Kadmiová batéria je požadovaný zdroj energie, ktorý sa používa na dokončenie domáce prístroje... Sú klasifikované ako alkalické typy. Používajú sa na vybavenie tých jednotiek a zariadení, do ktorých nemožno zahrnúť iné modely.

V zložení nikel-kadmiových batérií sa zavádzajú mínusové a plusové vodivé vedenia, na oddelenie ktorých sa používa separátor. Vnútro je vyplnené alkalickou elektrolytickou zlúčeninou. Puzdro na nikel-kadmiové batérie je vyrobené zo špeciálneho kovu, hermeticky uzavreté.

Poskytnúť najlepší kontakt, na prípravu elektród sa používa fólia, ktorá sa vyznačuje malou hrúbkou. Na navrhnutie separátora, ktorý je sústredený medzi vývodmi v nikel-kadmiových batériách, sa používajú tkané suroviny. Koniec koncov, neinteraguje s alkalickým elektrolytom.

Born sa používa na pripojenie akumulátora k iným nikel-kadmiovým zdrojom energie. Konštrukcia zariadenia nikel-kadmiových batérií zahŕňa zvárané spoje, pomocou ktorých je zabezpečené tesné spojenie.

Výhody nikel-kadmiového napájacieho zdroja

Počet cyklov vybitia a nabíjania dosahuje 1 000 alebo viac.
Doba skladovania takýchto zariadení je dlhá. V tomto prípade stupeň nabitia jednotky neovplyvňuje tento indikátor.
Technológia nabíjania nikel-kadmiových batérií je pomerne jednoduchá. Realizovať ho budú môcť aj nováčikovia-motoristi.
Takéto napájacie zdroje je možné prevádzkovať v zime, v náročných podmienkach.
Kapacita neklesá ani pri mínusových teplotách.

Negatívne stránky

Zariadenia majú takú vlastnosť ako "pamäťový efekt". Na jeho odstránenie sú potrebné určité opatrenia.
Úroveň samovybíjania je zvýšená.
Ak porovnáme cd batérie s inými zdrojmi energie, potom môžeme rozlíšiť ich nízku energetickú hustotu.
Na prípravu boli použité toxické zložky. Preto niektoré štáty takéto dobíjacie batérie nepoužívajú, nevyrábajú.
Na likvidáciu takýchto jednotiek sa používa vhodné vybavenie. U nás sa nikel-kadmiové jednotky pripravujú na využitie a spracovanie.

Nabíjanie, vybíjanie nikel-kadmiových batérií

Proces vybíjania

Parametre vybíjania zdroja energie do značnej miery závisia od konštrukčných prvkov, charakteristík elektród a prúdových vodičov. Tiež predurčujú veľkosť napätia a vnútorný odpor.

Bitové parametre závisia od:

Vlastnosti a štruktúry separátora.
Stavať kvalitu.
Množstvo elektrolytickej kompozície, ktorou je telo naplnené.
Iné.

Pri nepretržitom vybíjaní zdroja nicd odborníci odporúčajú používať diskové batérie, ktoré sú doplnené o veľkorozmerné lisované vývody. Preto s malým zvýšením prúdu klesá kapacita vybíjania, ako aj napätie. Aby sa tento indikátor optimalizoval, hrúbka svoriek sa znižuje, počet sa zvyšuje.

Maximálna kapacita sa pozoruje pri izbovej teplote. Ďalšie zvýšenie teploty tento parameter neovplyvňuje. Záporná teplota vyvoláva zníženie vybíjacieho napätia, zvýšenie vybíjacieho prúdu.

Používanie skrutkovačov, ktoré sú vybavené nikel-kadmiovými zdrojmi, si v zime vyžaduje opatrnosť.

Proces nabíjania

V procese nabíjania ni cd batérií je potrebné zaviesť obmedzenia nabíjania. V procese nabíjania sa skutočne zvyšuje tlak vo vnútri puzdra, vytvára sa kyslík a koeficient aplikácie prúdu klesá.

Ako nabíjať cd batériu? Na úplné obnovenie nabitia je potrebné nahlásiť kapacitu 150-160 percent. Teplotný rozsah - 0- + 35 stupňov. Ak sa neberie do úvahy teplotný rozsah, tlak sa zvýši. Núdzový ventil sa uvoľní zmes kyslíka... Preto je dôležité vopred určiť, ako správne nabíjať batériu.

Vybitá nikel-kadmiová batéria sa nabíja v rôzne režimy... Doba nabíjania závisí od zvoleného režimu.

S prúdom 0,2 z celkovej kapacity po dobu 7 hodín.
Pri prúde 0,3 z celkovej kapacity nie viac ako 4 hodiny.

Pri nabíjaní jednotky v zrýchlenom režime (prúdom 0,4 dostupnej kapacity) je prebíjanie zakázané, pretože to spôsobí zníženie kapacity. Pomocou príslušných zariadení môžete určiť, do akej miery je zdroj energie nabitý. Pri práci s prúdmi sa používa ampérmeter. Na určenie počtu voltov použite voltmeter alebo multimeter.

Nabíjačka nikel-kadmiových batérií

Na nabíjanie ni cd batérií sa používajú reverzibilné a automatické nabíjačky.

Automatická nabíjačka pre ni cd sa ľahko používa. S ním môžete dobiť 2–4 batérie do skrutkovača alebo iných domácich spotrebičov. Po vložení batérie do pamäte sa nastaví režim, číslo. Potom sa jednotka pripojí k sieti.

Automatické modely sú vybavené indikátormi, pomocou ktorých sa určuje stav nabitých zdrojov energie pri práci s prúdom. Takéto zariadenia sú vhodné aj na vybíjanie ni cd batérií.

Impulzné nabíjačky majú zložitejší dizajn. Môžu byť použité pri práci s významnými prúdmi. Keďže sú klasifikované ako profesionálne jednotky, pred použitím sa študuje, ako nabíjať zdroj energie, ako nastaviť požadované parametre.

Reverzné (pulzné) modely sú vhodné pre cyklické nabíjanie a vybíjanie prúdov. Počas vybíjania a nabíjania sa parametre prúdu a napätia určujú vopred.

Vlastnosti použitia

Dlhodobá prevádzka ovplyvňuje fungovanie a výkon kadmium-niklových batérií. Zhoršenie výkonu a zlyhanie sú spôsobené:

Pracovná plocha vodivých vodičov je zmenšená.
Aktívna hmotnosť vodivých vodičov je výrazne znížená.
Alkalické elektrolytické zloženie mení zloženie, je nesprávne prerozdelené cez zdroj energie.
Únik cez vodivé prvky. Výsledkom je, že vybitie nabitého zdroja energie nastáva dostatočne rýchlo.
Zvyšuje sa spotreba tekutín, kyslíka. Pri nadmernom vývine kyslíka sa proces stáva nezvratným.
Organické zlúčeniny začínajú degradovať.

Regenerácia nikel-kadmiových batérií

Postup pri obnove nikel-kadmiových batérií, ktoré sa používajú na dokončenie skrutkovača, ďalšej prenosnej jednotky, trvá nejaký čas. Keďže náklady na takéto batérie sú vysoké, pred implementáciou by sa mali preštudovať vlastnosti.

V skutočnosti obnovujeme nikel-kadmiovú batériu skrutkovača pulzným prúdom, ktorý sa dodáva na 2-4 sekundy. Veľkosť prúdu prekračuje kapacitné parametre o faktor 10 alebo viac.

Pred obnovením batérie sú pripravené určité prvky a nástroje:

Efektívny napájací zdroj so silnými menovitými prúdmi. Ako batéria sa používa autoakumulátor.
Svorky.
Drôty.
Multimeter, pomocou ktorého sa monitoruje napätie.
Ochranné predmety.

Postup obnovy zahŕňa určité činnosti:

Na ručnom zariadení alebo samostatnej batérii sú označené kladné a záporné póly.
Pomocou svoriek alebo krokodílov, ako aj kúskov drôtov, sú pripevnené mínusy.
Druhý koniec drôtu je pritlačený na kladnú svorku. Trvanie drôtového kontaktu je 1–2 sekundy (dá sa predĺžiť až na 3 sekundy). Takéto akcie trvajú trochu času. V prípade kontaktu sa uistite, že sa drôty neprilepia k jednotke, batérii.

Po jednom cykle sa úroveň napätia meria pomocou multimetra. Akonáhle sa napätie obnoví, prejdite na sadu kapacity. Na obnovenie a opravu napájania sa vykonajú 2-4 cykly.

Táto technika prináša očakávaný efekt len na krátkodobý... Mení sa totiž zloženie elektrolytu, mení sa aj jeho objem. Výsledkom je, že batérie nemôžu byť dlhodobo používané ako zdroje.

