1. Виникнення і розвиток нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)
2. Застосування нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)
3. Пристрій нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)
4. Реакції, що проходять на електродах Ni-Cd акумулятора
5. Процеси на негативному електроді
6. Загальні процеси в Ni-Cd акумуляторі
7. Характеристики нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)
8. Що впливає на розряд Ni-Cd акумуляторів?
9. Що впливає на заряд Ni-Cd акумуляторів?
10. Експлуатація нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)
11. Зміни в позитивних пластинах (оксидно-нікелевий)
12. Зміни в негативному електроді (кадмієвий)
13. Як впливає експлуатація і температура на процес деградації
14. Маркування лужних нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)
15. Плюси і мінуси нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)
16. Плюси Ni-Cd акумуляторів
17. Мінуси Ni-Cd акумуляторів

Нікель-кадмієві акумулятори (Ni-Cd) на даний момент все ще досить широко використовуються в народному господарстві. За своєю конструкцією вони відносяться до групи лужних акумуляторів. Ці батареї затребувані, незважаючи на те, що їх виробництво і застосування обмежується з міркувань охорони навколишнього середовища (кадмій є отруйною речовиною). Але повністю відмовитися від них не виходить, оскільки ці акумуляторні батареї використовують в пристроях, де інші батареї працювати не можуть. Зокрема це експлуатація з розрядними і зарядними струмами великої величини. Це досить прості в обслуговуванні пристрою з тривалим терміном експлуатації. Тому вони заслуговують розгляду в окремій статті.

Зміст статті

Виникнення і розвиток нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Перший нікель-кадмієвий акумулятор створив Вальдмар Юнгнер ще в 1899 році. Але тоді виробництво цих лужних акумуляторів обходилося значно дорожче, ніж інших видів батарей. Так, що про цей винахід на деякий час забули. У 1932 році був розроблений метод осадження активного матеріалу на пористий нікелевий електрод. Це наблизило випуск промислових акумуляторів Ni-Cd.

У 1947 році було проведено ряд робіт, в ході яких здійснили рекомбінацію газів, що виділяються при заряді, без їх відведення. В результаті на світ з'явилися герметичні Ni-Cd акумулятори, які застосовуються до цих пір. Серед виробників нікель-кадмієвих акумуляторів можна назвати такі великі компанії, як GP Batteries, Самсунг, Варта, GAZ, Konnoc, Advanced Battery Factory, Панасонік, Metabo, Ansmann і інші.

Незважаючи на широке поширення в народному господарстві за останні десятиліття, нікель-кадмієві акумулятори поступово звужують сферу застосування. Їх поступово витісняють нікель-металогідридні, а також літієві батареї.

Зокрема Ni-Cd батареї поступаються їм місце портативної техніки. Причиною тому є небезпека кадмію для людини і навколишнього середовище. Для утилізації таких акумуляторів потрібне спеціальне обладнання для уловлювання кадмію. Утилізація акумуляторів для автомобіля проводиться простіше, швидше і краще відпрацьована. Але до сих пір існує досить багато напрямків, де нікель-кадмієві батареї незамінні.

Застосування нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Нікель-кадмієві акумулятори з невеликими розмірами застосовуються в технічних пристроях, що вимагають для своєї роботи великий струм. В таких умовах Ni-Cd акумулятори видають стабільну потужність і не перегріваються на відміну від інших типів акумуляторних батарей. Нікель-кадмієві акумулятори широко використовуються в тролейбусах, трамваях, в ролі тягових АКБ на електричних автомобілях, зустрічаються промислові акумулятори Ni-Cd. Крім того, широке застосування вони знайшли на морському та річковому транспорті.

Ni-Cd акумулятори можна зустріти в вертольотах і літаках в ролі бортових батарей, в портативних інструментах (шуруповерт, перфоратор і т. П.). Однак в інструментах все частіше зустрічаються літієвими батареями. Нікель-кадмієві акумуляторні батареї поки не можуть замінити в тих портативних пристроях, які мають споживання великої потужності. Хоча в деяких пристроях їх успішно замінюють Ni─MH акумулятори , Які не мають в своєму складі шкідливого кадмію.

