Меню

Где используются никель кадмиевые АКБ

Никель-Кадмиевые аккумуляторы

ni-cd

Во второй половине двадцатого века одними из лучших перезаряжаемых химических источников тока были аккумуляторные батареи, изготовленные по никель-кадмиевой технологии. Они до сих пор широко применяются в различных сферах благодаря своей надежности и непритязательности.

Что такое никель кадмиевый аккумулятор

Никель-кадмиевые батареи являются гальваническими перезаряжаемыми источниками тока, которые были изобретены в 1899 году в Швеции Вальдмаром Юнгнером. До 1932 года их практическое использование было очень ограниченным из-за дороговизны используемых металлов в сравнении со свинцово-кислотными АКБ.

АКБ батарея

Усовершенствование технологии их производства привело к значительному улучшению их эксплуатационных характеристик и позволило в 1947 году создать герметичный необслуживаемый АКБ с отличными параметрами.

Принцип работы и устройство Ni-Cd аккумулятора

Электрическую энергию эти АКБ производят благодаря обратимому процессу взаимодействия кадмия (Cd) с оксидом-гидроксидом никеля (NiOOH) и водой, в результате которого образуется гидроксид никеля Ni(OH)2 и гидроксид кадмия Cd(OH)2, обуславливающий появление электродвижущей силы.

Ni-Cd АКБ выпускаются в герметичных корпусах, в которых размещены электроды, разделенные нейтральным сепаратором, содержащие никель и кадмий, находящиеся в растворе желеобразного щелочного электролита (как правило, гидроксид калия, KOH).

Положительный электрод представляет собой стальную сетку или фольгу, покрытую пастой оксид-гидроксида никеля, смешанную с проводящим материалом

Отрицательный электрод — это стальная сетка (фольга) с впрессованным пористым кадмием.

Один никель кадмиевый элемент способен выдавать напряжение около 1,2 вольта, поэтому для увеличения напряжения и мощности батарей в их конструкции применяется множество параллельно соединенных электродов, разделенных сепараторами.

Технические характеристики и какие бывают Ni-Cd АКБ

Ni-Cd батареи имеют следующие технические характеристики:

  • напряжение разряда одного элемента – около 0,9-1 вольт;
  • номинальное напряжение элемента – 1,2 v, для получения напряжений 12v и 24v применяют последовательное соединение нескольких элементов;
  • напряжение полного заряда – 1,5-1,8 вольт;
  • рабочая температура: от -50 до +40 градусов;
  • количество циклов заряда-разряда: от 100 до 1000 (в самых современных батареях – до 2000), в зависимости от используемой технологии;
  • уровень саморазряда: от 8 до 30% в первый месяц после полного заряда;
  • удельная энергоемкость – до 65 Вт*час/килограмм;
  • срок эксплуатации – около 10 лет.

Ni-Cd АКБ выпускают в различных корпусах стандартных типоразмеров и в нестандартном исполнении, в том числе в дисковом, герметическом виде.

AA 1,2v

Где используются никель кадмиевые АКБ

Эти батареи применяются в устройствах, которые потребляют большой ток, а также испытывают высокие нагрузки при эксплуатации в следующих случаях:

  • на троллейбусах и трамваях;
  • на электрокарах;
  • на морском и речном транспорте;
  • в вертолетах и самолетах;
  • в электроинструментах (шуруповерты, дрели, электроотвертки и прочие);
  • электробритвы;
  • в военной технике;
  • переносных радиостанциях;
  • в игрушках на радиоуправлении;
  • в фонарях для дайвинга.

В настоящее время из-за ужесточения экологических требований большинство аккумуляторов популярных типоразмеров (AA, AAA и другие) выпускается по никель-металлогидридной и литий-ионной технологиям. Вместе с тем, в эксплуатации еще находится множество Ni Cd АКБ различных типоразмеров, выпущенных несколько лет назад.

Ni-Cd элементы имеют продолжительный срок эксплуатации, который порой превышает 10 лет и поэтому еще можно встретить этот вид батарей во множестве электронных устройств, кроме тех, которые перечислены выше.

Батареи

Плюсы и минусы Ni-Cd аккумулятора

Этот вид элементов питания имеет следующие положительные характеристики:

  • большой срок эксплуатации и число циклов заряда-разряда;
  • продолжительный срок службы и хранения;
  • возможность быстрой зарядки;
  • способность выдерживать большие нагрузки и низкие температуры;
  • сохранение работоспособности в самых неблагоприятных условиях эксплуатации;
  • невысокая стоимость;
  • возможность хранить эти батареи в разряженном состоянии до 5 лет;
  • средняя устойчивость к перезаряду.

В то же время, никель кадмиевые источники питания имеют ряд недостатков:

  • наличие эффекта памяти, проявляющийся в потере емкости при зарядке АКБ, не дожидаясь полного разряда;
  • необходимость профилактических работ (несколько циклов заряда-разряда) по набору полной емкости;
  • полное восстановление АКБ после долговременного хранения требует трех-четырех циклов полного заряда-разряда;
  • большой саморазряд (около 10% в первый месяц хранения), приводящий к практически полному разряду батареи за год хранения;
  • невысокая энергетическая плотность по сравнению с другими элементами питания;
  • высокая токсичность кадмия, из-за которой они запрещены в ряде стран, в том числе в ЕС, необходимость проводить утилизацию таких АКБ на специальном оборудовании;
  • больший вес по сравнению с современными батареями.

Ni-Cd и Ni-Mh

Отличие Ni-Cd от Li-Ion или Ni-Mh источников

Батареи с активными компонентами, включающими никель и кадмий, имеют ряд отличий от более современных литий-ионных и никель-металлогидридных источников электроэнергии:

  • Ni-Cd элементы, в отличие от Li-Ion и Ni-Mh вариантов, имеют эффект памяти, обладают меньшей удельной емкостью при одинаковых размерах;
  • NiCd источники более неприхотливы, сохраняют работоспособность при очень низких температурах, во много раз более устойчивы к перезаряду и сильному разряду;
  • Li-Ion и Ni-Mh аккумуляторы стоят дороже, бояться перезаряда и сильного разряда, но имеют меньший саморазряд;
  • срок эксплуатации и хранения Li-Ion аккумуляторов (2-3 года) в разы меньше, чем Ni Cd изделий (8-10 лет);
  • никель-кадмиевые источники быстро теряют емкость при использовании в буферном режиме (например, в UPS). Хотя их можно после этого полностью восстановить путем глубокого разряда и заряда, лучше не использовать Ni Cd изделия в устройствах, где осуществляется их постоянная подзарядка;
  • одинаковость режима заряда Ni-Cd и Ni-Mh батарей позволяет использовать одни и те же зарядные устройства, но при этом нужно учитывать тот факт, что у никель-кадмиевых АКБ более выражен эффект памяти.

Исходя из имеющихся отличий, нельзя сделать однозначный вывод о том, какие АКБ лучше, поскольку у всех элементов есть и сильные и слабые стороны.

Правила эксплуатации

В ходе эксплуатации в Ni Cd источниках питания происходит ряд изменений, которые приводят к постепенному ухудшению характеристик и, в конечном итоге, к утрате работоспособности:

  • уменьшается полезная площадь и масса электродов;
  • изменяется состав и объем электролита;
  • происходит распад сепаратора и органических примесей;
  • утрачивается вода и кислород;
  • появляются утечки тока, связанные с ростом дендритов кадмия на пластинах.

Для того, чтобы максимально уменьшить повреждения батареи, возникающие при ее эксплуатации и хранении, необходимо избегать неблагоприятных воздействий на АКБ, которые связаны со следующими факторами:

  • заряд не полностью заряженной батареи приводит к обратимой утрате ее емкости из-за уменьшения общей площади активного вещества в результате кристаллообразования;
  • регулярный сильный перезаряд, который приводит к перегреву, увеличенному газообразованию, утрате воды в электролите и разрушает электроды (особенно анод) и сепаратор;
  • недозаряд, приводящий к преждевременному истощению батареи;
  • долговременная эксплуатация при очень низких температурах приводит к изменению состава и объема электролита, увеличивается внутреннее сопротивление АКБ и ухудшаются ее эксплуатационные характеристики, в частности падает емкость.