Modernizovaná technika

Ak chcete obnoviť nikel vlastnými rukami kadmiové batérie, ako aj na zabezpečenie ich dlhodobej prevádzky sa vykonávajú tieto činnosti:

Všetky batérie sú starostlivo skontrolované a zmerané napätie. Tie prvky, na ktorých je napätie blízke nule, sú stiahnuté.
V kryte sú pomocou vhodného nástroja pripravené otvory na naliatie 1 cm3 destilovanej vody.
Napájacie zdroje sú chránené na krátky čas, po ktorom sa vyčerpajú znova skontrolovať Napätie.
Ak sa obnoví pracovná kapacita batérie, vytvorené otvory sa ošetria tmelom, spájkovaním.
Jednotka sa dodáva s batériami a nabíja sa. Prenosné náradie je pripravené na použitie hneď, ako indikátor na nabíjačke zmení odtieň. Na tieto účely sa oplatí používať pulzné nabíjačky, ktoré sa vyznačujú rozsiahlou funkčnosťou a kvalitným vybavením.
Pri nulovom napätí sa do batérie opäť privádza destilovaná voda.
Postup sa opakuje, kým sa nedosiahne pozitívny výsledok.

Funkcie úložiska

Prevádzkový poriadok pre kadmiové batérie vypracovali špecialisti. Pokyny popisujú spôsob skladovania napájacích zdrojov. Zdôrazňuje sa niekoľko základných pravidiel.

Zdroje ni CD skladujte iba vtedy, keď sú úplne vybité. Na tieto účely používajte nabíjačky, ktoré sú vybavené príslušnou funkciou. Na devastáciu sa používajú aj žiarovky s príslušným počtom ampérov.

Správne pripravené batérie môžete skladovať dlhú dobu. Zmeny teploty nemajú vplyv na stav a výkon.

Miestnosti slúžia na uskladnenie nikel-kadmiových batérií. Koniec koncov, kolísanie teploty nevyvoláva vybíjanie, spustenie nezvratných procesov.

Hoci sa nikel-kadmiové batérie skladujú dlhú dobu, v určitej fáze je potrebné ich likvidovať. Ak to chcete urobiť, mali by ste kontaktovať organizáciu, ktorá takéto procesy vykonáva.

Účinnosť nikel-kadmiových batérií možno len ťažko preceňovať. Sú doplnené o prenosné nástroje používané v každodennom živote av priemysle. Pri správnej manipulácii, bezpečnosti a prevádzkových podmienkach presahuje doba používania päť rokov.

Video o nikel-kadmiových batériách

Všetko o nikel-kadmiových batériách: vlastnosti, prevádzka, klady a zápory

Nikel-kadmiové batérie (Ni-Cd) zapnuté tento moment stále široko používaný v národného hospodárstva... Svojím dizajnom patria do skupiny alkalických batérií. Tieto batérie sú žiadané aj napriek tomu, že ich výroba a použitie je z bezpečnostných dôvodov obmedzené. životné prostredie(kadmium je jedovaté). Nie je však možné ich úplne opustiť, pretože tieto nabíjateľné batérie sa používajú v zariadeniach, kde iné batérie nemôžu fungovať. Ide najmä o prevádzku s vybíjacími a nabíjacími prúdmi. veľká veľkosť... Ide o pomerne ľahko udržiavateľné zariadenia s dlhý termín vykorisťovanie. Preto si zaslúžia pozornosť v samostatnom článku.

Prvú nikel-kadmiovú batériu vytvoril Waldmar Jungner už v roku 1899. Ale vtedy bola výroba týchto alkalických batérií podstatne drahšia ako iné typy batérií. Aby sa na tento vynález na chvíľu zabudlo. V roku 1932 bola vyvinutá metóda nanášania aktívneho materiálu na poréznu niklovú elektródu. To priblížilo uvoľnenie priemyselných Ni-Cd batérií.

V roku 1947 sa vykonalo množstvo prác, pri ktorých sa plyny uvoľnené pri nabíjaní rekombinovali bez ich odstránenia. V dôsledku toho sa zrodili uzavreté Ni-Cd batérie, ktoré sa používajú dodnes. Medzi výrobcov nikel-kadmiových batérií patria: veľké spoločnosti ako GP Batteries, Samsung, Warta, GAZ, Konnoc, Advanced Battery Factory, Panasonic, Metabo, Ansmann a ďalšie.

Napriek širokému použitiu v národnom hospodárstve v posledných desaťročiach nikel-kadmiové batérie postupne zužujú rozsah ich použitia. Postupne ich vytláčajú nikel-metal hydridové a lítiové batérie.

Najmä Ni-Cd batérie ustupujú prenosnej technológii. Dôvodom je nebezpečenstvo kadmia pre ľudí a životné prostredie. Likvidácia týchto batérií si vyžaduje špeciálne zariadenie na regeneráciu kadmia. pre auto je jednoduchšie, rýchlejšie a lepšie vyvinuté. Stále je však dosť oblastí, kde sú nikel-kadmiové batérie nenahraditeľné.

Aplikácie nikel-kadmiových (Ni-Cd) batérií

Používajú sa nikel-kadmiové batérie s malými rozmermi technické zariadenia vyžadujú pre svoju prácu vysoký prúd... V takýchto podmienkach sa vyrábajú Ni-Cd batérie stabilný výkon a neprehrievajú sa na rozdiel od iných typov dobíjacích batérií. Nikel-kadmiové batérie majú široké využitie v trolejbusoch, električkách, ako trakčné batérie na elektromobiloch, existujú priemyselné Ni-Cd batérie. Okrem toho našli široké uplatnenie v námornej a riečnej doprave.

Ni-Cd batérie nájdeme vo vrtuľníkoch a lietadlách ako palubné batérie, v prenosnom náradí (skrutkovač, príklepová vŕtačka a pod.). Lítiové batérie sa však stále častejšie nachádzajú v náradí. Nikel-kadmiové dobíjacie batérie sa zatiaľ nedajú vymeniť v tých prenosných zariadeniach, ktoré spotrebúvajú veľká sila... Aj keď v niektorých zariadeniach sú úspešne nahradené, ktoré neobsahujú škodlivé kadmium.

Ni-Cd diskové batérie sú široko používané. Tento variant bol široko používaný ako batéria na napájanie energeticky nezávislej pamäte v prvých osobných počítačoch. Boli pripojené k základnej doske. Následne boli nahradené lítiovými batériami. Diskové batérie sa hojne používali aj vo fotoaparátoch, bleskoch, kalkulačkách, baterkách, rádiách, načúvacích prístrojoch atď.

Ni-Cd batérie sa dajú dlhodobo skladovať, sú nenáročné na údržbu, sú necitlivé na nízke teploty, majú nízky vnútorný odpor a nízku špecifickú hmotnosť. Toto všetko zatiaľ prevažuje negatívny bod spojené s prítomnosťou jedovatého kadmia v nich. Nikel-kadmiové batérie naďalej dominujú v letectve, vojenského vybavenia, mobilné rádiokomunikačné zariadenia. Okrem toho si môžete prečítať materiál o tom, ako sa znižuje Ni─Cd.

Zariadenie na nikel-kadmiovú batériu (Ni-Cd).

Dizajn Ni-Cd batérie

Štrukturálne je nikel-kadmiová batéria kladná a záporná elektróda oddelená separátorom. Sú ponorené do alkalického elektrolytu a všetky sú uzavreté v utesnenom kovovom obale. Kladná elektróda obsahuje NiOOH (Nickel Oxide-Hydroxide). Negatív obsahuje v zlúčenine kadmium (Cd). Roztok KOH (hydroxid draselný) pôsobí ako elektrolyt. Je to silná zásada bez zápachu. Výhody KOH spočívajú v tom, že látka nie je výbušná ani horľavá. Hmotnostný podiel KOH v elektrolyte podľa GOST R 50711-94 musí byť najmenej 85 percent v pevnej forme a najmenej 45 percent v kvapalnej forme.

Aby sa zväčšila plocha elektród, sú vyrobené z tenkej fólie. Separátor medzi elektródami je vyrobený z netkaného materiálu, ktorý neinteraguje s alkáliami. Samotný elektrolyt sa počas reakcie nespotrebuje.

Jeden prvok nikel kadmium vydáva napätie asi 1 volt. Preto sa spájajú do batérií s hustotou energie okolo 60 Wh na kilogram.

Na obrázku nižšie sú zobrazené hlavné prvky alkalickej nikel-kadmiovej batérie série KL.

Bourne alebo prúdový výstup je navrhnutý tak, aby odoberal prúd z batérie a funguje ako svorka na pripojenie batérií. Prostredníctvom zástrčky sa naplní elektrolyt, ako aj výstup plynu vytvoreného počas procesu nabíjania. Spojenie elektród spolu s kontaktnými lištami zaisťuje odvádzanie a prívod z elektród do ložiska. Kontaktné lišty sú privarené k elektródam.

Elektróda je horizontálna lamela. Obsahujú účinnú látku v perforovanom oceľovom páse. Rebro dodáva elektróde tuhosť a umožňuje prúdenie prúdu do kontaktnej lišty. Elektródy rozdielna polarita oddelené rámovým separátorom, ktorý nebráni voľnej cirkulácii elektrolytu.

