więcej. Elektroda filcowa wykonywana jest na bazie niklowanego filcu polimerowego lub węglowo-grafitowego. Grubość elektrody, w zależności od jej przeznaczenia, mieści się w przedziale 0,8-10 mm. Masę aktywną wprowadza się do filcu różnymi metodami, w zależności od jego gęstości. Można używać zamiast filcu pianka niklowa, otrzymywany przez niklowanie pianki poliuretanowej, a następnie wyżarzanie w środowisku redukującym. Pastę zawierającą wodorotlenek niklu i spoiwo zazwyczaj dodaje się do bardzo porowatego ośrodka poprzez rozprowadzanie. Następnie podstawę z pastą suszy się i zwija. Elektrody filcowe i piankowo-polimerowe charakteryzują się dużą wydajnością właściwą i długą żywotnością.

Konstrukcja akumulatora Ni-MH

Cylindryczne akumulatory Ni-MH

Elektrody dodatnia i ujemna, oddzielone separatorem, zwinięte są w rulon, który wkłada się do obudowy i zamyka wieczkiem uszczelniającym z uszczelką (rys. 1). Pokrywa posiada zawór bezpieczeństwa, który uruchamia się pod ciśnieniem 2-4 MPa w przypadku awarii podczas pracy akumulatorowej.

Ryc.1. Konstrukcja akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych (Ni-MH): 1 korpus, 2 pokrywy, 3 pokrywy zaworów, 4 zawory, 5 kolektor elektrod dodatnich, 6 pierścienie izolacyjne, 7 elektroda ujemna, 8 separatorów, 9 - elektroda dodatnia, 10-izolator.

Pryzmatyczne akumulatory Ni-MH

W pryzmatycznych akumulatorach Ni-MH elektrody dodatnia i ujemna są umieszczone naprzemiennie, a pomiędzy nimi umieszczony jest separator. Blok elektrod wkłada się do metalowej lub plastikowej obudowy i zamyka zatyczką uszczelniającą. Na pokrywie zwykle instaluje się zawór lub czujnik ciśnienia (rysunek 2).

Ryc.2. Konstrukcja akumulatora Ni-MH: 1-korpus, 2-pokrywa, 3-zawór, 4-zawór, 5-uszczelka izolacyjna, 6-izolator, 7-elektroda ujemna, 8-separator, 9-elektroda dodatnia.

W akumulatorach Ni-MH stosuje się alkaliczny elektrolit składający się z KOH z dodatkiem LiOH. Jako separator w akumulatorach Ni-MH stosuje się włókninę polipropylenową i poliamidową o grubości 0,12-0,25 mm, traktowaną środkiem zwilżającym.

Elektroda dodatnia

W akumulatorach Ni-MH zastosowano dodatnie elektrody z tlenku niklu, podobne do tych stosowanych w akumulatorach Ni-Cd. W akumulatorach Ni-MH wykorzystuje się głównie elektrody metalowo-ceramiczne, a w ostatnich latach także elektrody filcowe i piankowe polimerowe (patrz wyżej).

Elektroda ujemna

W akumulatorach Ni-MH znalazło praktyczne zastosowanie pięć konstrukcji elektrod ujemnych wodorkowych (patrz wyżej): - lamelarna, gdy proszek stopu pochłaniającego wodór ze spoiwem lub bez jest wciskany w siatkę niklową; — pianka niklowa, gdy w pory bazy pianki niklowej wprowadza się pastę ze stopem i spoiwem, a następnie suszy i prasuje (walcuje); — folia, gdy na perforowaną niklowaną lub niklowaną folię stalową nanosi się pastę ze stopem i spoiwem, a następnie suszy i prasuje; - walcowane, gdy proszek masy czynnej składający się ze stopu i spoiwa nanosi się poprzez walcowanie (walcowanie) na rozciągliwą siatkę niklową lub siatkę miedzianą; - spiekane, gdy proszek stopowy jest prasowany na siatce niklowej, a następnie spiekany w atmosferze wodoru. Pojemności właściwe elektrod wodorkowych różnych konstrukcji są zbliżone i zależą głównie od pojemności użytego stopu.

Charakterystyka akumulatorów Ni-MH. Parametry elektryczne

Napięcie obwodu otwartego

Wartość napięcia obwodu otwartego Uр.к. Układy Ni-MH są trudne do dokładnego określenia ze względu na zależność potencjału równowagowego elektrody tlenkowej niklu od stopnia utlenienia niklu, a także zależność potencjału równowagowego elektrody wodorkowej od stopnia jej nasycenia z wodorem. 24 godziny po naładowaniu akumulatora napięcie jałowe naładowanego akumulatora Ni-MH mieści się w zakresie 1,30-1,35 V.

Znamionowe napięcie rozładowania

Uр przy znormalizowanym prądzie rozładowania Iр = 0,1-0,2C (C to nominalna pojemność akumulatora) w temperaturze 25°C wynosi 1,2-1,25V, zwykle napięcie końcowe wynosi 1V. Napięcie maleje wraz ze wzrostem obciążenia (patrz rysunek 3)

Ryc.3. Charakterystyka rozładowania akumulatora Ni-MH w temperaturze 20°C i różnych znormalizowanych prądach obciążenia: 1-0,2C; 2-1C; 3-2C; 4-3C

Pojemność baterii

Wraz ze wzrostem obciążenia (zmniejszającym się czasem rozładowania) i spadkiem temperatury pojemność akumulatora Ni-MH maleje (Rysunek 4). Wpływ spadku temperatury na pojemność jest szczególnie zauważalny przy duże prędkości rozładowania i w temperaturach poniżej 0°C.