При сильном увеличении давления внутри батареи в результате быстрого заряда большим током и сильной деградации кадмиевого катода в АКБ может выделяться избыточный водород, что приводит к резкому увеличению давления, которое может деформировать корпус, нарушает плотность сборки, увеличивает внутреннее сопротивление и уменьшает рабочее напряжение.

В АКБ, оборудованных аварийным клапаном сброса давления, опасность деформации можно предотвратить, но необратимых изменений химического состава батареи избежать невозможно.

Зарядку Ni Cd аккумуляторов нужно производить током 10% (при необходимости быстрого заряда в специальных АКБ – током до 100% за 1 час) величины их емкости (например, 100 мА при емкости 1000 mAh) в течение 14-16 часов. Самый лучший режим их разряда – током, равным 20% от емкости батареи.

Как восстановить Ni Cd аккумулятор

Никель кадмиевые источники питания в случае потери емкости можно практически полностью восстановить с помощью полного разряда (до 1 вольта на элемент) и последующего заряда в стандартном режиме. Такую тренировку аккумуляторов можно повторить несколько раз для наиболее полного восстановления их емкости.

В случае невозможности произвести восстановление АКБ путем разряда и заряда, можно попробовать их восстановить с помощью воздействия короткими токовыми импульсами (величиной в десятки раз больше емкости восстанавливаемого элемента) на протяжении нескольких секунд. Это воздействие устраняет внутреннее замыкание в элементах батареи, возникающее из-за нарастания дендритов путем их выжигания сильным током. Существуют специальные промышленные активаторы, которые осуществляют такое воздействие.

Полное восстановление первоначальной емкости таких батарей невозможно из-за необратимого изменения состава и свойств электролита, а также деградации пластин, но дает возможность продлить срок эксплуатации.

Методика восстановления в домашних условиях заключается в проведении следующих действий:

  • проводом сечением не менее 1,5 квадратных миллиметров соединяют минус восстанавливаемого элемента с катодом мощной батареи, например автомобильной или из UPS;
  • к аноду (плюсу) одной из батарей надежно прикрепляется второй провод;
  • на протяжении 3-4 секунд свободным концом второго провода быстро касаются свободной плюсовой клеммы (с частотой 2-3 касания в секунду). При этом необходимо не допускать приваривания проводов в месте соединения;
  • вольтметром производится проверка напряжения на восстанавливаемом источнике, при его отсутствии делается еще один восстановительный цикл;;
  • при появлении электродвижущей силы на АКБ, она ставиться на зарядку;

Кроме того, можно попытаться разрушить дендриты в АКБ путем их заморозки на 2-3 часа с последующим их резким отстукиванием. При замораживании дендриты становятся хрупкими и разрушаются от ударного воздействия, что теоретически может помочь избавиться от них.

Ni-Cd АКБ

Существуют и более экстремальные способы восстановления, связанные с добавлением дистиллированной воды в старые элементы путем высверливания их корпуса. Но полноценное обеспечение герметичности таких элементов в последующем очень проблематично. Поэтому не стоит экономить и подвергать здоровье риску отравления соединениями кадмия из-за выигрыша нескольких циклов работы.

Хранение и утилизация

Хранить никель кадмиевые батареи лучше в разряженном состоянии при низкой температуре в сухом месте. Чем меньше температура хранения таких АКБ, тем меньше у них саморазряд. Качественные модели могут храниться до 5 лет без существенного ущерба техническим характеристикам. Для ввода их в эксплуатацию достаточно провести их зарядку.

Вредные вещества, содержащиеся в одной батарее АА, способны загрязнить около 20 квадратных метров территории. Для безопасной утилизации Ni Cd аккумуляторов, их нужно сдавать в пункты переработки, откуда их переправляют на заводы, где их должны разрушать в специальных герметизированных печах, оборудованных фильтрами, улавливающими токсичные вещества.

Источник



Что нужно знать про никель-кадмиевые аккумуляторы

Содержание

  1. Из истории создания
  2. Основные характеристики и преимущества
  3. Сфера применения
  4. Особенности эксплуатации
  5. Восстановление никель-кадмиевого аккумулятора
  6. Восстановление водой
  7. Восстановление методом запзаппинга
  8. Цикл разряд-заряд

На современном этапе существует множество аккумуляторов, которые имеют разный химический состав и, по причине присутствия в них тех или иных элементов, свои характерные особенности и преимущества в эксплуатации. Никель-кадмиевые аккумуляторы появились давно. Но до сих пор являются популярными и нужными в разных сферах человеческой деятельности.

Из истории создания

Первые щелочные Ni-Сd аккумуляторы появились еще в конце ХХ века. Их изобрел шведский ученый Вальдмар Юнгнер, в качестве положительного заряда использовав никель, а кадмий — в качестве отрицательного. Несмотря на очевидную пользу этого изобретения, по тем временам массовое производство таких батарей было весьма дорогостоящим и энергоемким. Поэтому было отложено на промежуток почти в 50 лет.

30-е годы прошлого столетия замечательны тем, что именно тогда была создана техника внедрения химически активных материалов пластин на пористый электрод, покрытый никелем. Массовое же производство Ni-Cd аккумуляторов началось после 50-х годов.

Основные характеристики и преимущества

Никель-кадмиевые аккумуляторы, в большинстве случаев, имеют цилиндрическую форму. Поэтому в простонародье их часто называют «банками». Есть и плоские Ni батарейки — например, для часов. Все зарядные элементы такого типа имеют сравнительно небольшую емкость, если сопоставлять их с никель-металлогидридными АКБ (Ni-MH), появившимися значительно позже с целью усовершенствования Ni-Cd аккумуляторов.

Однако более низкие показатели емкости не являются тем недостатком, который мог бы стать причиной для того, чтобы старый добрый кадмиевый аккумулятор был окончательно снят с производства. Один из его несомненных плюсов — это то, что при эксплулатации он нагревается не так быстро, как MH. Это значительно снижает риск его перегрева и преждевременного выхода из строя.

Более медленный процесс нагревания Ni-Cd обусловлен тем, что химические реакции, протекающие внутри них, являются эндотермическими. Иными словами, выделяемое во время реакций тепло поглощается внутри. Что касается MH, они отличаются от кадмиевых экзотермическими реакциями с выделением большого количества тепла. В связи с этим MH нагреваются гораздо быстрее и могут «перегореть», если вовремя не прекратить их использование.

Ni-Сd аккумуляторы имеют плотный металлический корпус, отличающийся повышенной прочностью и хорошей герметичностью. Они способны устоять при любых химических реакциях внутри и выдержать большое давление газов даже в самых худших условиях. Вплоть до понижения температуры до -40°С. Никель кадмиевые-аккумуляторы не подвержены риску самовозгорания, в отличие от современных литиевых.

Среди них есть мощные и надежные промышленные аккумуляторы Ni, которые могут полноценно работать в течение 20-25 лет. И, несмотря на то, что на смену этим АКБ уже давно пришли MH и литиевые с большей емкостью, Ni-Cd аккумуляторы продолжают активно применяться и по сей день.

Если говорить о ценовой категории, стоимость Ni-Cd значительно ниже, чем у других батарей. Это также является одним из их основных плюсов.

Сфера применения

Небольшие Ni-Cd аккумуляторы широко используются для питания различной бытовой техники и аппаратуры, преимущественно, в тех случаях, когда тот или иной прибор потребляет большое количество тока. Стандартные «банки» до сих пор обеспечивают работу электродрелей и шуруповертов. Элементы больших размеров незаменимы в общественном транспорте. Например, в троллейбусах или трамваях с целью питания цепей их управления, в судоходном деле и особенно в сфере авиации как бортовые вторичные источники тока.