Reakcie prebiehajúce na elektródach Ni-Cd batérie

Pozitívne elektródové procesy

Hlavné elektrochemické reakcie prebiehajúce na kladnej elektróde nikel-kadmiovej batérie možno opísať nasledujúcimi vzorcami:

Počas nabíjania

Ni (OH) 2 + OH - ⇒ NiOOH + H 2 O + e -

Počas vypúšťania

NiOOH + H 2 O + e - ⇒ Ni (OH) 2 + OH -

Oxid-hydroxid niklu (NiOOH) na kladnej elektróde môže byť v dvoch verziách:

a-Ni (OH)2;
p-Ni (OH) 2.

Tieto formy sa líšia svojou hustotou a hydratáciou. Ak je batéria slabá, na kladnej elektróde sú prítomné obe tieto formy hydroxidu nikelnatého. Keď je Ni-Cd batéria nabitá, forma β-Ni (OH) 2 sa premení na β-NiOOH. V tomto prípade sa kryštálová mriežka látky trochu zmení. V záverečnej fáze nabíjania sa vytvorí γ-NiOOH. Počet β a γ fáz hydroxidu nikelnatého bude závisieť od špecifických podmienok nabíjania.

Fáza γ sa intenzívne tvorí pri vysoká rýchlosť nabíjanie alebo prebíjanie. V dôsledku tvorby γ-NiOOH dochádza k radikálnej reštrukturalizácii oxidovej štruktúry. Na porovnanie, hustota β fázy je 4,15 a γ ─ 3,85 g/cm3 fázy. Z tohto dôvodu sa pri prebití Ni-Cd batérie mení objem aktívnej hmoty kladnej elektródy. Elektrochemické vlastnosti β a γ sú tiež odlišné. Pre formu γ-NiOOH prechádza náboj menej efektívne a využitie prúdu je v tomto prípade menšie ako pri β forme. Forma γ má tiež nižší vybíjací potenciál a samovybíjanie je polovičné ako β.

Procesy negatívnych elektród

Na zápornej elektróde nikel-kadmiovej batérie prebiehajú tieto reakcie:

Pri nabíjaní

Cd (OH) 2 + 2e - ⇒ Cd + 2OH -

Pri prepustení

Cd + 2OH - ⇒ Cd (OH) 2 + 2e -

Kapacita kadmiovej elektródy v nikel-kadmiových batériách prevyšuje kapacitu kladnej elektródy asi o 20-70 percent. Z tohto dôvodu sa predpokladá, že potenciál zápornej elektródy počas vybíjania náboja zostáva nezmenený.

Charakteristika nikel-kadmiových (Ni-Cd) batérií

Menovité napätie niklu a kadmia uzavreté batérie je 1,2 voltu. Nabíjanie prúdom 1/10 kapacity trvá 16 hodín. Kapacita Ni-Cd batérie sa meria vybíjacím prúdom 2/10 menovitej kapacity na napätie jeden volt.

Obrázok nižšie zobrazuje charakteristiky vybíjania nikel-kadmiových batérií pri rôznych režimoch vybíjania.

Nižšie uvedené grafy znázorňujú závislosť vybíjacej kapacity od záťažového prúdu a teploty.

Samovybíjanie nikel-kadmiových batérií závisí najmä od termodynamickej nestability elektródy oxidu nikelnatého. Vplyv zvodového prúdu medzi elektródami na samovybíjanie je malý. Ale postupne sa zvyšuje so životnosťou batérie. Tvorba tepla v Ni-Cd batériách do značnej miery závisí od stavu nabitia. Keď batéria dosiahne 70 percent svojej kapacity, aktivuje sa proces vývoja kyslíka. Výsledkom je, že v dôsledku ionizácie kyslíka na negatívnych elektródach sa batéria zahrieva. Na konci nabíjania sa teplota v Ni-Cd batérii zvýši o 10-15 stupňov Celzia. Ak sa nabíjanie vykonáva v zrýchlenom režime, zvýšenie teploty môže byť 40-45 stupňov Celzia.

Po odpojení od náboja klesá potenciál kladnej (oxid-niklovej) elektródy a dochádza k postupnému vyrovnávaniu náboja hĺbkových a povrchových vrstiev. Po chvíli sa intenzita samovybíjania zníži. Samovybíjanie a stabilizácia zvyškovej kapacity sa môže u rôznych sérií Ni-Cd batérií výrazne líšiť. Samovybíjanie okrem zníženia kapacity vedie aj k poklesu napätia o 0,03-0,05 voltu. Tento jav sa vysvetľuje postupným vyrovnávaním náboja v hĺbke a na povrchu elektródy. Okrem toho pôsobí čiastočná pasivácia aktívnej hmoty.

Skladovanie nikel-kadmiových batérií (rovnako ako olovených batérií) pri nízkych teplotách zníži samovybíjanie. Pri 20 stupňoch Celzia je samovybíjanie dvakrát vyššie ako pri 0.

Nasledujúci obrázok ukazuje graf zmeny straty kapacity pre nikel-kadmiové batérie pri rôznych teplotách.

Ak chcete kompenzovať samovybíjanie počas skladovania batérie, môžete ju nabíjať nízkym prúdom. Typicky je plavákový prúd 0,03-0,05-násobok kapacity. Konkrétnu hodnotu ale zjednáva výrobca batérie. Schopnosť vydržať dlhodobé nabíjanie v rôznych nikel-kadmiových batériách rôznych prevedení... Najmenej sú na prebíjanie prispôsobené diskové alkalické nikel-kadmiové batérie, ktoré majú hrubé lamelové elektródy. Existujú však aj také návrhy, ktoré sú schopné bez následkov vydržať niekoľko mesiacov nabíjania.

S ohľadom na energiu vlastnosti Ni-Cd batérie, líšia sa aj v závislosti od typu batérie.

Diskové nikel-kadmiové batérie s 2 elektródami majú špecifické energetické charakteristiky 15-18 Wh na kilogram a 35-45 Wh na liter. Rovnaká verzia, ale so 4 elektródami, má dvojnásobné špecifické energetické charakteristiky. Pre cylindrické Ni-Cd batérie sú tieto hodnoty 45 Wh na kilogram a 130 Wh na liter.

Čo ovplyvňuje vybíjanie Ni-Cd batérií?

Charakteristiky vybíjania konkrétnych modelov závisia od nasledujúcich charakteristík:

hrúbka, štruktúra, vnútorný odpor elektród;
hustota zostavy skupín elektród;
charakteristiky separátora (hrúbka a štruktúra);
objem elektrolytu;
špecifické konštrukčné vlastnosti batérie.

Vysokovýkonné Ni-Cd diskové batérie s lisovanou elektródou sa používajú v podmienkach nepretržitého vybíjania. V tomto prípade dochádza k postupnému poklesu kapacity a napätia na 1,1 voltu. Pri vybití na 1 volt zostáva kapacita asi 5-10 percent nominálnej hodnoty. Takéto akumulátory vykazujú výrazné zníženie vybíjacieho napätia a stratu kapacity Ni-Cd batérií so zvýšením vybíjacieho prúdu na 0,2*C. Vysvetľuje to skutočnosť, že aktívna hmota nemá schopnosť rovnomerne sa vybíjať v rôznych hĺbkach elektród.

Pre akumulátory pracujúce v režime vybíjania strednej intenzity sú elektródy zoštíhlené a ich počet sa zvýši na 4. Výsledkom je zvýšenie vybíjacieho prúdu na 0,6 kapacity.

Existujú aj takzvané batérie s krátkym vybíjaním. Sú vybavené kovokeramickými elektródami s nízkym vnútorným odporom. Tieto modely majú najvyšší energetický výkon spomedzi ostatných typov nikel-kadmiových batérií. Ich vybíjacie napätie sa udržiava nad 1,2 voltu, kým nevyčerpajú 90 percent kapacity batérie. Tieto batérie je možné použiť pri vybíjaní vysokými prúdmi (3 - 5C).

Za zmienku stoja aj valcové batérie s valcovými elektródami. Títo moderné batérie môže sa dlhodobo vybíjať prúdom 7-10C. Na vyššie uvedených grafoch vybíjania môžete vidieť, že teplota OS má významný vplyv na vlastnosti nikel-kadmiových batérií. Batéria má najväčšiu hodnotu pri 20 stupňoch Celzia. Keď teplota stúpa, prakticky sa nemení. Ale pri znížení na 0 stupňov kapacita klesá tým rýchlejšie, čím väčšia je hodnota vybíjacieho prúdu. Tento pokles kapacity je spojený s poklesom vybíjacieho napätia, čo je spôsobené zvýšením polarizácie a ohmického odporu. Odpor sa zvyšuje v dôsledku malého objemu elektrolytu.

Takže zloženie alkálie (elektrolytu) a jej koncentrácia výrazne ovplyvňujú vlastnosti batérie. Od toho závisí teplota tvorby solí, kryštalických hydrátov, ľadu a iných prvkov.