Ryc.4. Zależność pojemności rozładowania akumulatora Ni-MH od temperatury przy różnych prądach rozładowania: 1-0,2C; 2-1C; 3-3C

Bezpieczeństwo i żywotność akumulatorów Ni-MH

Podczas przechowywania akumulator Ni-MH ulega samorozładowaniu. Po miesiącu przechowywania w temperaturze pokojowej utrata pojemności wynosi 20-30%, a przy dalszym przechowywaniu straty zmniejszają się do 3-7% miesięcznie. Szybkość samorozładowania wzrasta wraz ze wzrostem temperatury (patrz rysunek 5).

Ryc.5. Zależność pojemności rozładowania akumulatora Ni-MH od czasu przechowywania w różnych temperaturach: 1-0°C; 2-20°C; 3-40°С

Ładowanie akumulatora Ni-MH

Czas pracy (liczba cykli rozładowania i ładowania) oraz żywotność akumulatora Ni-MH zależą w dużej mierze od warunków pracy. Czas pracy zmniejsza się wraz ze wzrostem głębokości i prędkości wyrzutu. Czas pracy zależy od prędkości ładowania i sposobu monitorowania jego zakończenia. W zależności od rodzaju akumulatorów Ni-MH, trybu pracy i warunków pracy, akumulatory zapewniają od 500 do 1800 cykli rozładowania-ładowania przy głębokości rozładowania wynoszącej 80% i mają żywotność (średnio) od 3 do 5 lat.

Aby zapewnić niezawodną pracę akumulatora Ni-MH w okresie gwarancyjnym, należy postępować zgodnie z zaleceniami i instrukcjami producenta. Należy zwrócić największą uwagę warunki temperaturowe. Wskazane jest unikanie nadmiernych rozładowań (poniżej 1 V) i zwarć. Zaleca się używanie akumulatorów Ni-MH zgodnie z ich przeznaczeniem, unikanie łączenia zużytych i nieużywanych akumulatorów oraz nie lutowanie przewodów ani innych części bezpośrednio do akumulatora. Akumulatory Ni-MH są bardziej wrażliwe na przeładowanie niż akumulatory Ni-Cd. Przeładowanie może prowadzić do niekontrolowanej temperatury. Ładowanie odbywa się zwykle prądem Iз=0,1С przez 15 godzin. Ładowanie kompensacyjne odbywa się prądem Iз=0,01-0,03С przez 30 godzin lub dłużej. W przypadku akumulatorów Ni-MH z wysoce aktywnymi elektrodami możliwe jest ładowanie przyspieszone (4–5 godzin) i szybkie (1 godzina). Przy takich ładunkach proces jest sterowany zmianami temperatury ΔT i napięcia ΔU oraz innymi parametrami. Szybkie ładowanie jest stosowane na przykład w przypadku akumulatorów Ni-MH zasilających laptopy, telefony komórkowe i elektronarzędzia, chociaż obecnie laptopy i telefony komórkowe korzystają głównie z akumulatorów litowo-jonowych i litowo-polimerowych. Zalecana jest także trzyetapowa metoda ładowania: pierwszy etap szybkiego ładowania (1C i więcej), ładowanie z prędkością 0,1C przez 0,5-1 godziny w celu końcowego doładowania oraz ładowanie z prędkością 0,05-0,02 C jako doładowanie wyrównawcze. Informacje o sposobie ładowania akumulatorów Ni-MH znajdują się zazwyczaj w instrukcjach producenta, a zalecany prąd ładowania podany jest na opakowaniu akumulatora. Napięcie ładowania Uz przy Iz = 0,3-1C mieści się w przedziale 1,4-1,5V. Ze względu na wydzielanie się tlenu na elektrodzie dodatniej, ilość energii elektrycznej przekazanej podczas ładowania (Q3) jest większa niż pojemność rozładowania (Cp). Jednocześnie zwrot z pojemności (100 Sr/Qz) wynosi odpowiednio 75-80% i 85-90% dla akumulatorów dyskowych i cylindrycznych Ni-MH.

Kontrola ładowania i rozładowania

Aby zapobiec przeładowaniu akumulatorów Ni-MH, można zastosować poniższe metody kontroli ładowania, stosując odpowiednie czujniki zainstalowane w akumulatorach lub urządzenie ładujące:

• metoda zakończenia ładowania w oparciu o temperaturę bezwzględną Tmax. Temperatura akumulatora jest stale monitorowana podczas procesu ładowania, a po osiągnięciu wartości maksymalnej szybkie ładowanie zostaje przerwane;
• metoda zakończenia ładowania oparta na szybkości zmian temperatury ΔT/Δt. Dzięki tej metodzie nachylenie krzywej temperatury akumulatora jest stale monitorowane podczas procesu ładowania, a gdy ten parametr wzrośnie powyżej określonej wartości, ładowanie zostaje przerwane;
• metoda zatrzymywania ładowania za pomocą ujemnego napięcia delta -ΔU. Pod koniec ładowania akumulatora, podczas cyklu tlenowego, jego temperatura zaczyna rosnąć, co prowadzi do spadku napięcia;
• sposób zakończenia ładowania w oparciu o maksymalny czas ładowania t;
• metoda zakończenia ładowania maksymalne ciśnienie Pmaks. Zwykle stosowany w bateriach pryzmatycznych duże rozmiary i pojemniki. Poziom dopuszczalnego ciśnienia w akumulatorze pryzmatycznym zależy od jego konstrukcji i mieści się w przedziale 0,05-0,8 MPa;
• sposób zakończenia ładowania w oparciu o napięcie maksymalne Umax. Służy do odcięcia ładunku akumulatorów o dużej rezystancji wewnętrznej, która pojawia się pod koniec ich żywotności na skutek braku elektrolitu lub w niskich temperaturach.

