Akumulator niklowo-kadmowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Akumulatory NiCd
Akumulator niklowo-kadmowy, PSA, Museum Autovision, Altlußheim

Akumulator niklowo-kadmowy (NiCd lub Ni-Cd) – rodzaj akumulatora, w którym elektrody wykonane są z zasadowego tlenku niklu(III) NiO(OH) (katoda) i metalicznego kadmu (anoda).

Akumulatory NiCd cechują się dość dużą wydajnością prądową, ale występuje w nich uciążliwy efekt pamięci. Powinny być rozładowywane i ładowane w pełnych cyklach, tj. zaleca się pełne rozładowanie, a po rozładowaniu należy akumulator niezwłocznie naładować nie pozostawiając go na dłużej w stanie rozładowanym. Efekt pamięci można naprawić ładowarką z funkcją refresh.

Akumulatory te były do niedawna stosowane na szeroką skalę w różnych urządzeniach przenośnych (między innymi w modelach zdalnie sterowanych (RC), modelarstwie, krótkofalarstwie i innych dziedzinach). Obecnie są prawie całkowicie wyparte przez ogniwa Ni-MH i Litowo-polimerowe. Mają mniejszą pojemność na jednostkę objętości niż podobne ogniwa Ni-MH.

Pierwsze ogniwa – akumulatorki Ni-Cd w postaci paluszków AA (R6) miały pojemność[1] 500 mAh. Obecnie najnowsze ogniwa o technologii innej niż Ni-Cd w AA mają pojemności większe niż 2000 mAh a napięcie znamionowe wynosi ok. 1,2 V.

Dla ogniwa AA R6 pojemność standardowa powinna wynosić do około 800 mAh – zbyt duża pojemność zmniejsza trwałość i wydajność prądową akumulatora.

Akumulator Ni-Cd jest do dziś najtrwalszym ogniwem miniaturowym (przy poprawnym użytkowaniu – częste doładowywanie powoduje występowanie efektu pamięci i tym samym szybkiego zużycia ogniwa), ma też niską cenę, jednakże niższa pojemność i większa masa w stosunku do przechowywanej energii powodują, że są wypierane przez nowsze typy akumulatorów – Ni-MH w formie baterii o standardowych rozmiarach (R6, R14 i podobne), gdyż charakteryzują się niemal identycznym napięciem ogniwa, bardzo dużą wydajnością prądową, oraz podobną ceną, w stosunku do ogniw litowo-jonowych, bądź litowo-polimerowych w zastosowaniach takich jak akumulatory telefonów, laptopów, bądź zasilanie modeli zdalnie sterowanych. Te ostatnie jednak wymagają wielu układów zabezpieczających i mają ograniczoną trwałość, oraz są droższe, mimo tego zyskują na popularności dzięki niezwykle małej masie i znacznej pojemności.

Wytrzymuje około 1000 cykli ładowania i rozładowania. Są trudne w doborze procedury ładowania, gdyż w trakcie ładowania napięcie na ogniwie praktycznie nie rośnie. Zaleca się ładowanie przez 16 godzin prądem o wartości będącej ilorazem ładunku akumulatora w mAh przez 10 (C/10), można stosować też procedury szybkiego ładowania, w których natężenie prądu ładującego jest zależne od czasu ładowania i temperatury ogniwa[2].

Konsumenckie akumulatory są wycofywane z użycia z trzech powodów – zużyte są niebezpieczne dla środowiska[3], a liczba odpowiednich zakładów utylizacji i miejsc składowania takich akumulatorów jest niewystarczająca; drugi powód to zbyt mały zysk dla firm je produkujących – akumulator jest bardzo trwały, a cena nie jest wysoka. Poza tym mają niższą pojemność i większą masę od nowocześniejszych ogniw. Obecnie prowadzi się zbiórkę a nawet skup akumulatorów niklowo-kadmowych przez firmy produkujące akumulatory w wersji przemysłowej w celu ochrony środowiska i powtórnego wykorzystania surowców wtórnych znajdujących się w starych akumulatorach niklowo-kadmowych.