Читайте также:  Запуск через прикуриватель для аккумулятора

Особенности эксплуатации

Поскольку Ni-Cd аккумуляторы заметно нагреваются, только если они заряжены полностью, большая часть устройств «понимает» это в качестве сигнала, по которому следует прекращать процесс зарядки. Для того чтобы они работали дольше, их рекомендуется быстро заряжать, а использовать — до полного разряда: в отличие от MH, никель-кадмиевые аккумуляторы глубокой разрядки не боятся.

Этот вид АКБ — единственный из элементов питания, которые рекомендуется хранить полностью разряженными, в то время, как MH следует хранить заряженными полностью, и им периодически нужна проверка напряжения на выходе. Такая разница, при существенном отличии в эксплуатации, безусловно, является еще одним очевидным пунктом в пользу Ni-Cd.

При долгом хранении без использования в разряженном виде с батарейками не случится ничего страшного. Но, чтобы привести их в рабочее состояние, нужно два-три раза провести им полный цикл «заряд-разряд». Лучше делать это незадолго до применения, можно за сутки, и тогда никель-кадмиевые аккумуляторы будут работать с оптимальной токоотдачей.

Любой Ni-Cd, применяемый в быту, при его питании током небольшой величины и периодической неполной разрядкой может значительно потерять емкость, что создает впечатление полного выхода АКБ из строя. Если Ni-Cd долгое время находился на подзарядке, например, в устройстве с постоянным питанием, он тоже лишится определенного показателя ёмкости, хотя уровень его напряжения, при этом, будет верным.

Это значит, что использовать Ni-Cd в режиме постоянной подпитки и «недоразряда» не стоит, а если такое все же произошло с батарейкой, одного цикла глубокой разрядки с последующим полным зарядом будет достаточно для того, чтобы емкость была восстановлена.

Такой эффект называется «эффектом памяти» и возникает, когда не до конца разряженная батарея подвергалась подзарядке раньше, чем она разрядится полностью. Дело в том, что при производстве никель-кадмиевых аккумуляторов используются так называемые прессованные электроды. Это очень удобно, так как «прессовка» высокотехнологична и обходится дешевле. Но именно ее химический состав склонен к «эффекту памяти» — иными словами, к появлению в электрохимическом составе АКБ «лишнего» двойного электрического слоя в виде крупных кристаллов, что обусловливает снижение напряжения.

Именно поэтому Ni-Cd элементы так «любят» полный и глубокий разряд, после которого, «очистив память», они могут долгое время работать полноценно.

Восстановление никель-кадмиевого аккумулятора

Среди любителей электроники постоянно ведутся споры и разговоры о том, что делать, если Ni-Cd аккумулятор вышел из строя, как восстановить Ni и насколько целесообразно это делать вообще. Конечно, гораздо проще сразу приобрести новую батарею. Но бывает и так, что в ближайшее время это сделать невозможно: замены просто не оказалось под рукой, а ближайший магазин находится далековато. Поэтому тем, кто постоянно работает, например, с электрическими инструментами, время от времени приходится заниматься восстановлением никель-кадмиевых аккумуляторов очень интересными способами. Как произвести ремонт аккумулятора шуруповерта, например?

Восстановление водой

Можно попробовать провести восстановление работоспособности Ni-Cd аккумуляторов с помощью самого обычного электролита в виде дистилированной воды.

Для этого понадобится несколько нехитрых инструментов и приспособлений:

  • паяльная кислота;
  • одноразовый шприц;
    паяльник;
  • немного дистилированной воды.

Обычно аккумуляторный блок, находящийся внутри дрели или шуруповерта, выглядит как связка из нескольких металлических «банок», обернутых плотной бумагой. Для того чтобы понять, какая «банка» в связке самая слабая, нужно вначале измерить напряжение на полюсах каждого элемента. Как проверить напряжение? Очень просто, с помощью мультиметра или тестера. Чаще всего, показатель напряжения у самых слабых «банок» близок или равен нулю.

Для того чтобы начать процесс восстановления, нужно просверлить в батарейке небольшое отверстие, предварительно освободив ее от бумаги или этикетки. Сделать это можно с помощью шуруповерта, используя острый саморез №16. Важно позаботиться о том, чтобы не повредить внутренность аккумулятора, а просверлить только его внешнюю оболочку.

В данном случае стоит отметить еще одно несомненное преимущество: в таких батареях, вследствие их конструкции, повышенной герметичности и особенности протекающих химических реакций, не происходит самопроизвольного возгорания. Поэтому любительские методы возвращения никель-кадмиевых элементов к жизни являются безопасными, в отличие от проведения подобного рода манипуляций с современными литиевыми батареями, склонными к взрывам и вздутиям.

В одноразовый шприц набирается 1 мл дистилированной воды, и АКБ постепенно заполняется ею. При этом важно не торопиться, следить за тем, чтобы вода постепенно проникала внутрь батареи. Дистилированная вода нужна для возвращения и создания необходимой плотности электролита внутри АКБ. После того как вода будет залита, отверстие закрывается паяльной кислотой, которая берется на спичку, и запаивается хорошо разогретым паяльником.

Некоторые умельцы утверждают, что, если вместо дистилированной воды залить внутрь батареи электролит от шахтерских фонариков, АКБ будет работать гораздо лучше и дольше.

В заключение нужно снова провести замеры напряжения мультиметром и поставить аккумулятор на зарядку. Конечно, паяная батарея прослужит недолго, но это может помочь выиграть какое-то время перед приобретением новой.

Восстановление методом запзаппинга

Для никель-кадмиевых аккумуляторов существует проверенный, но весьма рискованный метод восстановления, который называется запзаппинг. Суть его заключается в том, что батарейки подвергаются коротким разрядам очень высоких токов, в десятки раз превышающих норму. Каждый элемент в буквальном смысле слова «прожигается» короткосекундными токовыми импульсами в 10, 20 ампер и выше.

Запзаппинг требует хорошей подготовки любителя электроники и соблюдения техники безопасности в виде защитных очков и, желательно, спецодежды. Утверждается, что он восстанавливает элементы, не употреблявшиеся 20 лет и более. Следует помнить о том, что запзаппинг применим исключительно к никель-кадмиевым аккумуляторам. Восстановление Ni-MH аккумуляторов таким способом проводить не рекомендуется.

Цикл разряд-заряд

Для того чтобы устранить «эффект памяти», нужно разрядить АКБ до 0,8-1 вольта, после чего полностью зарядить ее снова. Если батарея не восстанавливалась в течение долгого времени, таких циклов можно провести несколько, а для минимизации «эффекта памяти» тренировать батарею таким образом желательно раз в месяц.

Что же касается популярного «школьного» метода, подразумевающего заморозку NiСd или NiMH аккумуляторов в морозильной камере — невзирая на то, что эффективность этого способа весьма сомнительна, в сети можно найти большое количество информации о «восстановлении» батареек путем помещения их в холодильник. На самом деле, лучше применить способ восстановления элементов дистиллированной водой — по крайней мере, в данном случае шансов реанимировать их будет гораздо больше.

Итак, никель-кадмиевые аккумуляторы не уступают современным батареям по ряду преимуществ своих технических характеристик. Они по-прежнему надежные, прочные, недорогие и максимально безопасны в применении.

Источник

Никель-кадмиевые (ni-cd) аккумуляторы

Никель-кадмиевые (ni-cd) аккумуляторы

Источники питания с электродом из кадмия используются для питания многих приборов и аппаратов. Несмотря на повышенную вредность для здоровья и окружающей атмосферы, пока не представляется возможным полностью заменить их на аналоги. Они нашли постоянное применение в электронике с токами разряда, имеющими повышенное значение.