Широке застосування знайшли Ni-Cd батареї в дисковому виконанні. Цей варіант широко використовувався в якості батареї для живлення незалежній пам'яті в перших персональних комп'ютерах. Вони були розпаяні на материнській платі. Згодом їх замінили літієвими акумуляторами. Дискові батарейки також широко застосовувалися в фотоапаратах, спалахи, калькуляторах, ліхтариках, радіоприймачах, слухових апаратах і т. П.

Ni-Cd акумулятори можуть довго зберігатися, прості в обслуговуванні, малочутливі до низьких температур, мають низький внутрішній опір і мала питома вага. Все це поки переважує негативний момент, пов'язаний з наявністю в них отруйної кадмію. Нікель-кадмієві акумулятори як і раніше домінують при використанні в авіації, військовій техніці, пристроях мобільного радіозв'язку. Додатково можете прочитати матеріал про те, як відновлюються Ni─Cd акумулятори для шуруповерта .

Пристрій нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Конструкція Ni-Cd акумуляторів

Конструктивно нікель-кадмієвий акумулятор являє собою позитивний і негативний електрод, розділені сепаратором. Вони занурені в лужний електроліт і все це закрито в герметичному металевому корпусі. Позитивний електрод має в своєму складі NiOOH (оксид-гідроксид нікелю). У складі негативного присутній кадмій (Cd) в компаунді. У ролі електроліту виступає розчин KOH (гідроксид калію). Це сильний луг, яка не має запаху. Переваги KOH в тому, що речовина не вибухонебезпечне і не пожежонебезпечна. Масова частка KOH в електроліті по ГОСТ Р 50711-94 повинна становити не менше 85 відсотків в твердому і не менше 45 відсотків в рідкому вигляді.

Щоб збільшити площу поверхні електродів, їх випускають з фольги малої товщини. Сепаратор між електродами робиться з нетканого матеріалу, який не взаємодіє з лугом. Сам електроліт в процесі реакції не витрачається.

Один нікель-кадмієвий елемент видає напругу близько 1 вольта. Тому вони об'єднуються в батареї з щільністю енергії приблизно 60 Вт-ч на один кілограм.

На зображенні нижче можна подивитися основні елементи лужного нікель кадмиевого акумулятора серії KL.

Конструкція нікель-кадмиевого акумулятора

Борн або токовивод призначений для знімання струму з акумулятора і виступає в ролі клеми для з'єднання батарей. Через пробку забезпечується заливка електроліту, а також вихід газу, що утворюється в процесі зарядки. З'єднання електродів разом з контактними планками забезпечує знімання та подачу з електродів на Борн. Контактні планки мають зварене з'єднання з електродами.

Електрод являє собою ламелі, розташовані горизонтально. У них знаходиться активна речовина в перфорованій стрічці зі сталі. Ребро дає жорсткість електрода і забезпечує перетікання струму на контактну планку. Електроди різної полярності поділяються рамковим сепаратором, який не перешкоджає вільної циркуляції електроліту.

Реакції, що проходять на електродах Ni-Cd акумулятора

Процеси на позитивних пластинах

Основні електрохімічні реакції, що протікають на позитивних пластинах нікель-кадмиевой акумуляторної батареї, можна описати наступними формулами:

В процесі заряду

Ni (OH) 2 + OH- ⇒ NiOOH + H2O + e-

В процесі розряду

NiOOH + H2O + e- ⇒ Ni (OH) 2 + OH-

Оксид-гідроксид нікелю (NiOOH) на позитивних пластинах може бути в двох варіантах:

Ці форми різняться за своєю щільності і гідратації. Якщо батарея розряджена, то на позитивних пластинах є обидві ці форми гідроксиду нікелю. Коли Ni-Cd акумулятор заряджається, то форма β-Ni (OH) 2 перетворюється в β-NiOOH. При цьому кристалічна решітка речовини дещо змінюється. На заключній стадії зарядки відбувається утворення γ-NiOOH. Кількість фаз β і γ гідроксиду нікелю буде залежати від конкретних умов заряду.