Ak je elektrolyt zamrznutý, potom je výboj úplne vylúčený. Nižšia hodnota pracovná teplota Ni-Cd batérie majú vo väčšine prípadov mínus 20 stupňov Celzia. Pri niektorých typoch batérií sa upravuje zloženie elektrolytu a spodná hranica teplotného rozsahu sa rozširuje až na mínus 40 stupňov Celzia.

Čo ovplyvňuje nabíjanie Ni-Cd batérií?

Pri nabíjaní uzavretej nikel-kadmiovej batérie je dôležité obmedziť nadmerné nabíjanie. Prebíjanie zvyšuje tlak vo vnútri batérie v dôsledku uvoľňovania kyslíka. Takže účinnosť využitia prúdu klesá, keď sa blížime k 100. nabitiu.

Na obrázku nižšie môžete vidieť grafy charakterizujúce závislosť kapacity pri vybíjaní valcovej batérie.

Ni-Cd batérie je možné nabíjať teplotný rozsah 0-40 stupňov Celzia. Odporúčaný interval je 10-30 stupňov. Príjem kyslíka na kadmiovej elektróde sa s klesajúcou teplotou spomaľuje, čo vedie k zvýšeniu tlaku. Ak je teplota vyššia ako odporúčaná, potom potenciál rastie a kyslík sa začína vyvíjať veľmi skoro na kladnej oxidovo-niklovej elektróde. Pri rovnakej teplote sa kyslík uvoľňuje tým aktívnejšie, čím väčší je nabíjací prúd. V tomto prípade zostáva rýchlosť príjmu kyslíka takmer nezmenená. Táto hodnota závisí od konštrukcie batérie, alebo skôr od transportu kyslíka z kladnej na kadmiovú zápornú elektródu. To je ovplyvnené hustotou usporiadania, hrúbkou, štruktúrou elektród, ako aj materiálom separátora a objemom elektrolytu.

Čím menšia je hrúbka elektród a čím vyššia je hustota ich usporiadania, tým efektívnejšie bude proces nabíjania prebiehať. Najúčinnejšie sú v tomto smere valcové batérie špirálového typu. Pre nich zostáva účinnosť nabíjania takmer nezmenená, keď sa prúd zmení z 0,1 na 1C. Štandardní výrobcovia nazývajú režim nabíjania, v dôsledku čoho je batéria s napätím 1 volt plne nabitá za 16 hodín prúdom 0,1 kapacity. Niektoré modely vyžadujú pri nabíjaní v tomto režime 14 hodín. Konkrétne ukazovatele už závisia od konštrukčných prvkov a objemu aktívnej hmoty.

Všetko vyššie uvedené platí pre galvanostatický náboj. Ide o nabíjanie pri konštantnej sile prúdu. Nabíjanie sa však môže vykonávať aj s plynulým alebo postupným znižovaním intenzity prúdu v konečnej fáze nabíjania. Potom v počiatočnom štádiu môže byť prúd nastavený oveľa vyšší ako štandardná hodnota 0,1 kapacity. Často je naozaj potrebné zvýšiť rýchlosť nabíjania. Problém je vyriešený použitím batérií, ktorých vlastnosti umožňujú efektívne prijímať náboj s vysokou prúdovou hustotou. Prúd sa udržiava konštantný počas celého procesu nabíjania. Vylepšujú sa aj riadiace systémy, ktoré neumožňujú prebíjanie batérie.

Cylindrické nikel-kadmiové batérie sa zvyčajne nabíjajú v nasledujúcich režimoch:

6-7 hodín s prúdom 0,2 z kapacity;
3 - 4 hodiny s prúdom 0,3 kapacity.

Pri zrýchľovaní sa neodporúča povoliť dobitie viac ako 120-140 percent. Potom bude kapacita poskytnutá nie menšia ako nominálna. Nabíjateľné Ni-Cd batérie pre vysokorýchlostnú prevádzku sa nabíjajú ešte rýchlejšie (asi jedna hodina). V druhom prípade je však potrebná kontrola napätia a teploty. V opačnom prípade môže v dôsledku rýchleho nárastu tlaku začať proces degradácie akumulátorov.

Po dokončení nabíjania v uzavretej batérii sa kyslík stále vyvíja v dôsledku oxidácie hydroxylových iónov na kladnej elektróde. V dôsledku procesu samovybíjania sa potenciál znižuje a proces vývoja kyslíka sa postupne znižuje a rovná sa jeho absorpcii na kadmiovej elektróde. Potom sa tlak zníži. O tom, podrobne rozobrané na uvedenom odkaze.

Vďaka pokroku vo výrobe sa Ni-Cd batérie teraz používajú vo väčšine prenosných elektronických zariadení. Prijateľné náklady a vysoký výkon urobil prezentovaný typ batérie populárny. Takéto zariadenia sú dnes široko používané v náradí, fotoaparátoch, hudobných prehrávačoch atď. Aby batéria vydržala dlho, musíte sa naučiť nabíjať Ni-Cd batérie. Dodržiavaním pravidiel prevádzky takýchto zariadení môžete výrazne predĺžiť ich životnosť.

Hlavné charakteristiky

Aby ste pochopili, ako nabíjať Ni-Cd batérie, musíte sa oboznámiť s funkciami takýchto zariadení. Vynašiel ich W. Jungner ešte v roku 1899. Ich výroba však bola vtedy príliš drahá. Technológia sa zlepšila. Dnes sú v predaji ľahko použiteľné a relatívne lacné nikel-kadmiové batérie.

Prezentované zariadenia vyžadujú rýchle nabíjanie a pomalé vybíjanie. Okrem toho musí byť kapacita batérie úplne vyprázdnená. Nabíjanie sa vykonáva impulznými prúdmi. Tieto parametre by sa mali dodržiavať počas celej životnosti zariadenia. Poznaním Ni-Cd môžete predĺžiť jeho životnosť o niekoľko rokov. Navyše sa takéto batérie používajú aj vo väčšine ťažké podmienky... Funkciou prezentovaných batérií je "pamäťový efekt". Ak sa batéria pravidelne úplne nevybíja, na doskách jej článkov sa vytvoria veľké kryštály. Znižujú kapacitu batérie.

Výhody

Aby ste pochopili, ako správne nabíjať Ni-Cd batérie skrutkovača, fotoaparátu, fotoaparátu a iných prenosných zariadení, musíte sa oboznámiť s technológiou tohto procesu. Je to jednoduché a nevyžaduje od používateľa žiadne špeciálne znalosti a zručnosti. Aj po dlhom skladovaní môžete batériu rýchlo znova nabiť. To je jedna z výhod prezentovaných zariadení, vďaka ktorým sú žiadané.

Nikel-kadmiové batérie majú vysoký počet cyklov nabíjania a vybíjania. V závislosti od výrobcu a prevádzkových podmienok môže toto číslo dosiahnuť viac ako 1 000 cyklov. Výhodou Ni-Cd batérie je jej výdrž a schopnosť pracovať v namáhaných podmienkach. Aj pri prevádzke v chlade bude zariadenie správne fungovať. Jeho kapacita sa za takýchto podmienok nemení. Batériu je možné skladovať v akomkoľvek stave nabitia dlhú dobu. Jeho dôležitou výhodou je nízka cena.

Nedostatky

Jednou z nevýhod prezentovaných zariadení je skutočnosť, že používateľ musí určite študovať, ako správne účtovať Ni-Cd batérie. Prezentované batérie, ako je uvedené vyššie, majú pamäťový efekt. Preto musí používateľ pravidelne vykonávať preventívne opatrenia na jeho odstránenie.

Energetická hustota prezentovaných batérií bude o niečo nižšia ako hustota iných typov autonómnych zdrojov energie. Okrem toho sa pri výrobe týchto zariadení používajú materiály toxické, nebezpečné pre životné prostredie a ľudské zdravie. Likvidácia takýchto látok si vyžaduje dodatočné náklady. Preto je v niektorých krajinách používanie takýchto batérií obmedzené.

Po dlhodobom skladovaní vyžadujú Ni-Cd batérie nabíjací cyklus. Je to spôsobené vysokou mierou samovybíjania. To je tiež konštrukčná chyba. Avšak s vedomím ako správne účtovať Ni-Cd batérie, používajte ich správne, môžete svojmu zariadeniu poskytnúť autonómny zdroj energie na mnoho rokov.

Druhy nabíjačiek

Na správne nabitie batérie nikel-kadmiového typu je potrebné použiť špeciálne vybavenie. Najčastejšie sa dodáva s batériou. Ak z nejakého dôvodu nie je k dispozícii nabíjačka, môžete si ju zakúpiť samostatne. Dnes sú v predaji automatické a reverzibilné impulzné verzie. Pri použití prvého typu zariadenia to používateľ nemusí vedieť na aké napätie nabíjať Ni-Cd batérie. Proces sa vykonáva v automatický režim... V tomto prípade môžete súčasne nabíjať alebo vybíjať až 4 batérie.