  1. История создания ni cd аккумуляторных батарей
  2. Устройство никель кадмиевых аккумуляторов
  3. Химические реакции протекающие в батарее
  4. Основные процессы в АКБ
  5. Реакции на катоде
  6. Реакции на аноде
  7. Основные технические характеристики
  8. Маркировка никель кадмиевых аккумуляторов
  9. Области применения ni cd аккумуляторов
  10. Особенности эксплуатации
  11. Достоинства и недостатки
  12. Как восстановить ni cd аккумулятор
  13. Восстановление при помощи воды
  14. Метод запзаппинг
  15. Разряд-заряд

История создания ni cd аккумуляторных батарей

Годом, когда был произведен первый ni cd аккумулятор считается 1899. Тогда изготовление нового источника питания было слишком накладное из-за дороговизны технологии добычи некоторых материалов для АКБ, поэтому разработки временно отложили. Вторую жизнь он получил в 1932 году, когда был открыт метод, при котором активное вещество получилось осадить на электроде из никеля.

В 1947 году ученые смогли добиться восстановления газов, выделяющихся при зарядке внутри батареи без их дополнительного вывода. С тех пор в промышленности начали производить никель кадмиевые аккумуляторы в герметичном корпусе, которые используются для питания в современных приборах и электронике. На рынке представлен широкий спектр АКБ от различных производителей.

В последнее время ni cd аккумуляторы теснят их усовершенствованные аналоги ni mh, а также источники питания с литиевыми электродами. Аналоги нашли широкое распространение в портативной электронике. Главной причиной такого изменения это вредность кадмия, и дорогостоящей утилизации для которой требуется применять специальные технологии. Однако некоторое оборудование способно работать только там, где используется ni cd аккумулятор.

Важно! Источники питания с кадмиевыми электродами являются вредными для здоровья человека и атмосферы, требуют специальной утилизации.

Устройство никель кадмиевых аккумуляторов

Конструкция таких источников питания состоит из двух электродов заряженными разноименными зарядами, разделенных между собой сепаратором, все элементы помещены в электролит и герметично закрыты в пластиковом или металлическом корпусе.

Элементы батареи

Положительный электрод имеет в своем составе никелевый гидроксид-оксид (NiOOH), а отрицательный электрод выполняется из кадмия. В качестве электролита применяется высокоактивная щелочь KOH, она не подвержена воздействию огня и невзрывоопасна, не имеет запаха.

Благодаря фольгированию металла при изготовлении электродов удалось добиться увеличения площади взаимодействия. В качестве сепаратора применяется материал, который не подвержен растворению в щелочи. В результате герметичности корпуса никель кадмиевые аккумуляторы не расходуют электролит в процессе эксплуатации.

В верхней части корпуса находятся токосъемные контакты с их помощью возможно соединение отдельных элементов в батареи. Также крышка имеет отверстие с пробкой для доливки щелочи, а также улетучивания избыточных газов в процессе зарядки АКБ.

Сами электроды представлены в виде пластин, разделенных между собой специальным материалом. Одноименно заряженные пластины собираются в один пучок и сварным способом соединяются с контактом на крышке корпуса АКБ. Сепаратор не препятствует свободному протеканию электролита между электродами.

По типу исполнения источники питания с кадмиевым электродом разделяют на два вида:

  • Призматические. В них электроды выполняют в виде пластин и укладывают друг на друга через сепаратор.
  • Цилиндрические. В таких батареях электроды изготавливают в виде ленты и сворачивают в рулоны, между катодом и анодом также располагают сепаратор.

Интересно знать! Одиночные гальванические элементы, батарейки способны выдавать напряжение около 1 В, поэтому для питания электротехники их собирают в батареи.

Химические реакции протекающие в батарее

Для рассмотрения процессов, которые хранит ni cd аккумулятор необходимо рассмотреть каждую реакцию отдельно.

Основные процессы в АКБ

В результате эксплуатации при циклах заряд-разряд внутри никель кадмиевых АКБ протекают следующие реакции:

При режиме перезарядки на катоде наблюдаются такие процессы:

В результате происходит выделение кислорода, который проникает через сепаратор и взаимодействует с анодом, начинается реакция:

Вышеперечисленные химические уравнения показывают циркуляцию атомов кислорода, тем самым стабилизируется внутренне давление при режиме перезаряда. Также при данном режиме на аноде может выделяться водород с последующим его окислением на катоде:

В герметичных батареях быстрый процесс выделения газообразного водорода может привести к взрыву, поэтому емкость для электрода с кадмием изготавливают значительно больше, чем у никелевого.

Реакции на катоде

На никелевом электроде в зависимости от условий эксплуатации протекают различные реакции:

  • Зарядка. Ni(OH)2+OH — ⇒ NiOOH+H2O+e — ;
  • Разрядка. NiOOH+H2O+e — ⇒ Ni(OH)2+OH — .

Восполнение заряда необходимо проводить с незначительной перезарядкой, в результате чего образуется NiOOH, благодаря такому соединению активная масса электродов ni cd батареи не теряет свою активную массу в значительном количестве.

Реакции на аноде

На кадмиевой пластине аккумулятора происходят следующие процессы:

  • Зарядка. Cd(OH)2+2e − ⇒ Cd+2OH − ;
  • Разрядка. Cd+2OH − ⇒ Cd(OH)2+2e − .

Собственная емкость отрицательного полюса значительно выше, чем у положительного. Благодаря такому свойству анод на протяжении всего срока эксплуатации не теряет значения внутреннего потенциала.

Основные технические характеристики

Источники питания с кадмиевым электродом имеют следующие основные технические свойства:

  • Минимальное значение разрядного напряжения 0,9 В.
  • Значение нормального рабочего напряжения 1,2 В, при необходимости создания вольтажа 24 В и 12 В, одиночные элементы собирают в батареи при последовательном соединении.
  • Напряжение ni cd аккумулятора при полном заряде 1,5 В.
  • Диапазон рабочих температур от -50°С до +40°С, такие показатели выгодно выделяют данный тип источника питания в отличие от аналогов.
  • В зависимости от условий эксплуатации достигается количество рабочих циклов до 2000.
  • Самостоятельный разряд составляет 25% от начальной емкости.
  • Удельная энергетическая емкость до 65 Вт*ч/кг.
  • Срок службы nicd аккумуляторов составляет значение до 10 лет.

Маркировка никель кадмиевых аккумуляторов

Ni cd аккумуляторы, как и любое электрическое оборудование имеет собственную маркировку благодаря которой становится возможным узнать основные технические параметры элемента. Основные символы расшифровывают так:

  1. Первые цифры указывают на количество отдельных элементов, соединенных в батарею.
  2. Буквенное обозначение НК или К обозначает, что перед вами никель кадмиевый аккумулятор.
  3. Латинские буквы L или H уточняют режим разряда АКБ. L- длительный разряд, H- кратковременный разрядный режим.
  4. Последующее цифровое значение указывают на собственную емкость источника питания.
  5. Буквы Р(П) обозначают, что емкость элемента выполнена из пластика.
  6. К- тип сборной конструкции батареи, каркасная.

Пальчиковая батарейка

Области применения ni cd аккумуляторов

Основные сферы использования никель кадмиевых аккумуляторов — это источники питания, для оборудования которое имеет повышенные токи разряда. В такой электротехнике ni cd аккумуляторы способны обеспечивать стабильную мощность, а также не подвержены перегреву в процессе эксплуатации при максимальном токе, в отличие от аналогов. Данные батареи применяются для питания разнообразного транспорта такого как троллейбусы, небольшой водный транспорт, а также для тяги в электрических карах.