Фаза γ інтенсивно утворюється при великій швидкості зарядки або при перезаряді. В результаті утворення γ-NiOOH відбувається корінна перебудова структури оксидів. Для порівняння, щільність фази β становить 4,15, а фази γ─3,85 гр. / См3. З цієї причини при перезаряді Ni-Cd акумулятора відбувається зміна обсяг активної маси позитивного електрода. Електрохімічні властивості β і γ також відрізняються. Для форми γ-NiOOH заряд проходить менш ефективно і коефіцієнт використання по току в цьому випадку менше форми β. Форма γ також має менший розрядний потенціал і саморозряд в два рази менший, ніж для β.

Заряд нікель-кадмиевого акумулятора рекомендується вести з невеликою перезарядженням, щоб утворювався β-NiOOH. Ця форма дає незначні зміни обсягу активної маси електрода при циклічних заряді-розряді.

Процеси на негативному електроді

На негативному електроді нікель-кадмиевой батареї протікають наступні реакції:

при заряді

Cd (OH) 2 + 2e- ⇒ Cd + 2OH-

при розряді

Cd + 2OH- ⇒ Cd (OH) 2 + 2e-

Ємність кадмиевого електрода в нікель-кадмієвих батареях перевищує ємність позитивного електрода приблизно на 20─70 відсотків. З цієї причини вважається, що потенціал негативного електрода при заряді-розряді, залишається незмінним.

Загальні процеси в Ni-Cd акумуляторі

В нікель-кадмиевой батареї протікають наступні реакції:

при заряді

2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2 ⇒ 2NiOOH + Cd + 2H2O

при розряді

2NiOOH + Cd + 2H2O ⇒ 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2

В процесі перезарядження на позитивних пластинах протікає наступна реакція:

2OH- ⇒ 1 / 2O2 + H2O + 2e-

Тобто, виділяється кисень, який через сепаратор доходить до негативного електрода і там з його участю йде наступна реакція:

1 / 2O2 + Cd + H2O ⇒ Cd (OH) 2

В результаті відбувається замкнута реакція по кисню. Це стабілізує тиск в нікель-кадмиевом акумуляторі при перезаряді. Величина тиску в батареї в значній мірі залежить від швидкості транспортування кисню між позитивним і негативним електродами. В процесі перезарядження на негативному кадмиевом електроді може виділятися водень:

H2O + e- ⇒ OH- + 1 / 2H2

Потім він окислюється на позитивних пластинах. Реакція виглядає так:

NiOOH + 1 / 2H2 ⇒ Ni (OH) 2

Освіта водню в герметичному акумуляторі - це небезпечний процес. Якщо швидкість його поглинання буде низькою, то це може привести до його накопичення. А це вже вибухонебезпечне. Тому в герметичних нікель-кадмієвих акумуляторах ємність кадмиевого електрода роблять значно більше, ніж позитивного.

Ємність такої герметичній батареї визначається саме значенням ємності оксидно-нікелевого електрода.

Характеристики нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Номінальна напруга нікель-кадмієвих герметичних акумуляторів становить 1,2 вольта. Заряд струмом 1/10 від ємності відбувається за 16 годин. Замір ємності Ni-Cd акумулятора проводиться при розряді струмом 2/10 від номінальної ємності до напруги один вольт.

На зображенні нижче можна бачити розрядні характеристики нікель-кадмієвих акумуляторів при різних режимах розряду.

Разрядная характеристика нікель-кадмиевого акумулятора в залежності від величини струму розряду

На графіках нижче можна подивитися залежність розрядної ємності від навантажувального струму і температури.

Залежність розрядної ємності нікель-кадмиевого акумулятора від температури

Залежність розрядної ємності нікель-кадмиевого акумулятора від навантажувального струму

Саморозряд нікель-кадмієвих акумуляторів залежить в основному від термодинамічної нестійкості електрода з оксиду-гідроксиду нікелю. Вплив струму витоку між електродами на саморазряд невелике. Але поступово збільшується з часом експлуатації батареї. Тепловиділення в Ni-Cd акумулятори багато в чому залежить від ступеня зарядженості. Після того, як акумулятор набрав 70 відсотків ємності, активізується процес виділення кисню. В результаті через іонізації кисню на негативних електродах відбувається розігрів акумулятора. Після закінчення зарядки температура в Ni-Cd акумуляторі піднімається на 10─15 градусів Цельсія. Якщо заряд здійснюється в прискореному режимі, то збільшення температури може становити 40─45 градусів Цельсія.