Wiele firm jednak nadal produkuje przemysłowe akumulatory niklowo-kadmowe w postaci pojedynczych cel 1.2V lub baterii akumulatorów od 2 do 10 cel klejonych przy pojemności do 10 Ah na celę do narzędzi przenośnych wymagających bardzo dużych prądów typu odkurzacze,wkrętarki,wiertarki lub zamontowanych na drewnianych stelażach i pojemności od 10 do 1250 Ah na celę wykorzystywanych w przemyśle energetycznym, kolejowym, telekomunikacyjnym i innych wymagających dużej niezawodności.

Akumulatory te dodatkowo oferują:

  • pracę w szerokim zakresie temperatur −20 °C do +50 °C z ekstremami w krótkim okresie −50 °C do +70 °C;
  • dobrą wydajność w niskich temperaturach;
  • odporność na starzenie w wysokich temperaturach;
  • odporność na niewłaściwe użycie elektryczne;
  • odporność na wstrząsy i drgania;
  • wymagają jedynie podstawowej obsługi;
  • ich instalacja jest tania i łatwa;
  • mogą być opcjonalnie wyposażone w centralny system napełniania wodą;
  • do 20 lat niezawodnego działania przy znacznie niższych kosztach w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi.

Płyty niklowo – kadmowe są całkowicie niezawodne, bez ryzyka rozbiegania termicznego czy nagłej śmierci: struktura wspierająca płyt dodatnich i ujemnych jest wykonana ze stali, co oznacza, że nie występuje korozja w przeciwieństwie do akumulatorów kwasowych.

Do niedawna wydawało się, że ogniwa te nie znikną zupełnie z rynku przez wiele lat, gdyż w przeciwieństwie do ogniw niklowo-metalowo-wodorkowych mają znacznie mniejsze samorozładowanie, co umożliwia ich przechowywanie w stanie naładowanym. Niedawno jednak pojawiły się ogniwa niklowo-wodorkowe nowej generacji ze zmienionym separatorem, które wykazują się znikomym samorozładowaniem. Te nowoczesne ogniwa mają jednak mniejsze pojemności, oraz są droższe od standardowych. W przeciwieństwie do nich akumulatorki niklowo-kadmowe są stosunkowo tanie, a wiele osób w domach ma ładowarki niezdolne ładować akumulatorów Ni-MH.

Akumulatory tego typu są nadal stosowane w najcięższych warunkach pracy, a także w środowiskach zagrożonych wybuchem. Są one (Ni-Cd) odporne na złe warunki pracy, czyli wysoką temperaturę (40° C) i przeładowania. Nie mają tendencji do eksplozji przy wysokiej temperaturze. Dzięki temu są one dobrym źródłem energii w trudnych warunkach eksploatacji.

Spotykane oznaczenia: KR3, KR6, KR14 itd. (analogicznie do R3, R6, R14 itd.); KR11/45 (rozmiar R3), KR15/51 (rozmiar R6).

Procesy elektrodowe[edytuj | edytuj kod]

Reakcje zachodzące podczas rozładowania ogniwa:

anoda: Cd0 + 2OHCdII(OH)2 + 2e
katoda: 2NiIIIO(OH) + 2H2O + 2e → 2NiII(OH)2 + 2OH

Sumarycznie:

2NiO(OH) + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2

W trakcie ładowania kierunek reakcji jest odwrotny.

Przypisy

  1. Określenie pojemność w odniesieniu do akumulatorów jest potocznym słowem oznaczającym ładunek elektryczny, wyrażany zwykle w amperogodzinach [Ah].
  2. NiCad Battery Charging Basics.
  3. Kadm jest jednym z czterech najbardziej toksycznych metali ciężkich

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

Andrzej A. Czerwiński: Współczesne chemiczne źródła prądu. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne. [dostęp 2014-02-21].

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

Saft Ferak a.s. producent akumulatorów.

Krusik akumulatori a.d..