Podczas korzystania z metody Tmax akumulator może zostać przeładowany, jeśli temperatura środowisko spada lub akumulator może nie zostać wystarczająco naładowany, jeśli temperatura otoczenia znacząco wzrośnie. Metodę ΔT/Δt można bardzo skutecznie zastosować do zatrzymania ładowania w niskich temperaturach otoczenia. Jeśli jednak w wyższych temperaturach zostanie zastosowana sama ta metoda, akumulatory wewnątrz zestawów akumulatorów zostaną poddane niepożądanym wysokim temperaturom, zanim zostanie osiągnięta wartość ΔT/Δt dla wyłączenia. Dla danej wartości ΔT/Δt można uzyskać większą pojemność wejściową w niższej temperaturze otoczenia niż w wyższej. Na początku ładowania akumulatora (jak również pod koniec ładowania) temperatura gwałtownie wzrasta, co może prowadzić do przedwczesnego wyłączenia ładowania w przypadku stosowania metody ΔT/Δt. Aby to wyeliminować, twórcy ładowarek używają timerów dla początkowego opóźnienia odpowiedzi czujnika, stosując metodę ΔT/Δt. Metoda -ΔU skutecznie przerywa ładowanie w niskich temperaturach otoczenia, a nie w podwyższonych temperaturach. W tym sensie metoda jest podobna do metody ΔT/Δt. Aby zapewnić zakończenie ładowania w przypadkach, gdy nieprzewidziane okoliczności uniemożliwiają normalne przerwanie ładowania, zaleca się również zastosowanie regulatora czasowego regulującego czas trwania operacji ładowania (metoda t). Zatem, aby szybko ładować akumulatory znormalizowanym prądem 0,5-1C w temperaturach 0-50°C, wskazane jest jednoczesne stosowanie metod Tmax (przy temperaturze wyłączenia 50-60°C w zależności od konstrukcji akumulatorów i akumulatory), -ΔU (5-15 mV na akumulator), t (zwykle do uzyskania 120% pojemności znamionowej) i Umax (1,6-1,8 V na akumulator). Zamiast metody -ΔU można zastosować metodę ΔT/Δt (1-2°C/min) z timerem opóźnienia początkowego (5-10 min). Informacje na temat kontroli ładowania można znaleźć również w odpowiednim artykule. Po szybkim naładowaniu akumulatora ładowarki umożliwiają przełączenie go na ładowanie znormalizowanym prądem 0,1 C - 0,2 C przez pewien czas. W przypadku akumulatorów Ni-MH nie zaleca się ładowania w temperaturze stałe napięcie, ponieważ może wystąpić „niekontrolowana temperatura” akumulatorów. Dzieje się tak dlatego, że pod koniec ładowania następuje wzrost prądu, który jest proporcjonalny do różnicy pomiędzy napięciem zasilania a napięciem akumulatora, a napięcie akumulatora na końcu ładowania maleje na skutek wzrost temperatury. W niskich temperaturach należy zmniejszyć szybkość ładowania. W przeciwnym razie tlen nie będzie miał czasu na ponowne połączenie, co doprowadzi do wzrostu ciśnienia w akumulatorze. Do pracy w takich warunkach zalecane są akumulatory Ni-MH z silnie porowatymi elektrodami.

Zalety i wady akumulatorów Ni-MH

Znaczący wzrost określonych parametrów energetycznych to nie jedyna przewaga akumulatorów Ni-MH nad akumulatorami Ni-Cd. Rezygnacja z kadmu oznacza także przejście na produkcję bardziej przyjazną środowisku. Łatwiej jest także rozwiązać problem recyklingu zużytych baterii. Te zalety akumulatorów Ni-MH zadecydowały o szybszym wzroście wolumenu ich produkcji wśród wszystkich wiodących na świecie firmy akumulatorowe w porównaniu do akumulatorów Ni-Cd.

Akumulatory Ni-MH nie mają „efektu pamięci” charakterystycznego dla akumulatorów Ni-Cd ze względu na tworzenie się niklu w ujemnej elektrodzie kadmowej. Jednakże skutki związane z ponownym ładowaniem elektrody tlenkowej niklu pozostają. Spadek napięcia rozładowania obserwowany przy częstych i długich ładowaniach, podobnie jak w przypadku akumulatorów Ni-Cd, można wyeliminować wykonując okresowo kilka rozładowań do wartości 1V - 0,9V. Wystarczy przeprowadzać takie zrzuty raz w miesiącu. Jednak akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe są gorsze od akumulatorów niklowo-kadmowych, które mają zastąpić, pod pewnymi cechami użytkowymi:

• Akumulatory Ni-MH efektywnie pracują w węższym zakresie prądów roboczych, co wiąże się z ograniczoną desorpcją wodoru z elektrody metalowo-wodorkowej przy bardzo dużych szybkościach rozładowania;
• Akumulatory Ni-MH są węższe Zakres temperatury działanie: większość z nich nie nadaje się do użytku w temperaturach poniżej -10°C i powyżej +40°C, chociaż w niektórych seriach akumulatorów dostosowanie receptur zapewniło rozszerzenie dopuszczalnych temperatur;
• Podczas ładowania akumulatorów Ni-MH wytwarza się więcej ciepła niż podczas ładowania akumulatorów Ni-Cd, dlatego aby zapobiec przegrzaniu akumulatorów z akumulatorów Ni-MH podczas szybkiego ładowania i/lub znacznego przeładowania, stosuje się bezpieczniki termiczne lub przekaźniki termiczne. zainstalowane w nich, które znajdują się na ściance jednego z akumulatorów w centralnej części akumulatora (dotyczy to przemysłowych zespołów akumulatorowych);
• Akumulatory Ni-MH charakteryzują się zwiększonym samorozładowaniem, którego przyczyną jest nieunikniona reakcja rozpuszczonego w elektrolicie wodoru z dodatnią elektrodą tlenkową niklu (jednak dzięki zastosowaniu specjalnych stopów elektrody ujemnej udało się zmniejszyć współczynnik samorozładowania do wartości zbliżonych do akumulatorów Ni-Cd);
• niebezpieczeństwo przegrzania podczas ładowania jednego z akumulatorów Ni-MH akumulatora, a także odwrócenia działania akumulatora o mniejszej pojemności w przypadku rozładowania akumulatora, wzrasta wraz z niedopasowaniem parametrów akumulatora w wyniku długotrwałej pracy cyklicznej, dlatego też nie wszyscy producenci zalecają tworzenie akumulatorów z więcej niż 10 akumulatorów;
• utrata pojemności elektrody ujemnej występująca w akumulatorze Ni-MH przy rozładowaniu poniżej 0 V jest nieodwracalna, co stawia bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące doboru akumulatorów w akumulatorze i kontroli procesu rozładowania niż w przypadku stosowania Akumulatory Ni-Cd; z reguły zaleca się rozładowywanie do 1 V/ac w przypadku akumulatorów niskonapięciowych i do 1,1 V/ac w akumulatorze składającym się z 7-10 akumulatorów.

Jak wspomniano wcześniej, degradacja akumulatorów Ni-MH jest determinowana przede wszystkim zmniejszeniem zdolności sorpcyjnej elektrody ujemnej podczas jazdy na rowerze. Podczas cyklu ładowania i rozładowania zmienia się objętość sieci krystalicznej stopu, co prowadzi do powstawania pęknięć i późniejszej korozji podczas reakcji z elektrolitem. Podczas absorpcji tlenu i wodoru powstają produkty korozji, w wyniku czego zmniejsza się całkowita ilość elektrolitu i wzrasta rezystancja wewnętrzna akumulatora. Należy zaznaczyć, że charakterystyka akumulatorów Ni-MH w istotny sposób zależy od stopu elektrody ujemnej oraz technologii obróbki stopu w celu zwiększenia stabilności jego składu i struktury. Zmusza to producentów akumulatorów do uważnego wyboru dostawców stopów, a konsumentów akumulatorów do uważnego wyboru firmy produkcyjnej.

Na podstawie materiałów ze stron powerinfo.ru, „Chip and Dip”

Badania nad akumulatorami niklowo-wodorkowymi rozpoczęły się w latach 70. XX wieku jako udoskonalenie akumulatorów niklowo-wodorowych, gdyż waga i objętość akumulatorów niklowo-wodorowych nie była zadowalająca dla producentów (wodór w tych akumulatorach był poniżej wysokie ciśnienie, co wymagało wytrzymałego i ciężkiego stalowego korpusu). Zastosowanie wodoru w postaci wodorków metali umożliwiło zmniejszenie masy i objętości akumulatorów, zmniejszyło się także ryzyko eksplozji akumulatorów w przypadku przegrzania.

Od lat 80. XX wieku technologia akumulatorów NiMH znacznie się poprawiła i zaczęto wykorzystywać je komercyjnie w różnych zastosowaniach. Do sukcesu akumulatorów NiNH przyczyniła się zwiększona pojemność (40% w porównaniu do NiCd), zastosowanie materiałów nadających się do recyklingu („przyjaznych” dla środowiska naturalnego), a także bardzo długa żywotność, często przewyższająca akumulatory NiCd.

Zalety i wady akumulatorów NiMH

Zalety

・ większa pojemność - 40% lub więcej w porównaniu do konwencjonalnych akumulatorów NiCd
・ znacznie mniej wyraźny efekt „pamięci” w porównaniu do akumulatorów niklowo-kadmowych - cykle konserwacji akumulatora można wykonywać 2-3 razy rzadziej
・ prosta możliwość transportu – transport lotniczy bez żadnych warunków wstępnych
・ przyjazne dla środowiska - można poddać recyklingowi

Wady

・ ograniczona żywotność baterii – zwykle około 500-700 pełnych cykli ładowania/rozładowania (choć w zależności od trybów pracy i Struktura wewnętrzna Mogą występować istotne różnice).
・efekt pamięci – akumulatory NiMH wymagają okresowego szkolenia (cykl pełnego rozładowania/ładowania akumulatora)
・ Stosunkowo krótki okres trwałości akumulatorów - zwykle nie dłuższy niż 3 lata przy przechowywaniu w stanie rozładowanym, po czym tracą główne właściwości. Przechowywanie w chłodnych warunkach przy częściowym naładowaniu 40-60% spowalnia proces starzenia się akumulatorów.
・Wysokie samorozładowanie akumulatora
・Ograniczona moc - po przekroczeniu dopuszczalnych obciążeń żywotność baterii ulega skróceniu.
・ Wymagana jest specjalna ładowarka z algorytmem ładowania etapowego, ponieważ ładowanie generuje dużą ilość ciepła, a akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe łatwo ulegają przeładowaniu.
・ Słaba tolerancja na wysokie temperatury (powyżej 25-30 stopni Celsjusza)

Budowa akumulatorów i akumulatorów NiMH

Nowoczesne akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe mają konstrukcję wewnętrzną podobną do akumulatorów niklowo-kadmowych. Dodatnia elektroda z tlenku niklu, elektrolit alkaliczny i projektowe ciśnienie wodoru są takie same w obu systemach akumulatorowych. Różnią się tylko elektrody ujemne: akumulatory niklowo-kadmowe mają elektrodę kadmową, a akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe mają elektrodę opartą na stopie metali pochłaniających wodór.