Після відключення від заряду потенціал позитивного (оксидно-нікелевого) електрода зменшується і відбувається поступове вирівнювання заряду глибинного та поверхневого шару. Через деякий час інтенсивність саморазряда знижується. У різних серій Ni-Cd акумуляторів саморозряд і стабілізації залишкової ємності можуть значно відрізнятися. Саморозряд, крім зниження ємності, ще призводить до зниження напруги на 0,03─0,05 вольта. Це явище пояснюється поступовим вирівнюванням заряду в глибині і на поверхні електрода. Крім того, вплив надає часткова пасивація активної маси.

Зберігання нікель-кадмієвих акумуляторів (так само, як і свинцево-кислотних) при низькій температурі знижує саморозряд. При 20 градусах Цельсія саморазряд в два рази більше, ніж при 0.

На наступному зображенні показаний графік зміни втрати ємності для нікель-кадмієвих акумуляторів при різних температурах.

Саморозряд герметичного нікель-кадмиевого акумулятора при різних температурах зберігання

Щоб компенсувати саморазряд при зберіганні акумулятора, можна поставити його на підзарядку малим струмом. Зазвичай величина струму підзаряду становить 0,03-0,05 від ємності. Але конкретне значення обмовляється виробником акумулятора. Здатність витримувати тривалий перезаряд у різна у нікель-кадмієвих акумуляторів різної конструкції. Дискові лужні нікель-кадмієві акумулятори, які мають ламельні електроди великої товщини, до перезаряду пристосовані найменше. Але є і такі конструкції, які здатні без наслідків витримати перезаряд кілька місяців.

Що стосується енергетичних характеристик Ni-Cd акумуляторів, то вони також розрізняються залежно від різновидів батареї.

Дискові нікель-кадмієві акумулятори з 2 електродами мають питомі енергетичні характеристики 15─18 Вт-ч на кілограм і 35─45 Вт-ч на літр. Та ж різновид, але з 4 електродами має питомі енергетичні характеристики в два рази більше. Для циліндричних Ni-Cd акумуляторів ці величини складають 45 Вт-ч на кілограм і 130 Вт-ч на літр.

Що впливає на розряд Ni-Cd акумуляторів?

Розрядні характеристики конкретних моделей залежать від наступних характеристик:

• товщина, структура, внутрішній опір електродів;
• щільність складання груп електродів;
• характеристики сепаратора (товщина і структура);
• обсяг електроліту;
• специфічні особливості конструкції батареї.

Дискові Ni-Cd акумулятори з пресованими електродами великої товщини використовуються в умовах тривалого розряду. В цьому випадку відбувається поступове зниження ємності і напруги до 1,1 вольта. При розряді до 1 вольта ємності залишається близько 5─10 відсотків від номіналу. Такі акумуляторні батареї демонструють значне зниження розрядної напруги і втрачається ємності Ni-Cd акумуляторів при зростанні струму розряду до величини 0,2 * C. Пояснюється це тим, що активна маса не має можливості рівномірно розряджатися на різній глибині електродів.

Для акумуляторних батарей, що працюють в режимі розряду середньої інтенсивності, робляться електроди меншої товщини, і збільшується їх кількість до 4. В результаті струм розряду зростає до 0,6 від ємності.

Є ще, так звані, короткоразрядние акумулятори. У них встановлені металокерамічні електроди з малим внутрішнім опором. Ці моделі мають найвищі енергетичні показники серед інших різновидів нікель-кадмієвих акумуляторів. У них напруга при розряді тримається вище 1,2 вольта до того моменту, поки вони не вичерпають 90 відсотків ємності батареї. Ці акумулятори можуть використовуватися при розрядці великими значеннями струму (3─5С).

Варто відзначити ще циліндричні батареї з рулонними електродами. Ці сучасні акумулятори можуть розряджатися тривалий час струмом 7─10С. На графіках розряду, представлених вище можна бачити, що температура ОС має суттєвий вплив на характеристики нікель-кадмієвих акумуляторів. Найбільше значення ємності акумулятор має при 20 градусах Цельсія. При підвищенні температури вона практично не змінюється. Але при зниженні до 0 градусів ємність падає тим швидше, чим більше величина струму розряду. Це зниження ємності пов'язано зі зменшенням розрядної напруги, яке викликане зростанням поляризационного і провідникові. Опір зростає через малого обсягу електроліту.