Pomocou špeciálneho spínača sa zariadenie nastaví do režimu vybíjania. V tomto prípade bude farebný indikátor svietiť žlto. Po dokončení tohto postupu sa zariadenie automaticky prepne do režimu nabíjania. Rozsvieti sa červený indikátor. Keď batéria dosiahne požadovanú kapacitu, zariadenie prestane dodávať prúd do batérie. V tomto prípade sa indikátor rozsvieti na zeleno. Reverzibilné zariadenia patria do skupiny profesionálnych zariadení. Sú schopné vykonávať viacero cyklov nabíjania a vybíjania rôzneho trvania.

Špeciálne a univerzálne nabíjačky

Mnoho používateľov sa zaujíma o otázku, ako ako nabíjať batériu skrutkovača typ Ni-Cd. V tomto prípade nie normálne bude stačiť zariadenie určené pre prstové batérie. K skrutkovaču sa najčastejšie dodáva špeciálna nabíjačka. Mal by sa používať pri údržbe batérie. Ak nabíjačka nie je k dispozícii, mali by ste si zakúpiť vybavenie pre batérie prezentovaného typu. V tomto prípade je možné nabíjať iba batériu skrutkovača. Ak sú v prevádzke rôzne typy batérií, oplatí sa zakúpiť univerzálna výbava... Umožní obsluhu autonómnych zdrojov energie pre takmer všetky zariadenia (fotoaparáty, skrutkovače a dokonca aj batérie). Dokáže napríklad nabíjať Ni-Cd batérie iMAX B6. Ide o jednoduché a užitočné zariadenie v domácnosti.

Vybitie zalisovanej batérie

Špeciálna konštrukcia sa vyznačuje extrudovaným Ni- a výboj prezentovaných zariadení závisí od ich vnútorného odporu. Tento ukazovateľ je ovplyvnený niekt dizajnové prvky... Na dlhodobú prevádzku zariadenia sa používajú batérie diskového typu. Majú ploché elektródy dostatočnej hrúbky. Počas vybíjania ich napätie pomaly klesá na 1,1 V. Dá sa to overiť vynesením krivky.

Ak sa batéria naďalej vybíja na 1 V, jej vybíjacia kapacita bude 5-10% pôvodnej hodnoty. Ak sa prúd zvýši na 0,2 C, napätie sa výrazne zníži. To platí aj o kapacite batérie. Je to spôsobené nemožnosťou rovnomerného vybitia hmoty po celom povrchu elektródy. Preto sa dnes ich hrúbka znižuje. Zároveň sú v prevedení diskovej batérie 4 elektródy. V tomto prípade môžu byť vybíjané prúdom 0,6 C.

Cylindrické batérie

Batérie so sintrovanými elektródami sú dnes široko používané. Majú nízky odpor a poskytujú vysoký energetický výkon zariadenia. Nabité napätie Tento typ Ni-Cd batérie sa udržiava na 1,2 V, kým sa nestratí 90 % špecifikovanej kapacity. Asi 3% z neho sa stratia pri ďalšom vybití od 1,1 do 1 V. Prezentovaný typ batérií je možné vybíjať prúdom 3-5 C.

Elektródy valcového typu sú inštalované vo valcových akumulátoroch. Môžu byť vybité s viac ako vysoké sadzby, ktorá je na úrovni 7-10 C. Indikátor kapacity bude maximálny pri teplote +20 ºС. S jeho nárastom sa táto hodnota mení nepatrne. Ak teplota klesne na 0 ºС a menej, vybíjacia kapacita klesá priamo úmerne so zvýšením vybíjacieho prúdu. Ako nabíjať Ni- Cd batérie, odrody ktoré sú v predaji, musíte podrobne zvážiť.

Všeobecné pravidlá spoplatňovania

Pri nabíjaní nikel-kadmiovej batérie je nevyhnutné obmedziť nadmerný prúd tečúci do elektród. Je to nevyhnutné kvôli rastu vo vnútri zariadenia počas tohto procesu tlaku. Počas nabíjania sa uvoľňuje kyslík. To ovplyvňuje aktuálnu mieru využitia, ktorá sa zníži. Existujú určité požiadavky, ktoré vysvetľujú, ako nabíjať Ni- Cd batérie. Parametre proces berú do úvahy výrobcovia špeciálnych zariadení. Nabíjačky pri svojej práci hlásia batérii 160 % hodnoty nominálnej kapacity. Teplotný rozsah počas celého procesu musí zostať v rozsahu od 0 do +40 ºС.

Režim štandardného nabíjania

Výrobcovia musia v návode uviesť, koľko účtovať Ni-Cd-batéria a ako na to. Najčastejšie je režim vykonávania tohto procesu štandardný pre väčšinu typov batérií. Ak má batéria napätie 1 V, mala by sa nabiť do 14-16 hodín. V tomto prípade by mal byť prúd 0,1 C.

V niektorých prípadoch sa charakteristiky procesu môžu mierne líšiť. To je ovplyvnené konštrukčnými vlastnosťami zariadenia, ako aj zvýšeným zaťažením aktívnej hmoty. Je to potrebné na vybudovanie kapacity batérie.

Používateľa môže tiež zaujímať akým prúdom nabíjať batériu Ni-Cd. V tomto prípade sú dve možnosti. V prvom prípade bude prúd počas celého procesu konštantný. Druhá možnosť umožňuje nabíjať batériu dlhú dobu bez rizika jej poškodenia. Schéma predpokladá použitie postupného alebo hladkého poklesu prúdu. V prvej fáze výrazne prekročí 0,1 C.

Zrýchlené nabíjanie

Existujú aj iné spôsoby, ako Ni- Cd batérie. Ako účtovať batéria tohto typu v zrýchlenom režime? Je tu celý systém. Výrobcovia zvyšujú rýchlosť tohto procesu zavedením špeciálnych zariadení. Môžu sa nabíjať vyššími prúdmi. V tomto prípade má zariadenie špeciálny riadiaci systém. Zabraňuje prebíjaniu batérie. Takýto systém môže mať buď samotná batéria, alebo jej nabíjačka.

Valcové typy zariadení sa nabíjajú konštantným prúdom, ktorého hodnota je 0,2 C. Proces bude trvať len 6-7 hodín. V niektorých prípadoch je dovolené nabíjať batériu prúdom 0,3 C po dobu 3-4 hodín. V tomto prípade je nevyhnutná kontrola procesu. Pri zrýchlenom vykonaní postupu by indikátor prebitia nemal byť väčší ako 120 - 140% kapacity. Existujú dokonca batérie, ktoré je možné plne nabiť už za 1 hodinu.

Zastavenie nabíjania

Dokončenie procesu je potrebné zvážiť pri skúmaní spôsobu nabíjania Ni-Cd batérií. Potom, čo prúd prestane prúdiť do elektród, tlak vo vnútri batérie naďalej stúpa. Tento proces nastáva v dôsledku oxidácie hydroxylových iónov na elektródach.

Určitý čas existuje postupná rovnica rýchlosti vývinu a absorpcie kyslíka na oboch elektródach. To vedie k postupnému znižovaniu tlaku vo vnútri akumulátora. Ak bolo predraženie výrazné, tento proces bude pomalší.

Nastavenie režimu

Komu správne nabiť Ni-Cd batéria, potrebujete poznať pravidlá pre nastavenie zariadenia (ak ich výrobca poskytuje). Nominálna kapacita batérie musí mať nabíjací prúd do 2 C. Je potrebné zvoliť typ impulzu. Môže to byť Normal, Re-Flex alebo Flex. Prah citlivosti (pokles tlaku) by mal byť 7-10 mV. Nazýva sa aj Delta Peak. Je lepšie ho nastaviť na minimálnu úroveň. Čerpací prúd musí byť nastavený v rozsahu 50-100 mAh. Aby ste mohli naplno využiť výkon batérie, musíte ju nabíjať vysokým prúdom. Ak je potrebný jeho maximálny výkon, batéria sa nabíja nízkym prúdom normálny režim... Po zvážení spôsobu nabíjania Ni-Cd batérií bude každý používateľ schopný tento proces správne vykonať.

Napriek tomu, že od tohto roku je v Európskej únii zakázaná výroba nikel-kadmiových batérií, títo neúnavní pracovníci sa stále používajú v mnohých lacných a výkonných autonómnych zariadeniach (skrutkovače, elektrické holiace strojčeky, baterky).

Aj keď návod na obsluhu nehovorí nič o type batérie prístroja, je celkom jednoduché určiť, že ako zdroj prúdu slúži práve nikel-kadmiová batéria - najčastejšie je čas nabíjania uvádzaný v rozsahu 5-12 hodín a je indikovaná potreba nezávisle odpojiť nabíjačku po uplynutí doby nabíjania.

Pre nikel-kadmiové batérie, rýchle pulzné nabíjanie než pomaly priamy prúd... Tieto batérie dokážu dodať veľa energie, čo určuje ich voľbu pre výkonné samostatné zariadenia. Nikel-kadmiové batérie sú jediným typom batérií, ktoré znesú úplné vybitie pri veľkom zaťažení bez akýchkoľvek následkov. Iné typy batérií vyžadujú neúplné vybitie pri relatívne nízkom výkonovom zaťažení.

