Co to jest bateria niklowo-kadmowa: działanie i jej zastosowania

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Akumulator niklowo-kadmowy jest źródłem napięcia stałego. Ze względu na swoje właściwości i zalety przejmuje kwas ołowiowy oparte na bateriach i zyskującej w ostatnim czasie popularność. Jest mały, kompaktowy, łatwo przenosi się z jednego miejsca do drugiego. Ogólne zastosowania tej baterii to zabawki, kalkulatory, małe Silniki prądu stałego itp. Pod względem zasady jest taki sam jak w przypadku akumulatorów ołowiowych. Metal jest walcowany z kadmem i warstwami separatora i utrzymywany w stanie redoks, dzięki czemu reakcja chemiczna wytwarza napięcie stałe. Baterie cieszą się popularnością od dawna, a aby zwiększyć wydajność baterii, stosuje się coraz więcej pierwiastków chemicznych. To sprawia, że ​​konstrukcja jest zwarta.

Co to jest bateria niklowo-kadmowa?

Jest to urządzenie, które wytwarza napięcie stałe w wyniku reakcji chemicznej między substancjami. W baterii niklowo-kadmowej materiał redoks służy jako podstawa, a wokół niego warstwa niklu i separator. Napięcie ogniwa niklowo-kadmowego wynosi około 1,2 V.Po podłączeniu szeregowym zwykle 3 do 4 ogniw są pakowane razem, aby uzyskać moc wyjściową 3,6 do 4,8 V




Konstrukcja baterii niklowo-kadmowej

Konstrukcja baterii niklowo-kadmowej

Teoria baterii niklowo-kadmowej

Zasada działania baterii niklowo-kadmowej jest taka sama jak innych baterii. Aby poprawić wydajność, stosuje się nikiel i kadm. Bateria jest źródłem napięcia stałego, dlatego musi składać się z dwóch punktów potencjału, tj. Dodatniego i ujemnego lub zwanego również anodą i katodą. W akumulatorze niklowo-kadmowym najpierw wokół redoks utrzymywana jest warstwa tlenku niklu NiO2.



Ta warstwa tlenku niklu działa jak warstwa katody. Nad warstwą tlenku niklu utrzymywana jest warstwa KaOH, która działa jak separator. Należy zwrócić uwagę, że ta warstwa oddzielająca musi być namoczona w wodzie lub wilgotna. Jego celem jest dostarczenie wymaganych ujemnych jonów OH do reakcji chemicznej. Nad warstwą oddzielającą umieszcza się kadm. Warstwa kadmu działa jako anoda dla akumulatora niklowo-kadmowego. Plik Schemat akumulatora niklowo-kadmowego pokazano poniżej.

Schemat baterii niklowo-kadmowej

Schemat baterii niklowo-kadmowej

Jak pokazano na schemacie, nikiel działa jak elektroda dodatnia kolektor a warstwa kadmu działa jako kolektor warstwy ujemnej. Warstwa oddzielająca między dwiema warstwami składa się z KOH lub NaOH. Jego celem jest dostarczenie jonów OH. Oprócz tego składa się z zaworu bezpieczeństwa, płytki uszczelniającej, pierścienia izolacyjnego, uszczelki izolacyjnej i obudowy zewnętrznej.

Celem pierścienia izolacyjnego jest zapewnienie izolacji między dwiema warstwami. Uszczelka izolatora to miejsce, w którym znajduje się pierścień izolacyjny. Warstwa separatora jest połączona z tym pierścieniem. Obudowa zewnętrzna ma zapewniać ochronę warstw wewnętrznych przed czynnikami zewnętrznymi, takimi jak uszkodzenia i niewłaściwe obchodzenie się z baterią. Należy zauważyć, że ze względu na reakcje chemiczne zachodzące w cieście praca z akumulatorem zawsze jest niebezpieczna.


Obudowa baterii nigdy nie jest otwierana, ponieważ wszystkie warstwy są odsłonięte i może to spowodować obrażenia osoby używającej. Podobnie, gdy nie jest używane, zaleca się wyjęcie baterii z urządzenia.

Równania dla baterii niklowo-kadmowych

Równania chemiczne reprezentujące reakcję chemiczną można podać jako

Pierwsze równanie przedstawia reakcję między warstwą katody niklu a separatorem. Daje produkcję jonów tlenku niklu OH. Konieczność zastosowania warstwy separującej, jak wspomniano wcześniej, polega na zapewnieniu jonów OH potrzebnych do reakcji chemicznej. W celu zaopatrzenia w H20 warstwę separatora zwilża się wodą do początkowej reakcji. Później H2O jest otrzymywana jako jeden z produktów ubocznych.

Po stronie anody warstwa kadmu jest również łączona z jonami OH, które są uzyskiwane z warstwy separatorów. Powoduje to powstanie tlenku kadmu i elektronów. Można zauważyć, że elektrony w obu równaniach zostają skasowane. Ponadto jony OH są usuwane. Równanie przypominające wynika z trzeciego równania, w którym nikiel łączy się z kadmem i wodą. Daje to tlenek niklu i tlenek kadmu.

Zakres temperatur akumulatora niklowo-kadmowego

Zakres temperatur dla akumulatora niklowego wynosi od 0 do 45 stopni Celsjusza podczas ładowania i od -20 do 65 stopni Celsjusza podczas rozładowywania. Poza tym zakresem temperatur akumulator nie działa i istnieją nawet szanse na wybuch.