Nowoczesne akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe wykorzystują kompozycje stopów pochłaniających wodór, takie jak AB2 i AB5. Inne stopy AB lub A2B nie są powszechnie stosowane. Co oznaczają tajemnicze litery A i B w składzie stopu? – Symbol A oznacza metal (lub mieszaninę metali), który wydziela ciepło podczas tworzenia wodorków. Odpowiednio symbol B oznacza metal, który reaguje endotermicznie z wodorem.

Do elektrod ujemnych typu AB5 stosuje się mieszaninę pierwiastków ziem rzadkich z grupy lantanowej (składnik A) i niklu z domieszkami innych metali (kobalt, aluminium, mangan) - składnik B. Do elektrod typu AB2 tytan i nikiel z domieszkami cyrkonu, wanadu, żelaza, manganu, chromu.

Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe z elektrodami AB5 są bardziej powszechne ze względu na najlepsza wydajność cyklowalność, pomimo tego, że akumulatory z elektrodami typu AB2 są tańsze, mają większą pojemność i lepszą wydajność energetyczną.

Podczas procesu cyklicznego objętość elektrody ujemnej waha się do 15-25% pierwotnej z powodu absorpcji/uwalniania wodoru. W wyniku wahań objętości w materiale elektrody pojawia się duża liczba mikropęknięć. Zjawisko to wyjaśnia, dlaczego nowy akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy wymaga kilku „treningowych” cykli ładowania/rozładowania, aby przywrócić moc i pojemność akumulatora do wartości nominalnych. Ma również miejsce powstawanie mikropęknięć zła strona– zwiększa się powierzchnia elektrody, która wraz ze zużyciem elektrolitu ulega korozji, co prowadzi do stopniowego wzrostu rezystancji wewnętrznej elementu i zmniejszenia jego pojemności. W celu ograniczenia szybkości procesów korozyjnych zaleca się przechowywanie akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych w stanie naładowanym.

Elektroda ujemna ma nadmierną pojemność w stosunku do elektrody dodatniej zarówno w przypadku przeładowania, jak i nadmiernego rozładowania, aby zapewnić akceptowalny poziom wydzielania się wodoru. Z powodu korozji stopu zdolność ładowania elektrody ujemnej stopniowo maleje. Gdy tylko nadwyżka pojemności ładowania zostanie wyczerpana, na elektrodzie ujemnej pod koniec ładowania zacznie się uwalniać duża ilość wodoru, co doprowadzi do uwolnienia nadmiaru wodoru przez zawory ogniwa, „wrzenia” wyłączenie” elektrolitu i awaria akumulatora. Dlatego do ładowania akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych potrzebna jest specjalna ładowarka, która uwzględnia specyficzne zachowanie akumulatora, aby uniknąć niebezpieczeństwa samozniszczenia ogniwa akumulatora. Podczas ponownego montażu pakietu akumulatorów należy zadbać o dobrą wentylację ogniw i nie palić w pobliżu ładowanego akumulatora niklowo-metalowo-wodorkowego o dużej pojemności.

Z biegiem czasu, w wyniku pracy cyklicznej, samorozładowanie akumulatora wzrasta ze względu na pojawienie się dużych porów w materiale separatora i utworzenie połączenia elektrycznego pomiędzy płytkami elektrod. Problem ten można tymczasowo rozwiązać poprzez kilkakrotne głębokie rozładowanie akumulatora, a następnie jego pełne naładowanie.

Podczas ładowania akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych wytwarza się dość duża ilość ciepła, zwłaszcza pod koniec ładowania, co jest jednym z sygnałów, że ładowanie należy dokończyć. Podczas zbierania kilku ogniwa akumulatorowe Akumulator wymaga systemu monitorowania akumulatora (BMS), a także obecności termicznie otwieranych przewodzących zworek łączących pomiędzy częściami ogniw akumulatora. Zalecane jest także łączenie akumulatorów w akumulatorze za pomocą zworek punktowych, a nie lutowania.

Rozładowywanie akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych w niskich temperaturach jest ograniczone przez fakt, że jest to reakcja endotermiczna i na elektrodzie ujemnej tworzy się woda, rozcieńczając elektrolit, co prowadzi do dużego prawdopodobieństwa zamarzania elektrolitu. Dlatego im niższa temperatura otoczenia, tym mniejsza moc wyjściowa i pojemność akumulatora. Wręcz przeciwnie, kiedy podniesiona temperatura Podczas procesu rozładowywania pojemność akumulatora niklowo-wodorkowego będzie maksymalna.

Znajomość budowy i zasad działania pozwoli na lepsze zrozumienie procesu eksploatacji akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych. Mam nadzieję, że informacje zawarte w tym artykule pomogą przedłużyć żywotność Twojego akumulatora i uniknąć ewentualnych niebezpiecznych konsekwencji wynikających z niezrozumienia zasad bezpiecznego użytkowania akumulatorów niklowo-metalowo-wodorkowych.

