แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม

ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ยี่สิบแหล่งจ่ายกระแสเคมีแบบชาร์จได้ที่ดีที่สุดบางส่วนเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จได้ที่ใช้เทคโนโลยีนิกเกิลแคดเมียม พวกเขายังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่าง ๆ เนื่องจากความน่าเชื่อถือและไม่โอ้อวดของพวกเขา

แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมคืออะไร

แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมเป็นแหล่งกระแสไฟฟ้าแบบชาร์จกระแสไฟฟ้าได้ซึ่งถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1899 ในสวีเดนโดย Waldmar Jungner จนถึงปี 1932 การใช้งานจริงมี จำกัด มากเนื่องจากค่าใช้จ่ายสูงของโลหะที่ใช้เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ตะกั่วกรด

การปรับปรุงเทคโนโลยีการผลิตของพวกเขานำไปสู่การปรับปรุงที่สำคัญในลักษณะการดำเนินงานของพวกเขาและได้รับอนุญาตในปี 1947 เพื่อสร้างแบตเตอรี่ฟรีบำรุงรักษาที่ปิดผนึกด้วยพารามิเตอร์ที่ยอดเยี่ยม

หลักการทำงานและแบตเตอรี่ Ni-Cd ของอุปกรณ์

แบตเตอรี่เหล่านี้ผลิตพลังงานไฟฟ้าเนื่องจากปฏิกิริยาย้อนกลับของแคดเมียม (Cd) กับนิกเกิลออกไซด์ - ไฮดรอกไซด์ (NiOOH) และน้ำซึ่งส่งผลให้เกิดการก่อตัวของนิกเกิลไฮดรอกไซด์ Ni (OH) 2 และแคดเมียมไฮดรอกไซด์ Cd (OH) 2

แบตเตอรี่ Ni-Cd ผลิตในเปลือกที่ปิดผนึกที่มีขั้วไฟฟ้าคั่นด้วยตัวคั่นเป็นกลางประกอบด้วยนิกเกิลและแคดเมียมซึ่งอยู่ในสารละลายของอิเล็กโทรไลต์ด่างคล้ายวุ้น (ปกติโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์, KOH)

อิเล็กโทรดเชิงบวกคือตาข่ายเหล็กหรือฟอยล์ที่เคลือบด้วยนิกเกิลออกไซด์ - ไฮดรอกไซด์ผสมกับวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

อิเล็กโทรดเชิงลบคือตาข่ายเหล็ก (ฟอยล์) ที่มีแคดเมียมที่มีรูพรุนกด

องค์ประกอบหนึ่งของนิกเกิลแคดเมียมมีความสามารถในการส่งแรงดันไฟฟ้าประมาณ 1.2 โวลต์ดังนั้นเพื่อเพิ่มแรงดันและพลังงานของแบตเตอรี่ในการออกแบบของพวกเขาใช้อิเล็กโทรดแบบขนานจำนวนมากถูกคั่นด้วยตัวคั่น

ข้อมูลจำเพาะและแบตเตอรี่ Ni-Cd คืออะไร

แบตเตอรี่ Ni-Cd มีข้อกำหนดดังต่อไปนี้:

• แรงดันไฟฟ้าขององค์ประกอบหนึ่งมีค่าประมาณ 0.9-1 โวลต์
• แรงดันไฟฟ้าต่ำสุดขององค์ประกอบคือ 1.2 v เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้า 12v และ 24v จะใช้การเชื่อมต่อแบบอนุกรมขององค์ประกอบหลายอย่าง
• แรงดันไฟฟ้าของประจุเต็ม - 1.5-1.8 โวลต์;
• อุณหภูมิในการทำงาน: จาก - 50 ถึง 40 องศา;
• จำนวนรอบการชาร์จ: ตั้งแต่ 100 ถึง 1,000 (ในแบตเตอรี่ที่ทันสมัยที่สุด - สูงสุด 2000) ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้
• ระดับการปลดปล่อยตัวเอง: 8 ถึง 30% ในเดือนแรกหลังจากการชาร์จเต็ม
• การใช้พลังงานเฉพาะ - มากถึง 65 W * ชั่วโมง / กิโลกรัม
• อายุการใช้งาน - ประมาณ 10 ปี

แบตเตอรี่ Ni-Cd ผลิตในขนาดมาตรฐานและในการออกแบบที่ไม่ได้มาตรฐานรวมถึงดิสก์รูปแบบสุญญากาศ

แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมใช้ที่ไหน

แบตเตอรี่เหล่านี้ถูกใช้ในอุปกรณ์ที่ใช้กระแสสูงและยังรับภาระสูงระหว่างการทำงานในกรณีต่อไปนี้:

• บนรถเข็นและรถราง;
• สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า
• การขนส่งทางทะเลและแม่น้ำ
• ในเฮลิคอปเตอร์และเครื่องบิน
• ในเครื่องมือไฟฟ้า (ไขควง, สว่าน, ไขควงไฟฟ้าและอื่น ๆ );
• เครื่องโกนหนวดไฟฟ้า
• ในอุปกรณ์ทางทหาร
• สถานีวิทยุพกพา
• ในของเล่นทางวิทยุ;
• ในไฟสำหรับการดำน้ำ

ปัจจุบันเนื่องจากข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดขึ้นทำให้ขนาดของแบตเตอรี่ที่เป็นที่นิยมมากที่สุด (AA, AAA และอื่น ๆ ) ผลิตโดยนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์และเทคโนโลยีลิเธียมไอออน อย่างไรก็ตามแบตเตอรี่ Ni Cd หลายขนาดที่วางจำหน่ายหลายปีที่ผ่านมายังคงใช้งานได้

เซลล์ Ni-Cd มีอายุการใช้งานยาวนานซึ่งบางครั้งอาจเกิน 10 ปีดังนั้นแบตเตอรี่ชนิดนี้ยังสามารถพบได้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลายยกเว้นในรายการด้านบน

ข้อดีข้อเสียของแบตเตอรี่ Ni-Cd

แบตเตอรี่ประเภทนี้มีคุณสมบัติเชิงบวกต่อไปนี้:

• ชีวิตที่ยาวนานและจำนวนรอบการชาร์จ
• อายุการใช้งานนานและการเก็บรักษา
• ความสามารถในการชาร์จอย่างรวดเร็ว;
• ความสามารถในการทนต่อภาระหนักและอุณหภูมิต่ำ
• การบำรุงรักษาความสามารถในการใช้งานในสภาวะที่ไม่พึงประสงค์มากที่สุด
• ต้นทุนต่ำ
• ความสามารถในการเก็บแบตเตอรี่เหล่านี้ในสภาพที่ปล่อยทิ้งไว้นานถึง 5 ปี;
• ความต้านทานขูดเลือดขนาดกลาง

ในเวลาเดียวกันอุปกรณ์จ่ายพลังงานนิกเกิลแคดเมียมมีข้อเสียหลายประการ:

• การปรากฏตัวของผลหน่วยความจำที่ประจักษ์ในการสูญเสียความจุเมื่อชาร์จแบตเตอรี่โดยไม่ต้องรอการจำหน่ายเต็ม;
• ความจำเป็นในการทำงานเชิงป้องกัน (รอบการชาร์จหลายครั้ง) เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพเต็มที่
• การเรียกคืนแบตเตอรี่อย่างเต็มรูปแบบหลังจากการจัดเก็บข้อมูลระยะยาวต้องใช้วงจรการชาร์จประจุเต็ม 3-4 ครั้ง
• การคายประจุเองมาก (ประมาณ 10% ในเดือนแรกของการจัดเก็บ) นำไปสู่การคายประจุแบตเตอรี่เกือบเต็มในช่วงปีที่จัดเก็บ
• ความหนาแน่นพลังงานต่ำเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่อื่น
• ความเป็นพิษสูงของแคดเมียมเนื่องจากเป็นสิ่งต้องห้ามในหลายประเทศรวมถึงสหภาพยุโรปความจำเป็นในการกำจัดแบตเตอรี่ดังกล่าวในอุปกรณ์พิเศษ
• น้ำหนักมากกว่าแบตเตอรี่ที่ทันสมัย

ความแตกต่างของ Ni-Cd จากแหล่ง Li-Ion หรือ Ni-Mh

แบตเตอรี่ที่มีส่วนประกอบที่ใช้งานรวมถึงนิกเกิลและแคดเมียมมีความแตกต่างจากแหล่งพลังงานไฟฟ้าลิเธียมไอออนและนิกเกิลโลหะที่ทันสมัยกว่า:

• องค์ประกอบ Ni-Cd ไม่เหมือนกัน Li-Ion และ Ni-MH ตัวเลือกมีเอฟเฟกต์หน่วยความจำมีความจุต่ำกว่าเฉพาะที่ขนาดเดียวกัน
• แหล่ง NiCd นั้นไม่โอ้อวดมากขึ้นรักษาประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำมากมีความทนทานต่อการชาร์จมากเกินไปและคายประจุที่แข็งแกร่ง
• แบตเตอรี่ Li-Ion และ Ni-Mh แพงกว่ากลัวการชาร์จมากเกินไปและคายประจุที่แข็งแกร่ง แต่มีการคายประจุเองน้อยลง
• ชีวิตและการเก็บรักษาแบตเตอรี่ Li-Ion (2-3 ปี) สั้นกว่าผลิตภัณฑ์ Ni Cd หลายเท่า (8-10 ปี)
• แหล่งนิกเกิล - แคดเมียมสูญเสียความสามารถอย่างรวดเร็วเมื่อใช้ในโหมดบัฟเฟอร์ (ตัวอย่างเช่นใน UPS) แม้ว่าพวกเขาจะสามารถกู้คืนได้อย่างสมบูรณ์โดยการปล่อยประจุและประจุลึก แต่ก็ไม่ควรใช้ผลิตภัณฑ์ Ni Cd ในอุปกรณ์ที่ชาร์จอย่างต่อเนื่อง
• โหมดการชาร์จเดียวกันของแบตเตอรี่ Ni-Cd และ Ni-Mh ช่วยให้คุณใช้เครื่องชาร์จเดียวกัน แต่คุณต้องคำนึงถึงความจริงที่ว่าแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมมีผลต่อหน่วยความจำเด่นชัดมากขึ้น

ขึ้นอยู่กับความแตกต่างเป็นไปไม่ได้ที่จะสรุปได้อย่างชัดเจนว่าแบตเตอรี่ไหนดีกว่าเนื่องจากองค์ประกอบทั้งหมดมีจุดแข็งและจุดอ่อน

เงื่อนไขการใช้งาน

ในระหว่างการดำเนินการในแหล่งพลังงาน Ni Cd การเปลี่ยนแปลงจำนวนหนึ่งเกิดขึ้นซึ่งนำไปสู่การเสื่อมประสิทธิภาพในที่สุดและในที่สุดการสูญเสียประสิทธิภาพ:

• พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพและมวลของขั้วไฟฟ้าลดลง;
• องค์ประกอบและปริมาณของอิเล็กโทรไลต์เปลี่ยนแปลง
• การสลายตัวของตัวแยกและสิ่งสกปรกอินทรีย์
• น้ำและออกซิเจนหายไป
• กระแสรั่วไหลเกิดขึ้นเนื่องจากการเจริญเติบโตของแคดเมียมแคดเมียมบนจาน

เพื่อลดความเสียหายให้กับแบตเตอรี่ที่เกิดขึ้นระหว่างการใช้งานและการเก็บรักษาจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงผลกระทบต่อแบตเตอรี่ซึ่งเกี่ยวข้องกับปัจจัยต่อไปนี้:

• การชาร์จแบตเตอรี่ที่มีประจุไม่สมบูรณ์จะทำให้สูญเสียความสามารถในการพลิกกลับได้เนื่องจากการลดลงของพื้นที่ทั้งหมดของสารออกฤทธิ์ซึ่งเป็นผลมาจากการก่อตัวของผลึก
• การเติมพลังอย่างสม่ำเสมอซึ่งนำไปสู่ความร้อนสูงเกินไปการก่อตัวของก๊าซที่เพิ่มขึ้นการสูญเสียน้ำในอิเล็กโทรไลต์และทำลายขั้วไฟฟ้า (โดยเฉพาะขั้วบวก) และตัวคั่น
• การใช้กำลังไฟต่ำซึ่งนำไปสู่การสูญเสียแบตเตอรี่ก่อนกำหนด;
• การทำงานในระยะยาวที่อุณหภูมิต่ำมากนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและปริมาตรของอิเล็กโทรไลต์ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพการทำงานลดลงโดยเฉพาะความจุลดลง

ด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้นอย่างรุนแรงภายในแบตเตอรี่เนื่องจากประจุไฟฟ้าที่รวดเร็วด้วยกระแสแคดเมียมแคดเมียมที่มีขนาดใหญ่ในปัจจุบันและการสลายตัวอย่างรุนแรงทำให้ไฮโดรเจนส่วนเกินสามารถถูกปล่อยลงในแบตเตอรี่ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของความดัน

ในแบตเตอรี่ที่ติดตั้งวาล์วระบายแรงดันฉุกเฉินความเสี่ยงของการเสียรูปสามารถป้องกันได้ แต่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของแบตเตอรี่ได้

การชาร์จแบตเตอรี่ Ni Cd จะต้องดำเนินการด้วยกระแส 10% (ถ้าจำเป็นให้ชาร์จอย่างรวดเร็วในแบตเตอรี่พิเศษที่มีกระแสสูงถึง 100% ใน 1 ชั่วโมง) ของความจุ (ตัวอย่างเช่น 100 mA ที่ความจุ 1,000 mAh) เป็นเวลา 14-16 ชั่วโมง โหมดที่ดีที่สุดของการคายประจุของพวกเขาคือปัจจุบันเท่ากับ 20% ของความจุของแบตเตอรี่

