Nikkeli-kadmiumparisto (NiCd) - toissijainen kemiallinen virtalähde , jossa katodi on nikkelihydroksidi Ni (OH) 2 grafiittijauheella (noin 5-8%), elektrolyytti on kaliumhydroksidi KOH , jonka tiheys on 1,19-1,21. additiolitiumhydroksidi LiOH ( litiumnikelaattien muodostamiseksi ja kapasiteetin lisäämiseksi 21–25 %), anodi on kadmiumhydroksidi Cd (OH) 2 tai kadmiummetalli Cd (jauhemuodossa).
Nikkelikadmium-akun EMF on noin 1,37 V, ominaisenergia noin 45-65 Wh / kg. Rakenteesta, käyttötavasta (pitkät tai lyhyet purkaukset) ja käytettyjen materiaalien puhtaudesta riippuen käyttöikä on 100 - 900 lataus-purkausjaksoa. Nykyaikaiset (lamelli) teolliset nikkelikadmium-akut voivat kestää jopa 20-25 vuotta. Nikkeli-kadmium (NiCd) -akut sekä nikkeli-suola-akut voidaan säilyttää tyhjinä, toisin kuin nikkelimetallihydridi- (NiMH) ja litiumioniakut (Li-ion) , jotka on säilytettävä ladattuina.
Vuonna 1899 ruotsalainen Waldmar Jungner keksi nikkelikadmiumpariston, jossa käytettiin nikkeliä positiivisena elektrodina ja kadmiumia negatiivisena elektrodina. Kaksi vuotta myöhemmin Edison ehdotti vaihtoehtoista mallia, joka korvaisi kadmiumin raudalla. Nikkeli-kadmium- ja nikkeli-rauta-akkujen korkeiden hintojen vuoksi (verrattuna kuiva- tai lyijyakkuihin) on nikkeli-kadmium- ja nikkeli-rauta-akkujen käyttöä rajoitettu.
Sen jälkeen kun Schlecht ja Ackermann keksivät puristetun anodin vuonna 1932, monia parannuksia on tehty, mikä on johtanut suurempaan kuormitusvirtaan ja parempaan kestävyyteen. Nykyään hyvin tunnettu suljettu nikkelikadmiumparisto tuli saataville vasta sen jälkeen, kun Neumann keksi täysin suljetun kennon vuonna 1947.
Nikkeli-kadmiumparistojen toimintaperiaate perustuu palautuvaan prosessiin:
2NiOOH + Cd + 2H 2O ↔ 2Ni(OH) 2 + Cd(OH) 2E 0 = 1,37 V.
Nikkelielektrodi on nikkelimetahydroksidipasta , joka on sekoitettu johtavaan materiaaliin ja kerrostettu teräsverkolle, ja kadmiumelektrodi on teräsverkko, johon on puristettu sienimäistä kadmiumia . Elektrodien välinen tila on täytetty hyytelömäisellä, märkään alkaliin perustuvalla koostumuksella, joka jäätyy -27 °C:ssa [1] . Yksittäiset kennot kootaan akuiksi, joiden ominaisenergia on 20-35 Wh/kg ja pitkä käyttöikä - useita tuhansia lataus-purkausjaksoja.
Tällä hetkellä nikkelikadmiumparistojen käyttö on ympäristösyistä hyvin rajallista, joten niitä käytetään vain siellä, missä muiden järjestelmien käyttö on mahdotonta, nimittäin laitteissa, joille on ominaista korkea purkaus- ja latausvirta. Tyypillinen lentävän mallin akku latautuu puolessa tunnissa ja purkautuu viidessä minuutissa. Erittäin alhaisen sisäisen resistanssin vuoksi akku ei kuumene edes suurilla virroilla ladattaessa. Vasta kun akku on ladattu täyteen, alkaa tuntuva lämpeneminen, jota useimmat laturit käyttävät merkkinä latauksen päättymisestä. Rakenteellisesti kaikki nikkelikadmium-akut on varustettu kestävällä suljetulla kotelolla, joka kestää kaasujen sisäisen paineen ankarissa käyttöolosuhteissa.