Читайте также:  Электросамокаты с сиденьем как выбрать топ 10 лучших для взрослых

Аккумуляторы

До появления литиевых широко применялись кадмиевые батареи для питания переносного инструмента, а также в плоском исполнении использовались в компьютерах при питании независимой памяти. Использовались они в фотоаппаратах, калькуляторах, фонариках и приборах для улучшения слуха. Они способны длительно храниться в разряженном состоянии, не подвержены пагубному действию пониженных температур. Благодаря малому внутреннему сопротивлению и пониженному удельному весу кадмиевые батареи до сих пор применяются для питания бортовой сети в авиации и переносных радиостанциях.

Особенности эксплуатации

Если восстанавливать заряд никель кадмиевых аккумуляторов, может возникать перегрев электролита, на это рассчитаны многие зарядные устройства, которые прекращают при этом зарядку. Для увеличения срока службы необходимо соблюдать правила эксплуатации. Производители рекомендуют полный разряд и быструю подзарядку в процессе работы батареи.

Хранить данные источники питания необходимо при полном разряде практически до нулевого значения, сроки хранения при этом могут достигать 5 лет. Такие условия выгодно отличают никель кадмиевый аккумулятор от аналогичных. Для восстановления после хранения следует провести несколько циклов заряд-разряд, рекомендуется за сутки перед непосредственным применением. В результате своеобразной тренировки получиться добиться возрождения первоначальной емкости АКБ. При неполном разряде и последующей зарядке емкость может преждевременно снижаться, спасти может полный разряд и полный заряд.

Утилизацию кадмиевых батарей запрещается просто выбрасывать совместно с бытовыми отходами, так как вещества, содержащиеся в них, отличаются повышенной вредностью. После прихода аккумулятора в полную негодность его необходимо сдавать в пункты приема и переработки.

Достоинства и недостатки

К преимуществам ni cd аккумулятора следует отнести такие полезны свойства:

  • Повышенный срок службы, а также большое число рабочих циклов.
  • Возможность хранения до 5 лет в разряженном состоянии, причем потом можно восстановить значение внутренней емкости.
  • Присутствие режима быстрого заряда.
  • Сохранение работоспособности при низких и высоких рабочих температурах.
  • Не подвержены пагубному воздействию режимов перезаряда.
  • Низкая стоимость.

К основным отрицательным показателям относят:

  • присутствие такого свойства, как «эффект памяти»;
  • необходимость применения тренировки несколькими циклами заряд-разряд;
  • повышенный самостоятельный разряд;
  • невысокая плотность энергии в отличие от аналогов;
  • высокая вредность применяемого в качестве электрода кадмия;
  • имеют вес выше, чем у аналогов.

Как восстановить ni cd аккумулятор

При полном выходе из строя данных аккумуляторов возникает вопрос, а существует вероятность его восстановления. Многие специалисты в электронике постоянно спорят на эту тему, стоит ли это делать и как. Существует несколько основных способов возвращения первоначальной емкости ni cd аккумулятору.

Восстановление при помощи воды

В качестве панацеи может послужить обычная дистиллированная вода. Перед началом самого процесса необходимо подготовить следующие приспособления и инструменты:

  • кислота для пайки;
  • медицинский одноразовый шприц;
  • электрический паяльник;
  • небольшое количество дистиллированной воды.

Изначально необходимо найти вышедший из строя элемент, для этого измеряется значение напряжения, плохих элементов оно стремиться или равно нулю. Затем в корпусе аккумулятора сверлится отверстие, при этом важно не повредить электроды.

Важно! В никель кадмиевых АКБ герметичного исполнения невозможно самовозгорание, в отличие от литиевых.

В шприц набираем необходимое количество воды, и аккуратно заливаем в аккумулятор, торопиться не следует нужно дать возможность ей свободно пропитаться. После заполнения отверстие в корпусе аккуратно запаивают при помощи кислоты и паяльника. Элемент проверяется прибором и устанавливается в устройство для восстановления заряда. Такой способ продлевает жизнь АКБ, но ненадолго.

Метод запзаппинг

Особенность такого метода заключается в применении повышенных импульсов тока при заряде. При использовании такого способа необходимо соблюдать требования безопасности, а также следует иметь первоначальные знания в электротехнике. Ток заряда ni cd аккумуляторов может достигать при этом 20 А, что может быть опасно для жизни.

Интересно знать! Запзаппинг позволяет восстановить аккумуляторные батареи, хранившиеся до 20 лет.

Разряд-заряд

Чтобы устранить неприятный «эффект памяти» необходимо понизить значение напряжения до значения 0,8 В, а потом восстановить его до номинального показания. При продолжительном сроке хранения следует провести несколько таких циклов. Производители рекомендуют для продления работоспособности батареи тренировать ее таким образом как минимум раз в месяц.

Существует также метод заморозки никель кадмиевых батарей, такой способ вызывает сомнения у многих специалистов и у разработчиков источников питания.

Исходя из всех полезных свойств ni cd аккумуляторы не уступают своим аналогам по техническим характеристикам. До сих пор они являются самыми дешевыми, применение современных технологий делает их надежными и безопасными при соблюдении требований эксплуатации.

Источник

Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы

Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd), являются довольно распространённым типом накопителей электроэнергии, который нашёл своё применение в разных областях. Естественно, как и другие разновидности АКБ, NiCd обладают своими положительными и отрицательными сторонами, которые делают их более или менее приемлемыми в тех или иных случаях. Они часто обслуживают бытовую технику, электрические приборы, транспорт и применяются даже в авиации. В этой теме мы подробно обсудим эти замечательные источники питания.

NiCd был изобретён в далёком 1899 году, шведом Вальдемаром Юнгнером. Плюсовой электрод изготовили из никеля, а минусовой — из кадмия. Спустя два года, внёс свою лепту в общее дело знаменитый изобретатель Томас Эдисон, предложив альтернативную схему. Учёный решил вместо кадмия применить железо. Никель-кадмиевая и никель-железная системы стоили скажем так не дёшево, поэтому их практическое применение было ограничено.

Технический прогресс на месте как говорится не стоит и после появления в 1932 году спрессованного анода, было произведено большое количество модернизаций. По итогу, разработчики получили повышенный ток нагрузки и более длительный срок эксплуатации. Довольно распространённый сегодня герметичный NiCd, стал реальностью после создания целиком герметичного элемента, а произошло это знаменательное событие в 1947 году.

Устройство и принцип действия

В Ni-Cd накопителе энергии имеются два электрода: никелевый и кадмиевый. Плюсовой электрод — это паста гидроксида никеля, соединённая с проводящим материалом и нанесённая на стальную сеточку, а минусовой электрод, исполнен в виде стальной сеточки с впрессованным в неё губчатым кадмием. Роль электролита играет высокоактивная щёлочь, не являющаяся взрывоопасной. Также, она ничем не пахнет. Всё это герметично запаковано в металлический либо пластиковый корпус, который может иметь плоскую, кубическую или цилиндрическую форму.

При производстве электродов применяется фольгирование металла, что позволяет увеличить площадь контакта. Сепараторы изготовлены из материала, который не растворяется в щёлочи. Они не мешают свободному перемещению электролита между электродами. Внутри NiCd электронакопителя протекает химический процесс в котором задействованы гидроксиды никеля, кадмия и воды. Данный процесс является обратимым.

Вверху батареи располагаются токосъёмные контакты, посредством которых можно соединять отдельные компоненты в блоки. В крышке имеется отверстие с пробкой, чтобы можно было добавлять щёлочь и кроме того, через это отверстие улетучиваются избыточные газы по ходу зарядки источника энергии.

По типу исполнения накопители с кадмиевым электродом разделяются на две разновидности:Технические характеристики

☑ Минимальное напряжение разряда — 0,9 V.

☑ Нормальное рабочее напряжение — 1,2 V. Если нужно организовать вольтаж 24 V и 12 V, отдельные компоненты собирают в блоки соединяя их последовательно.

☑ Напряжение в NiCd электронакопителе при 100% заряде — 1,5 V.