Nikel-kadmiové batérie nemajú rady dlhodobé nabíjanie s občasnou miernou záťažou. Pravidelné úplné vybitie je pre nich nevyhnutné tak, ako vzduch pre človeka - pri absencii úplného vybitia sa na elektródach vytvárajú veľké kovové kryštály (čo vedie k prejavu takzvaného "pamäťového efektu") - batéria náhle stráca svoju kapacitu. Pre dlhú a efektívnu prevádzku NiCd batérií sú potrebné cykly údržby batérie - úplné vybitie a následné úplné nabitie, podľa väčšiny odporúčaní - raz za mesiac, aspoň raz za 2-3 mesiace.

Nikel-kadmiové batérie sú z moderných sériovo vyrábaných batérií tie „najbláznivejšie“ – na ich používanie nepotrebujú ani monitorovací systém batérií, ktorý určuje ich použitie v lacných a výkonných zariadeniach.

Nabíjanie nízkymi prúdmi za 5-12 hodín vám umožní zaobísť sa bez akýchkoľvek opatrení v podobe systémov riadenia nabíjania a vybíjania. Pri prebití bude batéria jednoducho pomaly strácať kapacitu (na radosť výrobcu). Pamätajte na to pri používaní „bad-boy“ nabíjačiek (nabíjačky bez mechanizmu automatickej kontroly nabíjania). Preto je najlepšie nabíjať úplne vybitý akumulátor a dôsledne dodržiavať dobu nabíjania, čím sa kapacita NiCd akumulátora udrží na dlhú dobu.

Pri použití "rýchleho" nabíjania (s dobou nabíjania kratšou ako 5 hodín) je vhodné mať nabíjačku s teplotným senzorom, keďže pri nabíjaní stúpa teplota batérie, s teplotou stúpa aj kapacita, so zvyšujúcou sa kapacitou, nabíjačka môže dobiť batériu požadovaná úroveň, čo vedie k ešte väčšiemu nárastu teploty (fenomén „tepelného pretaktovania“ batérie) a prinajmenšom k zhoršeniu parametrov batérie. Podobná situácia nastáva pri nabíjaní batérie pri nízkych teplotách. Teplotný senzor umožňuje posunúť parametre nabíjania v závislosti od teploty batérie, ako aj odpojiť batériu od nabíjania, keď teplota stúpne nad 1 stupeň Celzia za minútu alebo keď teplota batérie dosiahne 60 stupňov Celzia, čím sa zabráni tragickým následkom tepelného pretaktovania .

Ako ilustráciu potreby tepelného senzora v nabíjačke môžem uviesť príklad dva roky starého nabitia nikel-kadmiového akumulátora pre profesionálny skrutkovač na nabíjačke bez tepelného senzora (na fotke je toto samotná nabíjačka), čo vám umožňuje nabíjať batériu zrýchleným tempom - za hodinu. V byte bola vtedy teplota cca 30°C, nabíjačka by mala automaticky nabíjať batériu, kým sa nedosiahne cieľové napätie a automaticky sa vypnúť, čo bolo po anglicky bielou farbou povedané v návode v bezpečnostnej časti. Ráno bola prvá batéria zo súpravy nabitá bez akýchkoľvek problémov - po 50 minútach sa nabíjačka vypla, večer druhá batéria pri nabíjaní prekvapila: kvôli chýbajúcemu snímaču teploty v nabíjačke sa batéria vstúpil do režimu tepelného pretaktovania. Keďže sa nabíjanie zrýchlilo, problém bol zaznamenaný neskoro - keď sa z batérie začal dymiť a začal striekať horúci elektrolyt. Nabíjačka rýchlo odpojená od siete bola uložená. Na druhej strane, batéria dlho v agónii čušala a snažila sa pri odchode na druhý svet spôsobiť čo najväčšiu škodu, no nepodarilo sa a škoda sa obmedzila na cenu samotnej batérie – 15 USD . Odvtedy je nabíjačka pripojená k sieti cez časovač.

Napriek svojim nedostatkom existujú nikel-kadmiové batérie medzi nami aj dnes. Dúfajme, že trocha teórie a praktických skúseností načrtnutých v článku čitateľovi umožní vyťažiť z nikel-kadmiovej batérie ich zariadenia maximum.

Nikel-kadmiová batéria(NK) je jedným z najstarších a najviac preštudovaných typov chemické zdroje prúd. Nikel-kadmiový chemický systém navrhol v roku 1899 Waldemar Junger, čo historicky radí NK na druhé miesto po olovených batériách. Po relatívne krátkom čase sa NK batérie začali aktívne využívať v rôznych oblastiach priemyslu a po vynájdení spôsobu výroby utesnených nikel-kadmiových batérií (NKG) nasledovalo prudké zlepšenie výkonu, ktoré ešte viac rozšírilo hranice Aplikácia NKG.

Z tohto dôvodu sa spoločnosť JSC "NIAI" Istochnik "špecializuje na výrobu akumulátorov NKG s najvyššími spotrebiteľskými vlastnosťami:

Bezúdržbový
Nedostatok vývoja plynu a elektrolytov
Schopnosť pracovať v akejkoľvek pozícii
Odolný voči ťažkým klimatické podmienky
Mechanická pevnosť a odolnosť proti prebitiu
Dlhá životnosť (až 7 rokov)
Vysoká výdrž nabitia a vysoká stabilita výkonu.

Nikel-kadmiová batéria pozostáva z dvoch pracovných elektród. Vo vybitom stave obsahuje kladná elektróda hydroxid nikelnatý a záporná elektróda hydroxid kademnatý. Elektródy a separátor majú pomerne veľkú pórovitosť a sú impregnované vodným alkalickým roztokom.

Hlavná reakcia v batérii je opísaná rovnicou:

2 Ni (OH)2 + Cd (OH)2 2Ni OOH + Cd + H20

Pri nabíjaní sa z aktívnej hmoty elektród do elektrolytu uvoľňuje voda, ktorá elektrolyt riedi a zväčšuje jeho objem. Počas vybíjania prebieha opačný proces.

Na konci nabíjania nastáva na kladnej elektróde vedľajšia reakcia vývoja kyslíka:

40H - 02 + 2 H20 + 4e

Kyslík uvoľnený na kladnej elektróde sa ionizuje na zápornej elektróde.

Konštrukcia akumulátorov a akumulátorov (AB)

Elektródy... V utesnených prizmatických nikel-kadmiových batériách sa používajú spekané (cermetové) elektródy pozostávajúce zo substrátu z napínacej niklovej mriežky, na ktorej je nanesená vysoko porézna vrstva niklu. Pórovitá vrstva je vyplnená aktívnou hmotou pomocou chemickej impregnácie. V poslednom čase sa ako základ pre elektródy začína používať niklová pena, získaná niklovaním polyuretánovej peny s následným žíhaním v redukčnom prostredí. Aktívna elektródová hmota je vložená do niklovej peny.

Batérie... Uzavreté batérie sa vyrábajú v kovových obaloch. Utesnenie prizmatických akumulátorov sa vykonáva spravidla pomocou gumových krúžkov. Ako separátory sa používajú tkaniny a netkané materiály (plsti, plsti) vyrobené z polyvinylchloridu, polypropylénu, polyamidu, nylonu a iných materiálov. Je možné kombinovať niekoľko vrstiev klietok z rôznych materiálov.

V uzavretých batériách musí byť kapacita zápornej elektródy väčšia ako kapacita kladnej elektródy. Experimentálne stanovený pomer kapacít musí byť minimálne 1,2. Tento pomer zabraňuje vývoju vodíka na zápornej elektróde.

Ako elektrolyt sa používa 20-40% roztok KOH s prídavkom LiOH. Špecifické zloženie elektrolytu sa volí v závislosti od prevádzkovej teploty. Ak sú batérie navrhnuté na prevádzku pri záporných teplotách, koncentrácia KOH sa zvýši a obsah LiOH sa zníži na nulu. Zlepšenie výkonu, keď zvýšená teplota dosiahnuté použitím 20-30% roztoku KOH s prídavkom 15-50 G/L LiOH. Pri uzavretých batériách má veľký význam správna voľba množstva elektrolytu, ktorá je daná aj prevádzkovými podmienkami batérie. Na absorpciu kyslíka uvoľneného pri nabíjaní je potrebné, aby časť pórového priestoru zápornej elektródy a separátora bola bez elektrolytu. Ak je elektrolytu príliš veľa, príjem kyslíka sa spomalí a batéria sa môže počas nabíjania zdeformovať (pri nabíjaní časom) alebo sa predčasne odpojiť od nabíjania, keď sa spustí tlakový alarm. Pri nedostatočnom množstve elektrolytu, najmä pri nízkych nabíjacích prúdoch a zvýšených teplotách okolia, sa môže batéria dostať do takzvaného „tepelného úniku“, kedy sa v dôsledku zvýšenej miery ionizácie kyslíka začne batéria zahrievať, výsledkom čoho je pokles napätia na ňom. S ešte väčším poklesom množstva elektrolytu to začína ovplyvňovať vybíjacie charakteristiky batérie. V rôznych typoch batérií sa množstvo elektrolytu pohybuje od 2 do 4 cm 3 / Ah. So zvyšujúcou sa koncentráciou elektrolytu sa jeho hustota zvyšuje a jeho objem klesá.