Charakterystyka rozładowania akumulatorów NiMH przy różnych warunkach
prądy wyładowcze w temperaturze otoczenia 20°C

zdjęcie pobrane z www.compress.ru/Article.aspx?id=16846&iid=781

Bateria niklowo-wodorkowa Duracell

zdjęcie pobrane z www.3dnews.ru/digital/1battery/index8.htm

P.P.S.
Schemat obiecującego kierunku tworzenia baterii bipolarnych

obwód pobrany z bipolarnych akumulatorów kwasowo-ołowiowych

tabela porównawcza parametry różne rodzaje baterie

	NiCd	NiMH	Kwas ołowiowy	litowo-jonowy	Polimer litowo-jonowy	Wielokrotnego użytku Alkaliczny
Gęstość energii (W*godzina/kg)	45-80	60-120	30-50	110-160	100-130	80 (początkowe)
Opór wewnętrzny (w tym obwody wewnętrzne), mOm	100-200 przy 6V	200-300 przy 6V	<100 przy 12V	150-250 przy 7,2 V	200-300 przy 7,2 V	200-2000 przy 6V
Liczba cykli ładowania/rozładowania (przy zmniejszeniu do 80% pojemności początkowej)	1500	300-500	200-300	500-1000	300-500	50 (do 50%)
Szybki czas ładowania	Typowo 1 godzina	2-4 godziny	8-16 godzin	2-4 godziny	2-4 godziny	2-3 godziny
Odporność na przeładowanie	przeciętny	Niski	wysoki	bardzo niski	Niski	przeciętny
Samorozładowanie / miesiąc (w temperaturze pokojowej)	20%	30%	5%	10%	~10%	0.3%
Napięcie ogniwa (nominalne)	1,25 V	1,25 V	2B	3,6 V	3,6 V	1,5 V
Wczytaj obecną - szczyt - optymalny	20C 1C	5C 0,5°C i poniżej	5C 0,2°C	>2C 1C i poniżej	>2C 1C i poniżej	0,5°C 0,2°C i poniżej
Temperatura robocza (tylko rozładowanie)	-40 do 60°C	-20 do 60°C	-20 do 60°C	-20 do 60°C	0 do 60°C	0 do 65°C
Wymagania dotyczące konserwacji	Po 30 – 60 dniach	Po 60 – 90 dniach	Po 3 – 6 miesiącach	Nie wymagane	Nie wymagane	Nie wymagane
Standardowa cena ($, tylko dla porównania)	$50 (7,2 V)	$60 (7,2 V)	$25 (6V)	$100 (7,2 V)	$100 (7,2 V)	$5 (9V)
Cena za cykl (USD)	$0.04	$0.12	$0.10	$0.14	$0.29	$0.10-0.50
Rozpoczęcie komercyjnego użytku	1950	1990	1970	1991	1999	1992

stół wzięty z

W drugiej połowie XX wieku jedne z najlepszych akumulatorów źródła chemiczne prądem były akumulatory produkowane w technologii niklowo-kadmowej. Są nadal szeroko stosowane w różnych dziedzinach ze względu na ich niezawodność i bezpretensjonalność.

Zawartość

Co to jest bateria niklowo-kadmowa

Baterie niklowo-kadmowe to galwaniczne źródła prądu wielokrotnego ładowania, które zostały wynalezione w 1899 roku w Szwecji przez Waldmara Jungnera. Przed 1932 rokiem ich praktyczne zastosowanie było bardzo ograniczone ze względu na wysoki koszt stosowanych metali w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi.

Udoskonalenia technologii ich produkcji doprowadziły do ​​znacznej poprawy ich parametrów użytkowych i umożliwiły w 1947 roku stworzenie szczelnego, bezobsługowego akumulatora o doskonałych parametrach.

Zasada działania i konstrukcja akumulatora Ni-Cd

Baterie te wytwarzają energię elektryczną poprzez odwracalny proces oddziaływania kadmu (Cd) z wodorotlenkiem niklu (NiOOH) i wodą, w wyniku którego powstają wodorotlenki niklu Ni(OH)2 i wodorotlenku kadmu Cd(OH)2, które powoduje pojawienie się siły elektromotorycznej.

Akumulatory Ni-Cd są dostępne w uszczelnione obudowy, w którym znajdują się elektrody oddzielone neutralnym separatorem zawierającym nikiel i kadm w roztworze galaretowatego alkalicznego elektrolitu (zwykle wodorotlenku potasu, KOH).

Elektrodę dodatnią stanowi stalowa siatka lub folia pokryta pastą tlenku niklu i wodorotlenku zmieszaną z materiałem przewodzącym

Elektrodę ujemną stanowi siatka stalowa (folia) z prasowanym porowatym kadmem.

Jeden nikiel pierwiastek kadmu jest w stanie wytworzyć napięcie około 1,2 wolta, dlatego w celu zwiększenia napięcia i mocy akumulatorów w ich konstrukcji zastosowano wiele równolegle połączonych elektrod oddzielonych separatorami.

Charakterystyka techniczna i rodzaje akumulatorów Ni-Cd

Akumulatory Ni-Cd mają następujące parametry techniczne:

• napięcie rozładowania jednego elementu wynosi około 0,9-1 wolta;
• napięcie znamionowe elementu wynosi 1,2 V, aby uzyskać napięcia 12 V i 24 V, stosuje się połączenie szeregowe kilku elementów;
• pełne napięcie ładowania – 1,5-1,8 wolta;
• temperatura pracy: od -50 do +40 stopni;
• liczba cykli ładowania-rozładowania: od 100 do 1000 (w najnowocześniejszych akumulatorach do 2000), w zależności od zastosowanej technologii;
• poziom samorozładowania: od 8 do 30% w pierwszym miesiącu po pełnym naładowaniu;
• energochłonność właściwa – do 65 W*godz./kg;
• żywotność wynosi około 10 lat.

Akumulatory Ni-Cd produkowane są w różnych przypadkach o standardowych rozmiarach oraz w wykonaniach niestandardowych, w tym w formie dyskowej i zamkniętej.