☑ NiCd могут функционировать в температурном диапазоне -50. +40 градусов, что безусловно выделяет такое оборудование среди конкурентов.

☑ В зависимости от условий, в которых эксплуатируется оборудование, Ni-Cd АКБ может выдержать до 2000 циклов.

☑ Саморазряд доходит до показателя 25% от стартовой ёмкости.

☑ Удельная энергетическая ёмкость до 65 Вт*ч/кг.

☑ Никель-кадмий служит до десяти лет. Но это ещё не всё: современные ламельные промышленные NiCd аккумуляторы могут протянуть 20-25 лет!

Преимущества и недостатки

Естественно, как и других источников питания, у никель-кадмия есть свои положительные и отрицательные стороны. В некоторых сферах такие накопители энергии трудно заменить чем-либо поэтому пока не выйдут в свет более совершенные технологии, NiCd будет ещё долго выполнять свои функции, ведь эксплуатационные характеристики у них вполне конкурентноспособные.

✅ Широкий диапазон рабочих температур (-50. +40 градусов, можно заряжать при температуре ниже нуля). Правда достоверных сведений, относительно того, как будет вести себя оборудование при столь низких температурных режимах — нет!

✅ Можно хранить продолжительное время в разряженном состоянии.

✅ Может выдержать много циклов разряда/заряда.

✅ Безопасность. Если брать в сравнение Li-ion, то NiCd при разгерметизации загореться не могут. Также они безопасны при транспортировке — без проблем принимаются авиакомпаниями в качестве груза.

✅ Низкое сопротивление. Именно по этой причине изделие не будет нагреваться в процессе зарядки даже в том случае, если применяется большой ток. Греться аккумулятор начинает тогда, когда «заправится» под завязку, что и является сигналом для окончания процесса подзарядки.

✅ Относительно стабильно функционирует при сильном минусе.

✅ «Гибкий» форм-фактор. Могут создаваться разных размеров для разных вариантов установки.

✅ Доступные по цене. Это самый дешёвый тип электронакопителей при пересчёте на цикл.

⛔ Довольно высокий уровень самостоятельного разряда. NiCd источник питания может утратить до 10% ёмкости уже в первые сутки, а через один-два месяца, электронакопитель разрядится в ноль. Однако на рынке имеют место модели NiCd, потеря ёмкости у которых составляет всего 10-12% за месяц. Тут имеет значение ещё и то, насколько заряжена аккумуляторная батарея.

⛔ После продолжительного хранения без активности, Ni-Cd потребуется восстановить по специальной методике.

⛔ NiCd нужно в обязательном порядке доводить до полного разряда, так как у них присутствует отчётливо выраженный эффект памяти.

⛔ У никель-кадмия низкая энергетическая плотность.

⛔ Ni-Cd накопители энергии нуждаются в периодической «тренировке»: 3-4 заряда/разряда для восстановления.

⛔ Меньшая ёмкость при большей массе, если сравнивать с альтернативными типами источников энергии при тех же габаритах.

⛔ Низкое напряжение с понижением от 1,5 V (при первых 10%) до 1,2 V (потребуется большое количество элементов для создания высокого напряжения).

Вопрос эффекта памяти стоит обсудить более подробно, так как он является одной из особенностей NiCd батарей. Устройство запоминает напряжение, до которого оно разрядилось ранее и при очередном цикле будет отдавать энергию лишь до этого показателя. Если заряд АКБ был использован наполовину и агрегат установили на зарядку, то его ёмкость упадёт на 50 процентов. Данное обстоятельство придётся учитывать в обязательном порядке.

В минусы можно записать и токсичные материалы, присутствующие в никель-кадмиевых накопителях энергии. Такие аккумуляторы нельзя просто выбросить в мусорный бак! Кадмий является ядовитым металлом и именно по этой причине, NiCd батареи в некоторых странах вообще запрещено производить, но в то же время, их там дозволяется использовать. В принципе, если не подвергать такие АКБ разборке и если корпус не разрушится — они не опасны. Как бы там не было, Ni-Cd изделия должны утилизироваться по определённым правилам, а сама процедура утилизации никель-кадмия, весьма дорогостоящей является.

▶ Первые цифры указывают на число отдельных компонентов образующих аккумулятор, сколько их соединено в сумме.

▶ Буквы НК или К обозначают, что вы имеете дело с Ni-Cd электронакопителем.

▶ Латинские литеры L либо H указывают на режим разряда источника энергии. L — длительный разряд, H — кратковременный разряд.

▶ Последующее цифровое обозначение указывает на ёмкость аккумуляторной батареи.

▶ Литеры Р(П) дают нам понять, что корпус электронакопителя изготовлен из пластика.

▶ К — тип сборной конструкции источника энергии — каркасный.

Отличия никель-кадмия от литий-иона и никель-металлогидрида

☑ NiCd, в отличие от своих оппонентов, обладает сильно выраженным эффектом памяти и более скромной удельной ёмкостью при идентичных габаритах.

☑ Ni-Cd батареи менее прихотливы, стабильно работают при довольно низких температурах, намного более устойчивы к перезаряду и переразряду.

☑ Li-Ion и Ni-Mh стоят дороже, но имеют меньшую степень саморазряда.

☑ Литий-ионные изделия могут служить и храниться два-три года, а это в разы меньше по сравнению с NiCd, которые могут порадовать своих обладателей сроком службы до десяти лет.

☑ Никель-кадмиевые аккумуляторы утрачивают ёмкость быстрыми темпами при функционировании в буферном режиме. В принципе, после таких недоразумений их можно полностью привести в себя посредством глубокого разряда и заряда. Самым лучшим вариантом будет не применять Ni-Cd электронакопители в девайсах, где происходит их постоянная подзарядка.

☑ Никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторные батареи идентичны по режиму заряда, что даёт возможность применять одно и то же зарядное оборудование. Однако при этом нужно учитывать тот факт, что у Ni-Cd напокопителей энергии значительно больше выражен эффект запоминания.

Как видим, никель-кадмиевые АКБ в чём то переигрывают своих конкурентов, но в то же время, чем то и уступают им. В связи с этим, нельзя однозначно сказать какая разновидность аккумуляторов лучше — они все по своему хороши.

По ходу эксплуатации NiCd батарей, в них происходят некоторые изменения, влекущие за собой постепенное ухудшение рабочих характеристик, что в конечном итоге приводит к потере работоспособности.

Вот перечень этих негативных преобразований:

Для того чтобы в максимальной степени снизить негативные последствия для никель-кадмиевого накопителя возникающие в процессе его хранения и эксплуатации, нужно нейтрализовать неблагоприятные воздействия на аккумулятор:

⛔ если на регулярной основе подвергать АКБ сильному перезаряду, то можно ожидать таких неприятностей: перегрев, повышенное газообразование, утрата воды в электролите, разрушение электродов, особенно анода, разрушение сепараторов;

⛔ недозаряд, приводящий к ускоренной выработке аккумулятора;

⛔ продолжительная эксплуатация при очень низких отрицательных температурах, влечёт за собой изменение состава и объёма электролита, повышение внутреннего сопротивления накопителя, снижение его эксплуатационных характеристик, конкретно, уменьшается ёмкость.

Читайте также:  FAQ для Запасныый часть квадрокоптера дистанционного управления 7 4В 2700мАч 10C аккумулятор для Hubsan H501S H501C

Быстрая зарядка высоким током и значительная деградация кадмиевого катода, приводят к существенному возрастанию давления внутри аккумулятора. По итогу, в электронакопителе может выделяться избыточный водород, что влечёт за собой дополнительное резкое поднятие давления, которое может деформировать корпус никель-кадмиевой АКБ, нарушить плотность сборки, повысить внутреннее сопротивление и снизить рабочее напряжение.