Batérie... Upevnenie batérií v batérii musí zabezpečiť, aby pri mechanickom preťažení nedošlo k pohybu žiadnej z nich. Umiestnenie utesnených batérií v priestore je ľubovoľné, ale neodporúča sa s krytom smerom nadol, najmä pri batériách s núdzovým ventilom, pretože na konci nabíjania časť elektrolytu z elektródového bloku stečie dole do krytu batérie. Spojenia medzi bunkami musia byť navrhnuté tak, aby mali minimálnu stratu napätia a nespôsobovali mechanické namáhanie prúdových vodičov batérie. Spájkovanie priamo na puzdro alebo kryt batérie nie je povolené. V batériách vyrobených z utesnených akumulátorov sa odporúča zabezpečiť výstupy z každého akumulátora, realizované podľa dvojvodičového obvodu, pomocou ktorého sa vykonáva elementárne dodatočné vybíjanie a kontrola napätia akumulátorov. Ak je ovládanie prvku po prvku ťažké, potom je dovolené ovládať napätie na skupinách 2-5 batérií. Napätie na každej skupine sa musí monitorovať automatické zariadenie ktorý zastaví vybíjanie pri dosiahnutí maximálneho povoleného napätia. Spotreba zariadenia pre vlastnú potrebu by mala byť minimálna počas prevádzky a rovná nule pri skladovaní batérie ako súčasti produktu. Hodnoty nastavenia by mali byť:

pre jednu batériu - (0,5 ± 0,4) V,
pre dve batérie - (1,7 ± 0,3) V,
pre tri batérie - (2,8 ± 0,2) V,
pre štyri batérie - (3,8 ± 0,2) V,
pre päť batérií - (5,0 ± 0,2) V.

Ak batéria obsahuje maximálne päť batérií, napätie sa monitoruje na svorkách batérie. Ak batéria nie je rozdelená do rovnakého počtu skupín, potom je prípustné vykonať krížovú kontrolu niekoľkých batérií so susednými odpájacími zariadeniami.

Batéria a označenie batérie

V názve batérií, písmen Nc označujú elektrochemický systém (nikel-kadmium). List G pozrite si dizajn batérie - zapečatená. Za písmenami cez pomlčku uveďte nominálnu kapacitu batérie. Za hodnotou nominálnej kapacity sú pripevnené písmená označujúce režim vybíjania: TO - krátke (menej ako 1 hodinu), S - stredná (2-8 hodín), D - dlhé (10-20 hodín). List A Inštaluje sa v prípadoch, keď je akumulátor vybavený snímačom tlaku. Čísla predtým písmenové označenie batérie zodpovedajú počtu batérií v batérii. V niektorých prípadoch je na konci označenia zaznamenaná klimatická verzia a kategória umiestnenia.

Zavedený od roku 1993 GOST 26367.3-93 (IEC 622-88) pre utesnené prizmatické nikel-kadmiové batérie, čo je priamou aplikáciou príslušnej normy IEC, ktorá poskytuje nasledujúce označenia batérií v latinke. Prvé písmeno K sa vzťahuje na nikel-kadmiový elektrochemický systém. Ďalej je napísané jedno z písmen označujúcich tvar puzdra: S - prizmatický (utesnený), R - B - disk. Potom je pre zapečatené prizmatické batérie uvedený typ kladnej platne: R - lamelový, S - spekaný (cermet). Potom sa pre všetky typy batérií zaznamená režim vybíjania: L - dlhý termín, M - priemerný, N - krátky, X - ultrakrátky, po ktorom je uvedená nominálna kapacita pre prizmatické akumulátory a priemer a výška (priechodná frakcia) pre kotúčové a valcové akumulátory. Pri diskových batériách sú rozmery uvedené v desatinách milimetra. Na konci označenia zapíšte triedu teplotnej odolnosti. Trieda I - teplota od -30 do 50 о С (bez označenia); trieda II - od -40 do 60 o C; trieda III - od -60 do 60 o C.

Označenie batérie zvyčajne pozostáva z označenia batérie, pred ktorým je číslo označujúce počet batérií v batérii. Na konci je niekedy uvedená klimatická verzia batérie (napríklad 10NKG-8K-V1). V niektorých prípadoch výrobca dáva batérii podmienený index (napríklad 11MO1).

Spôsoby nabíjania

Batérie sa zvyčajne nabíjajú konštantným prúdom, pričom batériám je povedané 105-150% nominálnej kapacity. Nabíjací prúd je zvyčajne 0,1-0,3 Cn. Pri zapečatených batériách sa okrem sledovania doby nabíjania využíva aj kontrola konečného nabíjacieho napätia, vnútorného tlaku (pomocou tlakových alarmov) a vykazovanej kapacity (pomocou elektronických ampérhodín). V niektorých prípadoch sa používajú snímače maximálneho napätia, ktorých požadovaná hodnota závisí od teploty a (alebo) nabíjacieho prúdu, alebo tepelné relé, ktoré dávajú signál na vypnutie nabíjania, keď teplota stúpne na nastavenú hodnotu.

Aj keď sú uzavreté batérie drahšie ako otvorené a prvé vyžadujú sofistikovanejšie nabíjacie a testovacie zariadenia, ich prevádzkové náklady sú nižšie ako pri otvorených batériách, keďže uzavreté batérie nevyžadujú ventilačné zariadenia a pravidelné dopĺňanie elektrolytu, čo je spojené s dodatočným personálom.

Účinnosť nabíjania závisí od teploty a nabíjacieho prúdu. Keď sa nabíjací prúd zvyšuje, nabíjacie napätie stúpa. Pri uzavretých batériách sa vyhýbajte podmienkam, pri ktorých nabíjacie napätie dosiahne 1,6 V, pretože to podporuje vývoj vodíka. Pri batériách určených pre režimy krátkeho vybíjania sa so zvýšením nabíjacieho prúdu kapacita vybíjania zvyšuje a pri batériách určených pre stredné režimy prechádza cez maximum. Optimálne nabíjanie je pri teplote 15-25°C s prúdom 0,1-0,5 SN. So zvýšením teploty nabíjania a znížením nabíjacieho prúdu sa kapacita vydávaná počas vybíjania znižuje a môže byť až 50-70% nominálnej hodnoty. V rozsahu teplôt 15-25 °C je možné nabíjať uzavreté batérie pri konštantnom napätí 1,45 - 1,50 V. Pri napätiach nad 1,5 V sa nabíjanie pri konštantnom napätí neodporúča, pretože prehriatie môže spôsobiť prebitie batérií. Prebíjanie batérií pri ich nabíjaní zo zdroja konštantného napätia je nebezpečné v dôsledku javu nazývaného „tepelný únik“. Jeho podstata spočíva v tom, že keď sú batérie úplne nabité, všetok prúd sa minie na uvoľnenie kyslíka na kladnej elektróde, väčšina kyslíka sa naopak absorbuje na kadmiovej elektróde, v dôsledku čoho takmer všetka prechádzajúca elektrina sa premení na teplo a batéria sa začne rýchlo zahrievať. So zvyšovaním teploty klesá napätie batérií, čo vedie k zvýšeniu nabíjacieho prúdu a ďalšiemu lavínovitému zahrievaniu. Ak pri izbovej teplote „tepelný únik“ otvorených batérií začína pri napätí blízkom 1,7 V, potom po dlhom nabíjaní sprevádzanom prehriatím môže tepelný únik začať pri napätí 1,3 V. Zvyčajne k tomu dochádza počas dlhého nabíjania pri konštantnom napätí keď sa v dôsledku zahrievania batérie prúd ionizácie kyslíka na zápornej elektróde zvýši natoľko, že rýchlosť prechodu kyslíka cez separátor a rýchlosť uvoľňovania kyslíka z bloku elektród sa stanú porovnateľnými. Po niekoľkých cykloch za takýchto podmienok je kadmiová elektróda pasivovaná do takej miery, že pri nabití sa na nej uvoľňuje vodík. Pri uzavretých batériách môže tepelný únik začať pri napätí pod 1,7 V, pretože v nich musí byť všetok kyslík uvoľnený počas nabíjania absorbovaný vo vnútri batérie. Aby ste predišli úniku tepla, umiestnite batériu mimo zdrojov tepla (motory, výkonné zariadenia atď.) ), starostlivo vyberte režim nabíjania a nabíjajte na automatických stojanoch, ktoré majú niekoľko úrovní ochrany (časom nabíjania, napätím, prúdom, kapacitou atď.). Je potrebné, aby chyba stabilizácie napätia nebola väčšia ako ± 1%. Pri voľbe nabíjacieho napätia je potrebné, aby po správe k akumulátoru 110 - 150% nominálnej kapacity bola hodnota nabíjací prúd neprekročila 0,02 - 0,003 Cn A. Náboj pri zvýšených napätiach je možné použiť len pri súčasnom obmedzení jeho trvania. Pri nízkych teplotách stráca náboj konštantným napätím svoju účinnosť v dôsledku výrazného poklesu nabíjacích prúdov.