Gdzie stosuje się akumulatory niklowo-kadmowe?

Baterie te są używane w urządzeniach, które zużywają wysoki prąd, a także doświadczają dużych obciążeń podczas pracy w następujących przypadkach:

• w trolejbusach i tramwajach;
• w samochodach elektrycznych;
• w transporcie morskim i rzecznym;
• w helikopterach i samolotach;
• w elektronarzędziach (wkrętarki, wiertarki, wkrętarki elektryczne i inne);
• golarki elektryczne;
• w sprzęcie wojskowym;
• przenośne radia;
• w zabawkach sterowanych radiowo;
• w latarkach do nurkowania.

Obecnie w związku z zaostrzeniem wymagania środowiskowe Większość akumulatorów popularnych rozmiarów (i innych) jest produkowana przy użyciu technologii niklowo-metalowo-wodorkowej i litowo-jonowej. Jednocześnie nadal w użyciu jest wiele akumulatorów NiCd o różnych rozmiarach, które zostały wypuszczone na rynek kilka lat temu.

Ogniwa Ni-Cd charakteryzują się długą żywotnością, która czasami przekracza 10 lat, dlatego tego typu akumulatory nadal można spotkać w wielu urządzeniach elektronicznych, oprócz tych wymienionych powyżej.

Plusy i minusy baterii Ni-Cd

Ten typ baterii ma następujące pozytywne cechy:

• długa żywotność i liczba cykli ładowania i rozładowania;
• długa żywotność i przechowywanie;
• możliwość szybkiego ładowania;
• zdolność do wytrzymywania dużych obciążeń i niskich temperatur;
• utrzymanie wydajności w jak największym stopniu niekorzystne warunki operacja;
• niska cena;
• możliwość przechowywania tych akumulatorów w stanie rozładowanym do 5 lat;
• Średnia odporność na przeładowanie.

Jednocześnie zasilacze niklowo-kadmowe mają wiele wad:

• obecność efektu pamięci, objawiająca się utratą pojemności podczas ładowania akumulatora bez oczekiwania na całkowite rozładowanie;
• potrzeba konserwacji zapobiegawczej (kilka cykli ładowania i rozładowania), aby osiągnąć pełną pojemność;
• całkowite przywrócenie akumulatora po długotrwałym przechowywaniu wymaga od trzech do czterech pełnych cykli ładowania i rozładowania;
• wysokie samorozładowanie (około 10% w pierwszym miesiącu przechowywania), prowadzące do niemal całkowitego rozładowania akumulatora w ciągu roku przechowywania;
• niska gęstość energii w porównaniu do innych akumulatorów;
• wysoka toksyczność kadmu, przez co jest on zakazany w wielu krajach, w tym w UE, konieczność utylizacji takich akumulatorów przy użyciu specjalnego sprzętu;
• większa waga w porównaniu do nowoczesnych akumulatorów.

Różnica między źródłami Ni-Cd i Li-Ion lub Ni-Mh

Baterie zawierające aktywne składniki, w tym nikiel i kadm, różnią się pod wieloma względami od bardziej nowoczesnych źródeł zasilania litowo-jonowych i niklowo-metalowo-wodorkowych:

• Elementy Ni-Cd, w przeciwieństwie do wariantów, mają efekt pamięci i mają mniejszą pojemność właściwą przy tych samych wymiarach;
• Źródła NiCd są bardziej bezpretensjonalne, działają w bardzo niskich temperaturach i są wielokrotnie bardziej odporne na przeładowanie i mocne rozładowanie;
• Akumulatory Li-Ion i Ni-Mh są droższe, boją się przeładowania i silnego rozładowania, ale mają mniejsze samorozładowanie;
• żywotność i przechowywanie Baterie litowo-jonowe(2-3 lata) to kilkakrotnie krócej niż w przypadku produktów NiCd (8-10 lat);
• Źródła niklowo-kadmowe szybko tracą pojemność, gdy są używane w trybie buforowym (na przykład w UPS). Choć można je wówczas w pełni przywrócić poprzez głębokie rozładowanie i ładowanie, lepiej nie stosować produktów Ni Cd w urządzeniach, w których są one stale doładowywane;
• Identyczny tryb ładowania akumulatorów Ni-Cd i Ni-Mh pozwala na użycie tych samych ładowarek, należy jednak wziąć pod uwagę fakt, że akumulatory niklowo-kadmowe mają wyraźniejszy efekt pamięci.

Na podstawie istniejących różnic nie można jednoznacznie stwierdzić, które akumulatory są lepsze, ponieważ wszystkie elementy mają zarówno mocne, jak i słabe strony.

Zasady działania

Podczas pracy w zasilaczach Ni Cd zachodzi szereg zmian, które prowadzą do stopniowego pogarszania się wydajności i ostatecznie do utraty wydajności:

• zmniejsza się powierzchnia użyteczna i masa elektrod;
• zmienia się skład i objętość elektrolitu;
• separator i zanieczyszczenia organiczne ulegają rozkładowi;
• traci się wodę i tlen;
• Wycieki prądu pojawiają się w wyniku wzrostu dendrytów kadmu na płytach.

Aby zminimalizować uszkodzenia akumulatora powstałe w trakcie jego eksploatacji i przechowywania, należy unikać niekorzystnego wpływu na akumulator, który wynika z następujących czynników:

• ładowanie niecałkowicie naładowanego akumulatora prowadzi do odwracalnej utraty jego pojemności na skutek zmniejszenia całkowitej powierzchni substancji aktywnej w wyniku tworzenia się kryształów;
• regularne silne przeładowanie, które prowadzi do przegrzania, zwiększonego tworzenia się gazu, utraty wody w elektrolicie i zniszczenia elektrod (zwłaszcza anody) i separatora;
• niedoładowanie prowadzące do przedwczesnego wyczerpania akumulatora;
• długotrwała praca w bardzo niskich temperaturach prowadzi do zmiany składu i objętości elektrolitu, zwiększa się rezystancja wewnętrzna akumulatora i pogarszają się jego właściwości użytkowe, w szczególności spada pojemność.

