Bateria nichel-cadmiu este o sursă de tensiune continuă. Datorită proprietăților și avantajelor sale, acesta preia plumb acid -baterii pe bază și câștigă popularitate în ultima vreme. Este mic, compact, ușor de călătorit dintr-un loc în altul. Utilizările generale ale acestei baterii sunt jucării, calculatoare, mici Motoare de curent continuu , etc. În principiu, este la fel ca bateriile pe bază de acumulatori de plumb. Un metal este laminat cu cadmiu și straturi separatoare și păstrat în redox, astfel încât reacția chimică să producă tensiunea DC. Bateriile sunt populare de mult timp și, într-un efort de a crește eficiența bateriei, sunt folosite tot mai multe elemente chimice. Acest lucru face ca construcția să fie compactă.
Ce este o baterie de nichel-cadmiu?
Este un dispozitiv care produce tensiune continuă pe baza reacției chimice dintre substanțele implicate. Într-o baterie de nichel-cadmiu, materialul redox este utilizat ca bază, iar în jurul său se folosește stratul de nichel și un separator. Tensiunea celulei de nichel-cadmiu este de aproximativ 1,2 V. Când este conectată în serie, în general, 3 până la 4 celule sunt ambalate împreună pentru a obține o ieșire de la 3,6 la 4,8 V
Proiectare baterie nichel-cadmiu
Teoria bateriei nichel-cadmiu
Principiul de funcționare al unei baterii nichel-cadmiu este același cu celelalte baterii. Pentru a îmbunătăți eficiența, se utilizează nichel și cadmiu. O baterie este sursa tensiunii de curent continuu, deci trebuie să fie formată din două puncte potențiale, adică pozitive și negative sau numite și anod și catod. Într-o baterie de nichel-cadmiu, mai întâi, un strat de oxid de nichel NiO2 este păstrat în jurul redox.
Acest strat de oxid de nichel acționează ca un strat de catod. Deasupra stratului de oxid de nichel, se păstrează un strat de KaOH, care acționează ca un separator. Trebuie remarcat faptul că acest strat separator trebuie să fie înmuiat în apă sau umed. Scopul său este de a oferi ioni OH negativi necesari, pentru reacția chimică. Deasupra stratului separator, se plasează cadmiu. Stratul de cadmiu acționează ca anod pentru bateria de nichel-cadmiu. schema bateriei nichel-cadmiu este prezentat mai jos.
Diagrama bateriei nichel-cadmiu
După cum se arată, în diagramă, nichelul acționează ca un electrod pozitiv colector iar stratul de cadmiu acționează ca un colector de strat negativ. Stratul separator dintre cele două straturi este alcătuit din KOH sau NaOH. Scopul său este de a furniza ioni OH. În afară de acestea, acesta constă și dintr-o supapă de siguranță, o placă de etanșare, un inel de izolație, o garnitură de izolație și o carcasă exterioară.
Scopul inelului izolator este de a asigura izolare între cele două straturi. Garnitura izolatorului este locul în care inelul de izolație este ținut în apropiere. Stratul separator este conectat la acest inel. Carcasa exterioară este de a oferi protecție straturilor interioare împotriva factorilor externi, cum ar fi deteriorarea și manipularea necorespunzătoare a bateriei. Trebuie remarcat faptul că, din cauza reacțiilor chimice care au loc în aluat, este întotdeauna periculos să lucrați cu bateria.
Carcasa bateriei nu se deschide niciodată, deoarece toate straturile sunt expuse și poate cauza rău persoanei care utilizează. În mod similar, atunci când nu este utilizat, se recomandă scoaterea bateriei din dispozitiv.
Ecuații baterie nichel-cadmiu
Ecuațiile chimice care reprezintă reacția chimică pot fi date ca
Prima ecuație reprezintă reacția dintre nichelul strat catodic și separator. Oferă o producție de ioni OH de oxid de nichel. Necesitatea stratului separator, așa cum am menționat anterior, este furnizarea ionilor OH necesari pentru reacția chimică. Pentru furnizarea H20, stratul separator este îmbibat cu apă pentru reacția inițială. Ulterior H2O este obținut ca unul dintre produsele secundare.
Pe partea anodică, stratul de cadmiu este, de asemenea, combinat cu ioni OH care sunt obținuți din stratul separator. Acest lucru duce la oxid de cadmiu și electroni. Se poate observa că electronii din ambele ecuații se anulează. De asemenea, ionii OH sunt anulați. Ecuația de reamintire este dată de a treia ecuație, în care nichelul este combinat cu cadmiu și apă. Rezultă oxid de nichel și oxid de cadmiu.
Gama de temperatură a bateriei nichel-cadmiu
Gama de temperatură pentru bateria de nichel este de la 0 la 45 de grade Celsius în timpul încărcării și de -20 la 65 de grade Celsius în timpul descărcării. Dincolo de acest interval de temperatură, bateria nu funcționează și există chiar șanse de explozie.
Toxicitatea bateriei nichel-cadmiu
Bateria nichel-cadmiu este foarte toxică pentru corpul uman. Cadmiul este un metal greu care prezintă mai multe riscuri pentru corpul uman. Cadmiul are chiar un efect fiziologic asupra sistemului. Prezența medie a cadmiului în corpul uman este de aproximativ 1 microgram pe litru. Are un efect direct asupra sistemului digestiv. În mod similar, nichelul este, de asemenea, otrăvitor pentru sistemul respirator uman.