Purkausjakso alkaa 1,35 V:sta ja päättyy 1,0 V:iin (vastaavasti 100 % kapasiteetti ja 1 % jäljellä oleva kapasiteetti)
Nikkelikadmiumparistojen elektrodit valmistetaan sekä levystä leimaamalla että jauheesta puristamalla. Puristetut elektrodit ovat teknisesti edistyneempiä, halvempia valmistaa ja niiden toimintakapasiteetti on suurempi, ja siksi kaikissa kotitalouksien akuissa on puristetut elektrodit. Puristetut järjestelmät ovat kuitenkin niin sanotun " muistiefektin " alaisia. Muistiefekti syntyy, kun akku ladataan ennen kuin se todella loppuu. Akun sähkökemialliseen järjestelmään ilmestyy "ylimääräinen" sähköinen kaksoiskerros ja sen jännite laskee 0,1 V. Tyypillinen akkua käyttävän laitteen ohjain tulkitsee tämän jännitteen alenemisen akun täydelliseksi purkautumiseksi ja raportoi, että akku on tyhjä. "huono". Tehonkulutuksessa ei ole todellista vähennystä, ja hyvällä ohjaimella voidaan varmistaa akun kapasiteetin täysi käyttö. Tyypillisessä tapauksessa ohjain kuitenkin kehottaa käyttäjää suorittamaan yhä useampia latausjaksoja. Ja tämä johtaa siihen, että käyttäjä parhaimmillaan "tappaa" akun omin käsin. Toisin sanoen voimme sanoa, että akku epäonnistuu ei niinkään puristettujen elektrodien "muistivaikutuksesta", vaan halpojen ohjaimien "unohdusvaikutuksesta".
Kotitalouksien nikkelikadmiumparisto, joka on purettu ja ladattu heikolla virralla (esimerkiksi television kaukosäätimessä ), menettää nopeasti kapasiteettinsa ja käyttäjä pitää sitä epäkunnossa. Vastaavasti pitkään ladattu akku (esimerkiksi keskeytymättömässä virransyöttöjärjestelmässä) menettää kapasiteettinsa, vaikka sen jännite on oikea. Eli et voi käyttää nikkelikadmium-akkua puskuritilassa. Yksi syväpurkausjakso ja sitä seuraava lataus kuitenkin palauttavat akun kapasiteetin täysin.
Säilytyksen aikana myös NiCd-akut menettävät kapasiteettiaan, vaikka ne säilyttävätkin lähtöjännitteen. Virheellisen lajittelun välttämiseksi akkuja varastosta otettaessa on suositeltavaa säilyttää ne tyhjennetyssä muodossa - silloin ensimmäisen latauksen jälkeen akut ovat täysin käyttövalmiita.
Akun tyhjentämiseksi täysin ja jännitteiden tasaamiseksi jokaisessa purkautuneessa elementissä voit kytkeä jokaiseen elementtiin kahden piidiodin ja vastuksen ketjun, jolloin jännite rajoitetaan 1-1,1 V:iin elementtiä kohden. Tällöin kunkin piidiodin jännitehäviö on 0,5–0,7 V, joten ketjun diodit on valittava manuaalisesti esimerkiksi yleismittarilla.
Akun pitkäaikaisen varastoinnin jälkeen on suoritettava kaksi tai kolme lataus-/purkaussykliä virralla, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin nimelliskapasiteetti (1C), jotta se siirtyy käyttötilaan ja toimii täydellä teholla.
Pienikokoisia nikkelikadmiumparistoja käytetään erilaisissa laitteissa korvaamaan tavallinen galvaaninen kenno , varsinkin jos laite kuluttaa suurta virtaa. Koska nikkeli-kadmium-akun sisäinen resistanssi on yhdestä kahteen suuruusluokkaa pienempi kuin perinteisillä mangaani-sinkki- ja mangaani-ilma-akuilla, virtaa toimitetaan vakaammin ja ilman ylikuumenemista.
Nikkelikadmium-akkuja käytetään sähköautoissa (vetovoimana), raitiovaunuissa ja johdinautoissa (voimanohjauspiireissä), joki- ja merialuksissa. Niitä käytetään laajasti ilmailussa lentokoneiden ja helikopterien akkuina. Niitä käytetään virtalähteinä erillisissä ruuvimeisselissä/ruuvimeisselissä ja porakoneissa , mutta niitä on taipumus korvata erilaisten litiumjärjestelmien suurvirtaakuilla.
Huolimatta muiden sähkökemiallisten järjestelmien kehittämisestä ja ympäristömääräysten tiukentumisesta , nikkelikadmiumparistot ovat edelleen tärkein valinta erittäin luotettaville, paljon virtaa kuluttaville laitteille, kuten sukellusvaloihin .
Pitkä säilyvyys, suhteellisen vaatimaton jatkuvaan hoitoon ja valvontaan, kyky työskennellä vakaasti pakkasessa -40 ° C: een asti ja syttymismahdollisuuden puuttuminen paineen alenemisen yhteydessä litiumiin verrattuna, alhainen ominaispaino verrattuna lyijyyn ja halpa hopeasinkkiin verrattuna, pienempi sisäinen vastus, suurempi luotettavuus ja pakkaskestävyys NiMH:han verrattuna aiheuttavat nikkelikadmium-akkujen edelleen laajan käytön sotilasvarusteissa, ilmailussa ja kannettavassa radioviestinnässä.