Przy silnym wzroście ciśnienia wewnątrz akumulatora na skutek szybkiego ładowania dużym prądem i znacznej degradacji katody kadmowej, do akumulatora może przedostać się nadmiar wodoru, co prowadzi do gwałtownego wzrostu ciśnienia mogącego zdeformować obudowę, zakłócać gęstość montażu, zwiększać rezystancję wewnętrzną i zmniejszać napięcie robocze.

W akumulatorach wyposażonych w awaryjny zawór nadmiarowy ciśnienia można zapobiec ryzyku odkształcenia, ale zmian nieodwracalnych skład chemiczny baterii nie da się uniknąć.

Akumulatory Ni Cd należy ładować prądem o wartości 10% (jeśli konieczne jest szybkie ładowanie w specjalnych akumulatorach - prądem do 100% w ciągu 1 godziny) ich pojemności (np. 100 mA o pojemności 1000 mAh) przez 14-16 godzin. Najlepszym trybem ich rozładowywania jest prąd równy 20% pojemności akumulatora.

Jak przywrócić akumulator Ni-Cd

Zasilacze niklowo-kadmowe w przypadku utraty pojemności można niemal całkowicie przywrócić poprzez całkowite rozładowanie (do 1 V na element) i późniejsze ładowanie w trybie standardowym. Ten trening akumulatorów można powtórzyć kilkukrotnie, aby w pełni przywrócić ich pojemność.

Jeśli nie da się przywrócić akumulatora poprzez rozładowywanie i ładowanie, możesz spróbować go przywrócić za pomocą krótkich impulsów prądu (dziesiątki wielkości większa pojemność przywracany element) przez kilka sekund. Efekt ten eliminuje wewnętrzne zwarcia w ogniwach akumulatora powstałe na skutek wzrostu dendrytów poprzez wypalenie ich silnym prądem. Istnieją specjalne aktywatory przemysłowe, które wykonują taki efekt.

Całkowite przywrócenie pierwotnej pojemności takich akumulatorów jest niemożliwe ze względu na nieodwracalne zmiany w składzie i właściwościach elektrolitu, a także degradację płytek, ale pozwala wydłużyć żywotność.

Metoda odzyskiwania w domu składa się z następujących kroków:

• drut o przekroju co najmniej 1,5 milimetra kwadratowego łączy minus przywracanego elementu z katodą mocnego akumulatora, na przykład akumulatora samochodowego lub UPS;
• drugi przewód jest bezpiecznie przymocowany do anody (plus) jednego z akumulatorów;
• przez 3-4 sekundy wolny koniec drugiego przewodu szybko dotyka się wolnego zacisku dodatniego (z częstotliwością 2-3 dotknięć na sekundę). W takim przypadku należy zapobiec spawaniu drutów w miejscu połączenia;
• woltomierz służy do sprawdzania napięcia na przywracanym źródle; w przypadku jego braku przeprowadza się kolejny cykl przywracania;
• gdy na akumulatorze pojawi się siła elektromotoryczna, zostaje on naładowany;

Dodatkowo można spróbować zniszczyć dendryty w akumulatorze zamrażając je na 2-3 godziny a następnie mocno w nie stukając. Po zamrożeniu dendryty stają się kruche i ulegają zniszczeniu pod wpływem uderzenia, co teoretycznie mogłoby pomóc się ich pozbyć.

Istnieją również bardziej ekstremalne metody renowacji, które polegają na dodawaniu wody destylowanej do starych elementów poprzez wiercenie ich obudowy. Jednak pełne zapewnienie szczelności takich elementów w przyszłości jest bardzo problematyczne. Nie należy zatem oszczędzać pieniędzy i narażać swojego zdrowia na ryzyko zatrucia związkami kadmu w wyniku zyskania kilku cykli działania.

Przechowywanie i utylizacja

Akumulatory niklowo-kadmowe lepiej przechowywać w stanie rozładowanym, w niskiej temperaturze, w suchym miejscu. Im niższa temperatura przechowywania takich akumulatorów, tym mniejsze jest ich samorozładowanie. Modele wysokiej jakości można przechowywać do 5 lat bez znaczących uszkodzeń Specyfikacja techniczna. Aby je uruchomić, wystarczy je naładować.

Szkodliwe substancje zawarte w jednej baterii AA mogą zanieczyścić około 20 metrów kwadratowych terytorium. Aby bezpiecznie pozbyć się akumulatorów NiCd, należy je oddać do punktów recyklingu, skąd transportowane są do fabryk, gdzie należy je zniszczyć w specjalnych, szczelnych piecach wyposażonych w filtry zatrzymujące substancje toksyczne.

Możesz być także zainteresowany

Eksploatacja akumulator przy niepełnym naładowaniu może mieć bardzo negatywny wpływ na charakterystykę działania akumulatora.

Rok po roku akumulatory w dalszym ciągu wypierają z rynku akumulatory konwencjonalne. Dzieje się tak, ponieważ

Wszystkie baterie są podzielone na wiele typów. W życiu codziennym nazywa się je inaczej, ale według współczesnej klasyfikacji

Jasne, atrakcyjne akumulatory, przywołujące na myśl wyścigi Formuły 1, kolorowe kolory, ergonomiczne kształty – to wszystko