Так, що склад лугу (електроліту) і її концентрація істотно відбиваються на характеристиках акумулятора. Від цього залежить температура освіти солей, кристаллогидратов, льоду та інших елементів.

Якщо електроліт замерз, то розряд взагалі виключений. Нижнє значення робочої температури Ni-Cd акумуляторів в більшості випадків становить мінус 20 градусів Цельсія. Для деяких видів батарей склад електроліту коригується, і нижня межа температурного діапазону розширюється до мінус 40 градусів Цельсія.

Що впливає на заряд Ni-Cd акумуляторів?

При зарядці герметичного нікель-кадмиевого акумулятора важливим є обмеження перезарядження. При перезарядці збільшується тиску всередині батареї через виділення кисню. Так, що ефективність використання струму падає в міру наближення до 100-ної зарядці.

На зображенні нижче можна подивитися графіки характеризують залежність ємності при розряді циліндричного акумулятора.

Ефективність заряду нікель-кадмиевого акумулятора при різній швидкості заряду

Зарядку Ni-Cd акумуляторів ма ють Проводити в температурному діапазоні 0─40 градусів Цельсія. Рекомендований Інтервал 10─30 градусів. Поглинання кисню на кадмиевом електроді сповільнюється при зниженні температури, що призводить до зростання тиску. Якщо температура вище рекомендованої, то росте потенціал і на позитивному оксидно-нікелевому електроду кисень починає виділятися дуже рано. При рівній температурі кисень виділяється тим активніше, чим більше струм заряду. При це швидкість поглинання кисню майже не змінюється. У Лужний акумуляторів ця величина залежить від конструкції батареї, а точніше, від транспортування кисню від позитивного до кадмієві негативного електроду. На це впливає щільність компонування, товщини, структура електродів, а також матеріалу сепаратора і обсягу електроліту.

Чим менше товщина електродів і чим вище щільність їх компонування, тим ефективніше буде проходити процес заряду. Циліндричні акумулятори з рулонними електродами є найбільш ефективними в цьому плані. Для них ефективність заряду при зміні струму від 0,1 до 1С майже не змінюється. Стандартним виробники називають режим зарядки, в результаті якого батарея з напругою 1 вольт повністю заряджається за 16 годин струмом 0,1 від ємності. Деякі моделі при заряді в такому режимі вимагають 14 годин. Конкретні показники вже залежать від конструктивних особливостей і обсягу активної маси.

Все вищесказане справедливо для гальваностатичного заряду. Це заряд при постійному значенні сили струму. Але заряд може також вестися з плавним або ступінчастим зниженням сили струму на заключній стадії зарядки. Тоді на початковому етапі ток може встановлюватися набагато вище стандартного значення 0,1 від ємності. Часто буває реальна необхідність в збільшенні швидкості зарядки. Проблему вирішують з використанням акумуляторів, характеристики яких дозволяють ефективно приймати заряд струмом високої щільності. Струм підтримується постійним протягом всього процесу зарядки. Також удосконалюються системи контролю, які не допускають перезаряд батареї.

Циліндричні нікель-кадмієві акумулятори зазвичай заряджаються в наступних режимах:

• 6─7 годин струмом 0,2 від ємності;
• 3─4 години струмом 0,3 від ємності.

При прискоренні не рекомендується допускати перезаряд більше 120─140 відсотків. Тоді буде забезпечена ємність не менш номіналу. Ni-Cd акумулятори для роботи в прискорених режимах заряджаються ще швидше (приблизно близько однієї години). Однак в останньому випадку потрібен контроль напруги і температури. Інакше, через швидке зростання тиску, може початися процес деградації акумуляторів.

Після того, як заряд закінчений в герметичному акумуляторі ще триває виділення кисню через окислення гідроксильних іонів на позитивних пластинах. За рахунок процесу саморозряду зменшується потенціал, і процес виділення кисню поступово зменшується і стає рівним поглинання його на кадмиевом електроді. Тоді тиск зменшується. Про ті, як заряджати Ni-Cd акумулятори детально розібрано по вказаним посиланням.