Nikkeli-kadmiumparistoja on saatavana myös suljetussa "tablettimallissa", kuten kelloparistoissa. Tällaisen akun elektrodit ovat kaksi puristettua ohutta aktiivista massaa olevaa tablettia, jotka on taitettu pussiin, jossa on erotin ja litteä jousi, ja rullattu nikkelipinnoitettuun teräskoteloon, jonka halkaisija on kolikon. Niitä käytetään erilaisten, enimmäkseen pienitehoisten, kuormien (virta C / 10-C / 5) syöttämiseen. Vain pienet latausvirrat ovat sallittuja, korkeintaan C / 10, koska vapautuneiden kaasujen uudelleenyhdistymisen on ehtinyt tapahtua kotelon sisällä. Suljetun rakenteen ansiosta ne mahdollistavat pitkän latauksen jatkuvalla rekombinaatiolla ja ylimääräisen energian vapautumisella lämmön muodossa. Tällaisen akun jännite on pienempi kuin tiivistetyn ja muuttuu vain vähän purkausprosessin aikana johtuen katodin aktiivisen massan ylimäärästä, joka on luotu nopeuttamaan hapen rekombinaatiota.
Levyparistoja (yleensä 3 kappaleen paristot yhteisessä kuoressa, kooltaan samanlainen kuin Neuvostoliiton D-0.06) käytettiin laajalti 1980-1990-luvuilla valmistetuissa henkilökohtaisissa tietokoneissa, erityisesti PC -286/386 ja aikaisin . 486, haihtumattoman asetusmuistin ja reaaliaikakellon virransyöttöön, kun verkkovirta on katkaistu. Akun käyttöikä tässä tilassa oli useita vuosia, minkä jälkeen useimmissa tapauksissa emolevyyn juotettu akku piti vaihtaa. CMOS-tekniikan kehittyessä ja virrankulutuksen pienentyessä NVRAM- ja RTC -akut korvattiin kertakäyttöisillä litiumkennoilla, joiden kapasiteetti on noin 200 mAh ( CR2032 jne. ), jotka asennettiin lukittuihin pistorasioihin ja jotka käyttäjä voi helposti vaihtaa. samanlainen jatkuva toiminta.
Neuvostoliitossa levyakut olivat käytännössä ainoat yleisesti myynnissä olevat akut (paitsi autojen akut ja myöhemmin NiCd AA-koko 450 mAh). Yksittäisten elementtien lisäksi tarjottiin seitsemän D-0.1-akun 9 voltin akkua Kronen kaltaisella liittimellä , joka ei kuitenkaan sisältynyt kaikkien radioiden tehoosastoon, johon se oli tarkoitettu. Mukana toimitettiin vain yksinkertaisimmat laturit, joiden virta oli C / 10, jotka latasivat akun tai akun noin 14 tunnissa (aikaa käyttäjä ohjasi).
| Akun nimi | Halkaisija , mm | Korkeus, mm | Jännite, V | Kapasiteetti, Ah | Suositeltu purkausvirta, mA | Sovellus |
|---|---|---|---|---|---|---|
| D-0,03 | 11.6 | 5.5 | 1.2 | 0,03 | 3 | kamerat , kuulolaitteet |
| D-0,06 | 15.6 | 6.4 | 1.2 | 0,06 | 12 | kamerat , valokuvausvalotusmittarit , kuulolaitteet , annosmittarit |
| D-0,125 | kaksikymmentä | 6.6 | 1.2 | 0,125 | 12.5 | ladattavat sähköiset taskulamput[ määritä ] , miniradiot |
| D-0,26 | 25.2 | 9.3 | 1.2 | 0,26 | 26 | ladattavat sähköiset taskulamput, taskulamput , laskimet ( B3-36 ) |
| D-0,55 | 34.6 | 9.8 | 1.2 | 0,55 | 55 | yönäkötähtäin 1PN58 (viiden D-0.55S lohko), taskulamput , ladattavat sähköiset taskulamput, laskimet ( B3-34 ) |
| 7D-0,125 | 8.4 | 0,125 | 12.5 | kruunun akun vaihto |
NiCd-akkuja valmistavat monet yritykset, mukaan lukien suuret kansainväliset yritykset, kuten GP Batteries, Samsung (Pleomax-tuotemerkillä), VARTA , GAZ, Konnoc, Metabo, EMM, Advanced Battery Factory, Panasonic/Matsushita Electric Industrial , Ansmann jne. Venäläiset valmistajat, voidaan nimetä NIAI (perustettu Central Battery Laboratoryn, 1946 perusteella), Kosmos, CJSC Pilot Plant NIIKhIT, JSC NIIKhIT.
NiCd-akkujen kierrätystuotteiden sulaminen tapahtuu uuneissa korkeissa lämpötiloissa, kadmium muuttuu näissä olosuhteissa erittäin haihtuvaksi ja jos uunissa ei ole erityistä pidätyssuodatinta, myrkyllisiä aineita (esim. kadmiumhöyryä) vapautuu ympäristöön. , myrkyttää ympäröivät alueet. Tämän seurauksena hävityslaitteet ovat kalliimpia kuin lyijyakkujen hävityslaitteet.