В экземплярах оснащённых аварийным клапаном сброса давления, риск деформации можно свести к нулю, однако необратимых изменений химсостава источника энергии избежать не удастся.

Заряжать никель-кадмий можно током 10% от величины его ёмкости на протяжении 14-16 часов. Самым оптимальным вариантом разряда, будет использование тока равного 20% от ёмкости электронакопителя.

Ni-Cd в случае утраты ёмкости можно восстановить практически полностью. Потребуется организовать полный разряд (до 1 V на элемент) и последующий заряд в стандартном режиме. Эту процедуру можно проделать несколько раз, так будет обеспечена наиболее полная регенерация ёмкости.

Восстановление можно осуществить и посредством воздействия короткими токовыми импульсами на протяжении нескольких секунд. Их величина должна быть в десятки раз больше ёмкости восстанавливаемого накопителя. Подобные манипуляции устранят внутреннее замыкание в компонентах аккумулятора, образующееся по причине нарастания дендритов. Есть специальные промышленные активаторы, осуществляющие описанное воздействие.

Стопроцентное восстановление изначальной ёмкости никель-кадмиевых АКБ невозможно, так как происходят необратимые изменения состава и свойств электролита, а также деградация пластин. Зато можно продлить срок эксплуатации данного оборудования.

Для проведения восстановительных мероприятий в домашних условиях, потребуется осуществить следующие действия:

1. Берём провод сечением не менее 1,5 мм2 и соединяем «-» восстанавливаемого девайса с катодом мощного электронакопителя. К примеру можно взять АКБ из машины либо из UPS.

2. К «+» одного из аккумуляторов присоединяем второй провод.

3. На протяжении 3-4 секунд свободным концом второго проводка быстро касаемся свободной «+» клеммы. Частота касаний — 2-3 в секунду. По ходу всего действа не допускайте «приваривания» проводков в местах соединения.

4. Вольтметром замеряем напряжение на восстанавливаемой батарее, при его отсутствии, производится ещё один восстановительный цикл.

5. Когда на аккумуляторе появляется электродвижущая сила, его устанавливают на зарядку.

Ещё, можно попытаться организовать разрушение дендритов в электронакопителе прибегнув к их заморозке на два-три часа. Далее нужно осуществить интенсивное обстукивание. В процессе заморозки дендриты приобретают хрупкость и разрушаются при ударных воздействиях. Предположительно, это поможет избавиться от них.

Имеются и более экстремальные методы восстановления NiCd АКБ. К примеру, высверливаем корпус (только внешнюю оболочку) старого элемента и воспользовавшись шприцем добавляем туда дистиллированную воду, которая постепенно заполнит пустоты. Однако по итогу, мы будем иметь большие проблемы с полноценной герметичностью источника питания. Поэтому к таким способам восстановления нужно прибегать только в самых крайних случаях, иначе есть шанс попросту отравиться ядовитыми веществами ради выигрыша нескольких «бонусных» циклов работы.

Основные сферы применения Ni-Cd — оборудование, имеющее повышенные разрядные токи. Такой электротехнике NiCd накопители могут обеспечить стабильную мощность. Также они не перегреваются в процессе работы при максимальном токе.

Ni-Cd обслуживают разнообразный транспорт: троллейбусы, небольшие водные средства передвижения, электрокары.

До выхода на рынок литиевых источников энергии, кадмиевые АКБ широко использовались для обслуживания переносного инструмента, а также, в плоском исполнении внедрялись в ПК для питания независимой памяти. Нашёл своё место NiCd и в фотоаппаратах, фонариках, калькуляторах, устройствах для улучшения слуха.

Никель-кадмий способен длительное время храниться в разряженном состоянии и он не подвержен пагубному влиянию отрицательных температур. Низкое внутреннее сопротивление и низкая удельная масса, делают никель-кадмий весьма подходящим вариантом для питания бортовой сети летательных аппаратов и для обслуживания переносных радиостанций.

Сейчас, по причине ужесточения экологических требований большинство электробатарей популярных типоразмеров, таких как AA, AAA и других, производятся по Li-Ion и Ni-Mh технологиям. Но в то же время, довольно большое количество никель-кадмиевых АКБ различных типоразмеров выпущенных несколько лет назад, благополучно эксплуатируются и по сей день. Естественно, сейчас их также можно приобрести, причём, за довольно привлекательную сумму.

Как и любой другой источник питания, никель-кадмиевые электронакопители также должны храниться при определённых условиях, чтобы подольше сохранять свои рабочие характеристики.

☑ В прохладном сухом месте. Если держать при высоких температурных режимах, самостоятельный разряд будет более интенсивным.

☑ С любым промежуточным процентом заряда. Полный разряд и полный заряд — исключены. Оптимальным уровнем считается показатель 40-60%.

☑ По ходу хранения, один раз в 90 дней организовывайте дозарядку девайса, иначе саморазряд будет сокращать процент заряда.

☑ Хранить никель-кадмий нужно не больше пяти лет.

☑ Перед тем как вводить устройство в эксплуатацию после продолжительного хранения, полностью разрядите и зарядите его.

Безусловно, данная разновидность накопителей электроэнергии заслуживает внимания. Весьма широкий диапазон рабочих температур, большое количество циклов разряда/заряда, финансовая доступность, продолжительный срок эксплуатации и хранения — вот что выгодно выделяет Ni-Cd среди аналогов. Так что, если вам нужен добротный источник питания за небольшие деньги — никель-кадмий, ваш выбор!

Источник

Nicd аккумуляторы срок службы

Изобретённые больше ста лет назад, Ni-Cd аккумуляторы сохраняют свою популярностью до сих пор. Это обусловлено долговечностью, морозостойкостью и быстрой зарядкой. Сейчас такие аккумуляторы можно встретить как в бытовой технике, так и в промышленных, и военных масштабах.

Никель-кадмиевые аккумуляторы — что это, история создания

Батарея была создана Вагнером Юнгером в 1899 году. Но из-за дороговизны добычи используемых материалов, дальнейшие разработки отложили. Приобрёл большую популярность использования после 1932 года, когда изобрели метод, как осадить активное вещество на никелевый электрод. С 1947 года, когда учёными был разработан способ восстановления газов внутри батарее при зарядке, начали производить аккумуляторы в герметичном корпусе. Такие мы видим сейчас в электрических приборах.

Ni cad аккумуляторы состоят из двух разноимённо заряженных электродов, разделённых сепаратом. Все элементы помещены в электролит и находятся в герметичном корпусе из пластика или металла.

В отличие от других батарей, никелевые аккумуляторы не перегреваются из-за низкого сопротивления, что уменьшает возможность перегрева. Нагревается только после полной зарядки, как индикатор окончания заряда.

Сфера применения

Широко применяются для бытовой техники и аппаратуры, потребляющие большое количество тока. В портативной технике: шуруповерты и дрели. В общественном транспорте используют для питания цепей управления троллейбусов и трамваев, а в морском и речном транспорте и самолётах в качестве вторичного источника сырья.
Плюсы применения: долговечны, простота обслуживания, легкие и почти не чувствительны к низким температурам.

Минусы: содержат ядовитый кадмий, неэкологичное использование. Запрещено утилизировать в бытовой мусор, нужно использовать специальные контейнеры для переработки батареек.

Основные характеристики

Ёмкость аккумулятора: 45-65Вт

Циклы заряд-разряд

При соблюдении условий эксплуатации количество циклов доходит до 1000. Промышленные сохраняют работоспособность в течение 25 лет.

Никель-кадмиевые аккумуляторы могут стареть раньше из-за наличия эффекта памяти – при зарядке не полностью разряженной батарее, следующий разряд происходит до этого значения ёмкости. Перед зарядкой рекомендуется определить уровень заряженности элементов.

В отличие от других не теряет свои свойства при хранении в разряженном состоянии.