วิธีการกู้คืน Ni Cd Battery

ในกรณีที่สูญเสียกำลังการผลิตอุปกรณ์จ่ายกระแสไฟฟ้านิกเกิลแคดเมียมสามารถเรียกคืนได้เกือบทั้งหมดโดยใช้การคายประจุเต็ม (สูงสุด 1 โวลต์ต่อเซลล์) และการชาร์จครั้งต่อไปในโหมดมาตรฐาน การฝึกอบรมแบตเตอรี่นี้สามารถทำซ้ำได้หลายครั้งเพื่อการฟื้นฟูความจุที่สมบูรณ์ที่สุด

หากไม่สามารถกู้คืนแบตเตอรี่ได้โดยการคายประจุและชาร์จคุณสามารถลองกู้คืนได้โดยใช้พัลส์กระแสไฟฟ้าสั้น ๆ (ใหญ่กว่าความจุขององค์ประกอบที่กู้คืน) หลายสิบเท่า ผลกระทบนี้จะกำจัดวงจรภายในในเซลล์แบตเตอรี่ที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเจริญเติบโตของ dendrites โดยการเผาด้วยกระแสไฟฟ้าแรง มีตัวกระตุ้นอุตสาหกรรมพิเศษที่ทำสิ่งนี้

การคืนค่าความจุเริ่มต้นของแบตเตอรี่เต็มรูปแบบนั้นเป็นไปไม่ได้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและคุณสมบัติของอิเล็กโตรไลต์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้รวมถึงการเสื่อมสภาพของแผ่นเปลือกโลก แต่ทำให้สามารถยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้

วิธีการกู้คืนที่บ้านคือการดำเนินการดังต่อไปนี้:

• ลวดที่มีส่วนตัดขวางอย่างน้อย 1.5 ตารางมิลลิเมตรเชื่อมต่อกับเซลล์ที่ถูกเรียกคืนด้วยแคโทดของแบตเตอรี่ทรงพลังเช่นรถยนต์หรือ UPS
• สายที่สองนั้นต่อเข้ากับขั้วบวก (บวก) ของแบตเตอรี่หนึ่งก้อนอย่างปลอดภัย
• ประมาณ 3-4 วินาทีปลายอิสระของสายที่สองจะสัมผัสกับขั้วบวกและขั้วบวกอย่างรวดเร็ว (ด้วยความถี่ 2-3 ครั้งต่อวินาที) ในกรณีนี้จำเป็นต้องป้องกันการเชื่อมสายไฟที่ทางแยก
• ด้วยโวลต์มิเตอร์จะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าที่แหล่งกำเนิดนั้นในกรณีที่ไม่มีวงจรการกู้คืนอื่นจะทำ;
• เมื่อแรงเคลื่อนไฟฟ้าปรากฏบนแบตเตอรี่จะถูกชาร์จ

นอกจากนี้คุณสามารถลองทำลาย dendrites ในแบตเตอรี่โดยแช่แข็งไว้ ​​2-3 ชั่วโมงแล้วตามด้วยการแตะเบา ๆ เมื่อแช่แข็ง dendrites จะเปราะและถูกทำลายด้วยความตกใจซึ่งในทางทฤษฎีสามารถช่วยกำจัดพวกมันได้

มีวิธีการกู้คืนที่รุนแรงมากขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับการเติมน้ำกลั่นเข้ากับองค์ประกอบเก่าโดยการเจาะร่างกาย แต่การให้ความสมบูรณ์ขององค์ประกอบดังกล่าวในอนาคตนั้นเป็นปัญหาอย่างมาก ดังนั้นคุณไม่ควรบันทึกและเปิดเผยสุขภาพของคุณต่อความเสี่ยงของการได้รับพิษจากสารแคดเมียมเนื่องจากได้รับรอบการทำงานที่หลากหลาย

จัดเก็บและกำจัด

เป็นการดีกว่าที่จะเก็บแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมในสถานะปล่อยที่อุณหภูมิต่ำในที่แห้ง ยิ่งอุณหภูมิในการเก็บรักษาของแบตเตอรี่ลดลงเท่าไหร่ โมเดลคุณภาพสูงสามารถจัดเก็บได้นานถึง 5 ปีโดยไม่มีความเสียหายอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางเทคนิค หากต้องการนำไปใช้งานก็เพียงพอที่จะชาร์จ

สารอันตรายที่อยู่ในแบตเตอรี่ AA หนึ่งก้อนสามารถปนเปื้อนประมาณ 20 ตารางเมตรของอาณาเขต สำหรับการกำจัดแบตเตอรี่ Ni Cd อย่างปลอดภัยจะต้องนำไปยังจุดรีไซเคิลจากที่ที่ถูกส่งไปยังโรงงานซึ่งจะต้องถูกทำลายในเตาเผาแบบปิดผนึกพิเศษที่มีตัวกรองที่จับสารพิษ