Ak sú batérie zapojené paralelne, musia sa nabíjať cez oddeľovacie diódy alebo každá batéria musí byť pripojená k svojej vlastnej nabíjačka... Batérie by sa nemali skladovať dlhší čas v nabitom alebo polonabitom stave (samozrejme okrem akumulátorov). v dôsledku rozdielu v samovybíjacích prúdoch batérií sa môže objaviť nerovnováha v stupni nabitia, čo na jednej strane vytvára nebezpečenstvo prebitia najviac nabitých batérií, čo znižuje kapacitu batérie v dôsledku pokles napätia najviac vybitých batérií. Nerovnováha úrovne nabitia môže viesť k prepólovaniu jednej z batérií pri vybíjaní a uvoľneniu vodíka na nikel-oxidovej elektróde, čo môže byť sprevádzané aktiváciou ventilu alebo indikátora tlaku a dokonca aj deformáciou batérie. uzavreté batérie. Pred dlhodobým skladovaním vo vybitom stave sa odporúča každú batériu znovu vybiť jednotlivými odpormi na napätie nie vyššie ako 0,1 V, čo umožňuje nabíjanie batérií.

Životnosť nikel-kadmiovej batérie

Životnosť batérií je daná ako ich konštrukciou, tak aj prevádzkovým režimom. Ak konkrétny typ batérie nemá explicitné konštrukčné chyby, potom sú prevádzkové podmienky určujúcim faktorom. Vo väčšine prípadov je cyklovanie batérie najbežnejším spôsobom ich prevádzky. Použitie batérií v núdzové režimy, kedy sa nabité batérie skladujú väčšinu času v nabitom stave, spravidla s malým plavákovým prúdom, ktorý kompenzuje samovybíjanie batérií a malý odber kapacity pre krátkodobé pripojenie batérie k záťaži.

Výkon batérie v rôznych režimoch cyklovania

Hlavnými parametrami prevádzkového režimu sú vybíjací prúd, vybíjacia kapacita, metóda ochrany proti nadmernému vybitiu, nabíjací prúd, metóda ochrany proti prebitiu, teplota. Pri prepustení nikel-kadmium batérie sa zahrievajú a na začiatku nabíjania, skôr ako začne intenzívny vývoj kyslíka, sa ochladia.

Zvýšenie vybíjacieho prúdu a zníženie teploty vedie k zníženiu priemerného vybíjacieho napätia a strate kapacity, ak je ochrana proti prebitiu založená na ukončení vybíjania pri poklese napätia na dostatočnú úroveň. vysoký stupeň(vyššie ako 1V na batériu). Životnosť výrazne závisí aj od hĺbky vybitia. Zníži sa takmer 10-krát, keď sa zmení z 10 na 70 %.

Zníženie nabíjacieho prúdu vedie k zvýšeniu doby nabíjania a zníženiu miery využitia prúdu, v dôsledku čoho sa kapacita vybíjania znižuje, najmä ak teplota nabíjania presiahne 30 ° C. Zvýšenie nabíjacieho prúdu môže tiež vedie k zníženiu vybíjacej kapacity, ak sa nabíjanie zastaví pri dosiahnutí dostatočne nízkeho napätia (menej ako 1,5 V pri 25 °C). Energetická účinnosť sa pohybuje od 70 do 85 % a zvyšuje sa so zvyšujúcim sa vybíjacím napätím, klesajúcim nabíjacím napätím a zvyšujúcou sa prúdovou účinnosťou.

Životnosť uzavretých batérií závisí aj od kombinácie konečného nabíjacieho napätia a konečného vybíjacieho napätia. K najväčším stratám kapacity dochádza pri cyklovaní režimami, kde je nabíjanie obmedzené na nízke napätie (asi 1,48 V) a vybíjanie je vysoké napätie(1,10 - 1,16 V). Kapacita tiež klesá pomerne rýchlo v prípadoch, keď sa nabíjanie neustále zastaví pri spustení tlakového alarmu a hĺbka vybitia je na úrovni 15 - 20% s obmedzením vybíjacieho napätia (nie nižšie ako 1,09 V). V tomto prípade kyslík nemá čas na absorpciu a pretlak v batérii je na úrovni 123 - 147 kPa, pričom stúpa strmosť kriviek nabíjania a vybíjania. Zmena charakteristík je spojená s pasiváciou aktívnych hmôt elektród.

Pokles vybíjacieho napätia môže byť spôsobený tvorbou intermetalickej zlúčeniny Ni5Cd21 v aktívnej hmote kadmiovej elektródy, ktorá sa vybíja pri napätí na batérii 1,05 - 0,95 V (tzv. "druhé miesto" resp. "pamäťový efekt"). Tvorba tejto zliatiny je najtypickejšia pre elektródy získané impregnáciou spekaných základov. Tvorba zliatiny je uľahčená nábojmi pri zvýšených teplotách. Intermetalické spojenie sa úplne zničí pri vybití batérie na 0,8 - 0,5 V. Najlepšie je vykonať článkové vybitie batérie na odpor, pričom napätie každej batérie sa zníži na nulu bez nebezpečenstva polarity zvrat. Po prvkovom dodatočnom vybití sa kapacita batérií obnoví na hodnoty blízke pôvodným.

Kapacitné straty klesajú s poklesom koncového vybíjacieho napätia z 1,16 na 1,04 V a zvýšením koncového nabíjacieho napätia z 1,48 na 1,54 V. Najväčšiu stabilizáciu kapacity dosiahneme znížením koncového vybíjacieho napätia na 0,5-0,8 B Pri dodatočnom vykonávaní periodických skratov na odpore každej batérie batérie na nula voltov sa kapacita môže dokonca zvýšiť v porovnaní s počiatočným

Výkon batérie pri nabití

Prizmatické akumulátory sa používajú najmä v režime dlhodobého udržiavacieho nabíjania. Životnosť v závislosti od plavákového prúdu je od 2 do 15 rokov alebo viac. Optimum je prúd číselne rovný 0,001 - 0,005 Cn A. So zvýšením plavákového prúdu sa znižuje životnosť a spoľahlivosť. Pri plavákovej prevádzke sú typy porúch rovnaké ako pri cyklovaní, ale ich závažnosť je nižšia.

Pri prvom vybití po dlhom nabíjaní je napätie batérie o niečo nižšie ako u čerstvo nabitých, ale po niekoľkých cykloch sa rýchlo vráti na normálnu úroveň. Pokles vybíjacieho napätia po dlhom nabíjaní je spojený s poklesom úrovne náboja kladnej elektródy.

Kapacita batérie po 10 rokoch nabíjania je až o 25% a po 16 rokoch - až o 35% vyššia ako počiatočná, čo naznačuje zvýšenie kapacity kladnej elektródy. Pri určovaní kapacity elektród presahujúcich elektrolyt v netesnej forme sa zistilo, že kapacita kladnej elektródy sa zvýšila o 58 - 70% a kapacita záporných elektród o 10 - 13%. Kapacita zápornej elektródy klesá. Po dlhom nabíjaní je takmer celá prebytočná kapacita zápornej elektródy v nabitom stave, preto pri vybití nie je kapacita batérie obmedzená kladnou elektródou ako na začiatku životnosti, ale oboma elektródy naraz. Nabíjacie napätie akumulátorov po 10 rokoch dobíjania je na bežnej úrovni a nepresahuje 1,5 V. Po 16 rokoch dobíjania v riadiacom cykle stúpne nabíjacie napätie na 1,55 - 1,58 V a u tretiny akumulátorov dosahuje 1,6 - 1, 7 V, navyše na konci nabíjania dochádza k zvýšeniu z 1,55 na 1,65 V, čo je tiež dôsledok prebitia zápornej elektródy. Príčiny týchto javov sú rovnaké ako pri cyklovaní batérie.

Utesnené nikel-kadmiové batérie našej výroby našli najširšie uplatnenie v kozmickom, vojenskom, všeobecnom priemysle a domácich spotrebičoch.

V súčasnosti je JSC NIAI Source jediným vývojárom v Rusku a zároveň výrobcom uzavretých nikel-kadmiových akumulátorov pre kozmické lode. Vyrábame 10 typov NKG akumulátorov, ktoré sa používajú v 21 batériách prevádzkovaných a prevádzkovaných na takých kozmických lodiach ako:

Medzinárodná vesmírna stanica
Orbitálne stanice Mir, Saljut a Almaz.
Medziplanetárne stanice "Mars", "Venuša" a "Vega"
Satelity sérií Meteor, Molniya, Astron, Nadezhda a Kosmos.

Okrem toho sa akumulátory typu NKG používajú v pozemných inštaláciách strategických raketových síl, na lodiach, ponorkách a iných objektoch, kde je potrebná dodávka energie bez ohľadu na okolnosti.

vedúci oddelenia nikel-kadmiových batérií,

kandidát technických vied,