Тепловыделение

Небольшой нагрев снижает риск перегрева и увеличивает срок эксплуатации аккумулятора. Это обусловлено протекающими внутри эндотермическими химическими реакциями, поглощающими выделяемое тепло.

Рабочая температура:

Аккумулятор работает при большой амплитуде температур: от -50 до +40оС.
корпус батареи:
Обязательно герметичный и прочный.

  • Плоский;
  • Кубический;
  • Цилиндрический.

На рынке существуют разные размеры батарей, наибольшей популярностью пользуются «банки».

Правила эксплуатации

Чтобы аккумулятор служил как можно дольше, нужно правильно его заряжать и соблюдать правила эксплуатации.

Как правильно заряжать аккумулятор

Для того, чтобы увеличить срок службы, перед зарядкой необходимо убедиться, что аккумулятор полностью разряжен. При неполной разрядке во время эксплуатации, эффективная площадь электродов будет снижаться. Разряжая каждый раз батарею до 0,9-1 Вольт, можно сохранить параметры батареи на более долгое время.

Перед первым использованием аккумулятора, его нужно потренировать – провести несколько полных циклов заряд-разряд. Обычно достаточно пяти, но на некоторых моделей производители рекомендуют провести больше, поэтому соблюдайте указанные в инструкции эксплуатации рекомендации. Так батарея начнет работать на заявленных параметрах.

Также, цикл тренировки нужно проводить после хранения дольше полугода.

Как хранить батареи

Если вы не планируете пользоваться Ni-Cd аккумулятором – не нужно его заряжать, ни отлично хранятся в разряженном состоянии. При долгом хранении в заряженном виде характеристики батареи начинают снижаться.

Восстановление ni-cd аккумуляторов

Выбрасывать вышедшие из строя батареи – неэкологично и не так выгодно. Во многих случаях, неработающие батареи можно восстановить самостоятельно. Сделать ремонт батарей можно при помощи дистиллированной воды или импульса тока.

Как проверить батареи

Для начала нужно проверить исправность аккумулятора. Сделать это можно самостоятельно при помощи мультиметра. Во время первой диагностике определяем силу и напряжение аккумулятора при зарядке устройства. Через полчаса после начала зарядки, прибор должен показывать 13В, спустя час значение должно увеличиться на 0,5В. Максимальная отметка напряжения -17В. Сила тока у исправного устройства за час – 1 ампер.

При проверке тестовое устройство переводим в режим DC – проверка напряжения. А переключатель режимов в значении – 20В, то есть напряжение устройства не превысит эту отметку. Величина измерения напряжения у полностью заряженного аккумулятора должна быть равна количеству батареек в нём, умноженной на напряжение каждой из них.
если значение напряжения ниже – аккумулятор неисправен.

Теперь нужно понять, какая из батареек не работает. Выпаиваем каждую из них и измеряем напряжение на полюсах. Красный щуп нужно приложить к положительному полюсу, а чёрный – к отрицательному. В электрических приборах напряжение должно быть 3,6-3,8В.
Если параметры отклоняются, значит батарейки неисправны.

Как восстановить никель кадмиевый аккумулятор читайте далее.

Восстановление водой, пошагово

Восстановление дистиллированной водой считается более эффективным и долговечным.

  1. Перед тем, как восстанавливать аккумулятор, необходимо обнаружить элементы с нулевым напряжением.
  2. Затем, в их корпусе с помощью шуруповерта с тонким сверлом проделываем небольшое отверстие в батарее с нулевым напряжением.
    Заливаем в это отверстие 1см3 дистиллированной воды.
  3. Оставляем на некоторое время батареи.
  4. Замеряем напряжение.
  5. Заряжаем батареи.
  6. Если восстановление произошло успешно – запаиваем батареи или заделываем герметиком.
    Собираем аккумулятор.
  7. Проводим полную зарядку аккумулятора.
  8. Если напряжение не увеличилось – проделываем процедуру ещё до тех пор, пока напряжение не восстановится.

Восстановление с помощью высокого тока

Восстановить аккумулятор так же можно при помощи импульсного разряда.

Необходимые для восстановления приборы:

  • Мультиметр;
  • Источник питания;
  • Средства защиты.
  1. Разбираем аккумулятор устройства и измеряем напряжение полюсов каждой банки.
  2. Подключаем отрицательную клему к источнику питания – для этого можно использовать автомобильный аккумулятор или источник бесперебойного тока с напряжением 12В. Если вы восстанавливаете аккумулятор с напряжением более 9,6В, то нужно использовать цепь из 2 аккумуляторов.
  3. Другой кабель прикрепляем к положительному полюсу.
  4. На краткое время подключаем к положительному полюсу источник питания. Рекомендуется подключать на 4-5 секунд, чтобы кабель не приварился к источнику питания.
  5. Измеряем напряжение на полюсах банки, если оно не увеличилось, то проводим повторную подачу тока.
  6. Выполняем несколько циклов заряд-разряд для восстановления ёмкости аккумулятора.
  7. Недостаток такого метода – через несколько десятков циклов разрядки ёмкость аккумулятора снижается, так как во время подачи происходит саморазряд, но это не восстанавливает химический состав рабочей жидкости электролита.

Зарядное устройство для ni-cd своими руками

Комплектующие детали:

  • USB кабель или Конденсатор
  • Диоды
  • Радиатор
  • Термистор (сопротивление 10кОМ)
  • Резисторы
  • Транзистор
  • Трансформатор
  • Сдвоенный компаратор 1401СА3
  • Медная проволока 6мм.

Инструменты:

  • Шуруповёрт;
  • Настольная пила;
  • Вольтметр;
  • Лобзик;
  • Паяльник.

Инструкция по сборке:

Полученное зарядное устройство – мощность 470 мА.

Собрать зарядное устройство можно по указанной ниже схеме:

Важно установить транзистор на радиатор, чтобы избежать сильного нагрева.

Термистор нужно установить близко к аккумулятору, чтобы он реагировал на изменение температуры.

Дополнительные функции: автоматическое отключение при полной зарядке, контролирует температуру, что позволяет аккумулятору не перегреваться и служить дольше.

Ni-Cd или Li-ion, какие лучше. Сравнение батарей

Достоинства никелево-ионных аккумуляторов:

  • Низкая стоимость по сравнению с аналогами;
  • Быстрый заряд аккумулятора;
  • Большой срок эксплуатации;
  • Морозостойкость, работает при большом спектре температур;

Недостатки:

  • Наличие эффекта памяти – снижает работоспособность при неполном разряде;
  • Не сохраняет заряд при долгом хранении;
  • Требуется тренировка аккумулятора для восстановления характеристик после длительного хранения;
  • Высокий уровень саморазряда.

Также существуют литий-ионные аккумуляторы, которые являются более дорогим аналогом. Лучше всего применяются в устройствах с постоянным напряжением.

Достоинства:

  • Отсутствие «эффекта памяти» – можно заряжать по мере необходимости, не дожидаясь полной разрядки;
  • Высокая ёмкость;
  • Лёгкость;
  • Относительно низкий уровень саморазряда – около 5% в месяц;
  • Быстрая зарядка.

Недостатки:

  • Высокая стоимость по сравнению с аналогами;
  • Использование на морозе сокращает срок эксплуатации;
  • Сравнительно небольшой срок службы: 200-300 циклов заряд-разряд.

Выбор типа аккумулятора зависит от назначения: если вы планируете использовать устройство на морозе – лучше подойдет никелево-кадмиевый, а для домашнего использования при небольших нагрузках тока – литий-ионные батареи.

Никелево-кадмиевые аккумуляторы, несмотря на наличие современных аналогов, не теряют своей популярности из-за небольшой цены. При соблюдении правил по эксплуатации, они будут служить вам долго. Теперь вы знаете, как можно самостоятельно восстановить аккумулятор, правильно его использовать и даже собрать зарядное устройство к нему своими руками.

Источник