Експлуатація нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Поступово при експлуатації нікель-кадмієвих акумуляторів в них відбуваються змінами, що впливають на працездатність. Ці зміни викликають поступове падіння напруги акумулятора і зниження його розрядної ємності.

Які фактори призводять до відмови в роботі Ni-Cd акумуляторів:

• Зменшення робочої поверхні електродів;
• втрата активної маси електродів;
• зміна складу і обсягу лужного електроліту, а також його перерозподіл в батареї;
• виникнення витоків по провідникам, викликані зростанням дендритів кадмію;
• процеси, які пов'язані з необоротним витратою води і кисню;
• розпад органічних речовин.

Зміни в позитивних пластинах (оксидно-нікелевий)

Після певного, досить великого, кількості циклів відбувається зміна щільності активної маси позитивного електрода. Виникає, так зване, набухання оксидно-нікелевого електрода. Крім того, зменшується його міцність. В результаті знижується якість контакту активної маси з основою електрода. Як наслідок, падає електрична провідність електрода і зменшується ємність акумулятора.

Зменшення міцності позитивного електрода викликається в основному через регулярному перезарядження. Як говорилося вище, це супроводжується виділенням кисню в герметичному корпусі акумулятора. У батареях з електродами з металокераміки ці зміни спостерігаються в значно меншому ступені. При експлуатації нікель-кадмієвих акумуляторів спостерігається збільшення кристалів активної маси. Це призводить до зменшення робочої поверхні електродів і падіння ємності.

Зміни в негативному електроді (кадмієвий)

На кадмиевом електроді основним процесом, що викликають його деградацію, є міграція активної маси. У відпрацьованого тривалий час Ni-Cd акумулятора активну масу негативних пластин можна знайти як в сепараторі, так і на позитивних пластинах. В результаті спостерігається втрата активної маси, а також блокування поверхневого шару негативного електрода.

Це погіршує доступ лужного електроліту вглиб електрода. В результаті зростає внутрішній опір акумулятора. Міграція активної маси і наростання дендритів крізь сепаратор до позитивного електрода викликає короткі замикання і наростання саморазряда. Як і в оксидно-нікелевому електроді, так і в кадмиевом укрупнюються кристали, і набухає активна маса.

Термін служби нікель-кадмиевого акумулятора скорочують і інші необоротні процеси. Зокрема, через високий окисного потенціалу позитивного електрода, на ньому окислюються органічні домішки. Це спеціальні стабілізуючі і активують добавки в цьому типі акумуляторів. Металокерамічна основа електрода при своєму окисленні споживає воду і виділяє гідроксид нікелю (Ni (OH) 2).

Збільшення тиску в нікель-кадмиевом акумуляторі також надає згубний вплив на стан акумулятора. Коли знижується ємність кадмиевого електрода, то змінюється баланс ємностей позитивних і негативних пластин. В результаті створюються умови для виділення водню. При малій швидкості рекомбінації водень починає накопичуватися і виникає загроза різкого збільшення тиску. Така картина часто спостерігається при швидкому заряді. У призматичних і дискових моделей Ni-Cd акумуляторів при підвищеному тиску корпус може деформуватися. Герметичність може зберегтися, але щільності складання порушується, зростає внутрішній опір батареї і знижується розрядна напруга.

Варто пам'ятати, що водень також накопичується при постійній розрядці батареї до 0 вольт. Крім того, всередині акумулятора є азот, що потрапляє туди при герметизації. Так, що всередині ще відбувається відновлення нітратів, що знаходяться в електроліті. Це також викликає збільшення тиску. У лужних нікель-кадмієвих акумуляторів є аварійний клапан, щоб скинути тиск. Але робиться це одноразово, оскільки при цьому відбувається незворотні зміни в хімічному елементі.

Свій внесок в падіння працездатності Ni-Cd акумулятора вносить і лужної електроліт. Точніше зміна його складу і обсягу. В результаті зміни структури і набухання електродів відбувається відбір електроліту. В результаті зростає внутрішній опір батареї. Склад електроліту поступово змінюється. У порівнянні з початковим станом може значно збільшиться обсяг карбонатів. Електропровідність електроліту падає, і параметри батареї при розряді погіршуються. Особливо це стає помітно при низьких температурах.