Tensiunea bateriei nichel-cadmiu
În general, fiecare tensiune pentru o baterie de nichel-cadmiu ar fi de aproximativ 1,2 V. Numărul de celule este conectat în serie sau paralel pentru a obține tensiunea necesară. În afară de tensiune, energia sa specifică este de aproximativ 50-60 Wh per Kg. Aceasta este moderat de mare decât cea de nichel-fier, dar relativ mai mică decât bateriile de nichel-zinc și nichel-hidrură metalică.
Puterea specifică este de 200 W per kg. Acesta este moderat de ridicat decât nichelul-fier, dar relativ mai mic decât bateriile nichel-zinc și nichel-hidrură metalică. Pentru bateriile nichel-metal, este în jur de 170-1000. Pentru bateriile cu nichel-fier este de aproximativ 100. Eficiența energetică este de aproximativ 70-75%. Acesta este moderat de ridicat decât nichelul-fier, dar relativ mai mic decât bateriile nichel-zinc și nichel-hidrură metalică. Pentru bateriile nichel-metal, este în jur de 70-80%. Pentru bateriile cu nichel-fier, este în jur de 60-70%.
Construcția bateriei nichel-cadmiu
Construcțională, bateria de nichel-cadmiu este aceeași cu bateriile pe bază de acid de plumb. Se compune din trei straturi fundamentale. Primul este un strat de nichel, apoi stratul separator și stratul de cadmiu. Nichelul acționează ca un colector de electrod pozitiv, iar stratul de cadmiu acționează ca un colector de strat negativ.
Stratul separator dintre cele două straturi este alcătuit din KOH sau NaOH. Scopul său este de a furniza ioni OH. În afară de acestea, acesta constă și dintr-o supapă de siguranță, o placă de etanșare, un inel de izolație, o garnitură de izolație și o carcasă exterioară. Scopul inelului izolator este de a asigura izolare între cele două straturi. Garnitura izolatorului este locul în care inelul de izolație este ținut în apropiere. Stratul separator este conectat la acest inel.
Carcasa exterioară este de a oferi protecție straturilor interioare împotriva factorilor externi, cum ar fi deteriorarea și manipularea necorespunzătoare a bateriei. Trebuie remarcat faptul că, din cauza reacțiilor chimice care au loc în aluat, este întotdeauna periculos să lucrați cu bateria. Straturile împreună cu stratul separator formează reacția chimică necesară și formează diferența de potențial.
Bateria de nichel cadmiu funcționează
Funcționarea bateriei nichel-cadmiu se bazează pe reacția chimică care are loc între straturi. Bateria care este o sursă de tensiune continuă constă din două porturi, adică anod și catod. În timpul fabricării bateriei, mai întâi stratul de cadmiu este păstrat pe redox. Stratul de cadmiu acționează ca terminalul catodului. Cadmiul este unul dintre materialele grele și are proprietăți bune de conducere. Deasupra stratului de cadmiu se păstrează straturile separatoare.
Scopul stratului separator este de a furniza ionii OH necesari pentru reactie chimica . Ionii OH sunt necesari pentru reacția dintre nichelul strat catodic și separator. Oferă o producție de ioni OH de oxid de nichel. Necesitatea stratului separator, așa cum am menționat anterior, este furnizarea ionilor OH necesari pentru reacția chimică. Pentru furnizarea H20, stratul separator este îmbibat cu apă pentru reacția inițială.
Ulterior H2O este obținut ca unul dintre produsele secundare. Pe partea anodică, stratul de cadmiu este, de asemenea, combinat cu ioni OH care sunt obținuți din stratul separator. Acest lucru duce la oxid de cadmiu și electroni. Se poate observa că electronii din ambele ecuații se anulează. De asemenea, ionii OH sunt anulați. Ecuația de reamintire este dată de a treia ecuație, în care nichelul este combinat cu cadmiu și apă. Rezultă oxid de nichel și oxid de cadmiu. Reacția chimică este urmată de fluxul de electroni care determină diferența de potențial între două terminale.
Tipuri de baterii nichel-cadmiu
Clasificarea bateriei nichel-cadmiu se face numai în funcție de dimensiune și tensiunea disponibilă. În funcție de mărime, poate avea dimensiunea AAA, AA, A, Cs, C, D sau F. Toate aceste dimensiuni vin cu specificații diferite de tensiune de ieșire. Unele dintre ele sunt în formă de țeavă cilindrice, iar altele se află într-o carcasă exterioară dreptunghiulară.
Avantaje și dezavantaje
Avantajele bateriei de nichel cadmiu sunt
- Oferă ieșire de curent mare
- Tolerează supraîncărcarea
- Rezistă până la 500 de cicluri de încărcare
Dezavantajele bateriei de nichel cadmiu sunt
- Cadmiul nu este un material ecologic
- Toleranță mai mică față de temperatură în comparație cu alte baterii.
Aplicații pentru baterii cu nichel-cadmiu
Are diverse aplicații precum jucării, motoare de curent continuu mici, calculatoare, ventilatoare, computere etc.
Prin urmare, am văzut aplicațiile, funcționarea și detaliile baterie nichel-cadmiu . Trebuie văzut care sunt alte materiale care pot fi combinate cu nichel, deoarece cadmiul are efecte periculoase.