Як впливає експлуатація і температура на процес деградації

Одним з найбільш важливих факторів, що впливають на процес деградації нікель-кадмиевого акумулятора є температура. При підвищенні температури на кожні десять градусів хімічні процеси прискорюються в два-чотири рази.

Вплив температури стає ще більш помітним при збільшенні струму заряду, оскільки це призводить до нагрівання батареї при перезаряді. Зменшення ємності кадмиевого електроліту при низькій температурі буде перевищувати зниження ємності позитивного електрода. Це накладає певні обмеження на використання акумуляторів в північних регіонах. У такій ситуації при заряді зростає швидкість виділення водню.

На процес деградації нікель-кадмієвих акумуляторів великий вплив робить характер експлуатації. Що сюди входить:

• глибина і режим розряду;
• режим зарядки;
• часовий інтервал м / у зарядом і розрядом (якщо циклирование безперервне);
• періоди зберігання і експлуатації.

На графіку нижче можна бачити тривалість роботи акумулятора в циклах в залежності від глибини розряду.

Напрацювання герметичних нікель-кадмієвих акумуляторів при різній глибині заряду

Потрібно відзначити, що Ni-Cd акумулятори мають досить високу стійкість до випадкового перезаряду. Якщо перерозряду відбувається нечасто, то водень легко рекомбинируют. При усуненні поляризації напруга батареї відновлюється.

При постійній підзарядці нікель-кадмієвих акумуляторів потрібно забезпечити струм, рівний 0,03─0,05 від номінальної ємності. Якщо батарея постійно експлуатується в такому режимі, то крім величини струму впливає і температура ОС. Коли температура підвищується, то збільшується утворення кисню. Це прискорює деградацію акумулятора. З метою функціонування з безперервною підзарядкою (температура 50─55 градусів Цельсія) були створені спеціальні моделі циліндричних акумуляторів. Вони мають електроди рулонного типу з терміном експлуатації, як мінімум, 4 роки. У цих батареях скоригований склад електроліту і пророблена підготовка для прискорення поглинання газів.

Якщо розряджати Ni-Cd акумулятор після тривалого підзарядки, то його ємність буде трохи нижче, ніж в акумуляторів, заряджених з нуля. Але це явище тимчасове і ємність прийде в норму після декількох циклів заряд-розряд.

Маркування лужних нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

Маркування Ni-Cd акумуляторів може виглядати наступним чином:

40 НК, K, L, H; 250 P (П), K

Символи позначають наступне:

• 40 - число акумуляторів у батареї або блоці батареї;
• НК, К ─ нікель-кадмієвий тип акумулятора (позначення НК відповідає ТУ 16-90 ІЛВЕ.563330.001ТУ, позначення К відповідає МЕК 623, ГОСТ Р МЕК 60623-2002);
• L, H ─ тип Ni-Cd акумулятора в залежності від режиму розряду (L - тривалий режим розряду, Н - короткий режим розряду);
• 250 - значення номінальної ємності (ампер-години);
• Р (П) - пластикове виконання бака акумуляторної батареї;
• К - каркасне виконання блоку акумуляторів.

Плюси і мінуси нікель-кадмієвих акумуляторів (Ni-Cd)

На закінчення коротко нагадаємо переваги і недоліки нікель кадмієвих акумуляторів.

Плюси Ni-Cd акумуляторів

• Велике число циклів заряд-розряд (понад 1000);
• Тривалої термін зберігання незалежно від ступеня зарядженості;
• Швидкий і простий спосіб заряду;
• Витримують серйозне навантаження;
• Є можливість роботи при низьких температурах;
• Добре підходять для жорстких умов експлуатації;
• Зберігають ємність при низьких температурах;
• Коштують недорого.

Мінуси Ni-Cd акумуляторів

• Ефект пам'яті і необхідність робіт по його усуненню;
• Досить високий ступінь саморозряду;
• Низька енергетична щільність в порівнянні з іншими типами акумуляторних батарей;
• Токсичність матеріалів. Особливо це стосується кадмію. У ряді країн заборонено виробництво і використання таких батарей. Потрібне спеціальне обладнання і технологія для їх утилізації.

Ось і все, що на цей момент хотілося розповісти про нікель-кадмієві акумулятори. Якщо у вас є питання або доповнення по темі, то залишайте їх у коментарях.