Toksyczność baterii niklowo-kadmowych

Akumulator niklowo-kadmowy jest bardzo toksyczny dla organizmu ludzkiego. Kadm to metal ciężki stwarzający wiele zagrożeń dla organizmu ludzkiego. Kadm ma nawet fizjologiczny wpływ na system. Średnia obecność kadmu w organizmie człowieka wynosi około 1 mikrograma na litr. Ma bezpośredni wpływ na układ pokarmowy. Podobnie nikiel jest również trujący dla układu oddechowego człowieka.

Napięcie akumulatora niklowo-kadmowego

Ogólnie, każde napięcie dla akumulatora niklowo-kadmowego wynosi około 1,2 V. Liczba ogniw jest połączonych szeregowo lub równolegle, aby uzyskać wymagane napięcie. Oprócz napięcia, jego energia właściwa wynosi około 50-60 Wh na kg. Jest to umiarkowanie wysokie niż żelazo niklowe, ale stosunkowo niższe niż w przypadku akumulatorów niklowo-cynkowych i niklowo-wodorkowych.

Moc właściwa wynosi 200 W na kg. Jest to umiarkowanie wysokie niż w przypadku akumulatorów niklowo-żelazowych, ale stosunkowo niższe niż w przypadku akumulatorów niklowo-cynkowych i niklowo-wodorkowych. W przypadku akumulatorów niklowo-metalowych jest to około 170-1000. W przypadku akumulatorów niklowo-żelaznych wynosi około 100. Efektywność energetyczna wynosi około 70-75%. Jest to umiarkowanie wysokie niż w przypadku akumulatorów niklowo-żelazowych, ale stosunkowo niższe niż w przypadku akumulatorów niklowo-cynkowych i niklowo-wodorkowych. W przypadku akumulatorów niklowo-metalowych jest to około 70-80%. W przypadku akumulatorów niklowo-żelazowych wynosi około 60-70%.

Budowa baterii niklowo-kadmowej

Konstrukcyjnie akumulator niklowo-kadmowy jest taki sam jak akumulator kwasowo-ołowiowy. Składa się z trzech podstawowych warstw. Pierwsza to warstwa niklu, następnie warstwa oddzielająca i warstwa kadmu. Nikiel działa jako kolektor elektrody dodatniej, a warstwa kadmu jako kolektor warstwy ujemnej.

Warstwa oddzielająca między dwiema warstwami składa się z KOH lub NaOH. Jego celem jest dostarczenie jonów OH. Oprócz tego składa się z zaworu bezpieczeństwa, płytki uszczelniającej, pierścienia izolacyjnego, uszczelki izolacyjnej i obudowy zewnętrznej. Celem pierścienia izolacyjnego jest zapewnienie izolacji między dwiema warstwami. Uszczelka izolatora to miejsce, w którym znajduje się pierścień izolacyjny. Warstwa separatora jest połączona z tym pierścieniem.

Obudowa zewnętrzna ma zapewniać ochronę warstw wewnętrznych przed czynnikami zewnętrznymi, takimi jak uszkodzenia i niewłaściwe obchodzenie się z baterią. Należy zauważyć, że ze względu na reakcje chemiczne zachodzące w cieście praca z akumulatorem zawsze jest niebezpieczna. Warstwy wraz z warstwą separującą tworzą wymaganą reakcję chemiczną i tworzą różnicę potencjałów.

Działa bateria niklowo-kadmowa

Działanie baterii niklowo-kadmowej opiera się na reakcji chemicznej zachodzącej między warstwami. Bateria będąca źródłem napięcia stałego składa się z dwóch portów tj. Anody i katody. Podczas wytwarzania baterii najpierw warstwa kadmu jest utrzymywana na redoksie. Warstwa kadmu pełni rolę końcówki katody. Kadm jest jednym z ciężkich materiałów i ma dobre właściwości przewodzące. Nad warstwą kadmu utrzymywane są warstwy oddzielające.

Zadaniem warstwy separującej jest dostarczenie wymaganych jonów OH do Reakcja chemiczna . Jony OH są potrzebne do reakcji między warstwą katody niklu a separatorem. Daje produkcję jonów tlenku niklu OH. Konieczność zastosowania warstwy separującej, jak wspomniano wcześniej, polega na zapewnieniu jonów OH potrzebnych do reakcji chemicznej. W celu zaopatrzenia w H20 warstwę separatora zwilża się wodą do początkowej reakcji.

Później H2O jest otrzymywana jako jeden z produktów ubocznych. Po stronie anody warstwa kadmu jest również łączona z jonami OH, które są uzyskiwane z warstwy separatorów. Powoduje to powstanie tlenku kadmu i elektronów. Można zauważyć, że elektrony w obu równaniach zostają skasowane. Ponadto jony OH są usuwane. Równanie przypominające wynika z trzeciego równania, w którym nikiel łączy się z kadmem i wodą. Daje to tlenek niklu i tlenek kadmu. Po reakcji chemicznej następuje przepływ elektronów, co powoduje różnicę potencjałów na dwóch zaciskach.

Rodzaje akumulatorów niklowo-kadmowych

Klasyfikacja akumulatorów niklowo-kadmowych odbywa się wyłącznie na podstawie rozmiaru i dostępnego napięcia. W zależności od rozmiaru może to być rozmiar AAA, AA, A, Cs, C, D lub F. Wszystkie te rozmiary mają różne specyfikacje napięcia wyjściowego. Niektóre z nich mają kształt cylindrycznej rury, a niektóre z nich są w zewnętrznej obudowie w kształcie prostokąta.

Zalety i wady

Zalety baterii niklowo-kadmowej są

  • Zapewnia wysoki prąd wyjściowy
  • Toleruje przeładowanie
  • Wytrzymuje do 500 cykli ładowania

Wady baterii niklowo-kadmowej są

  • Kadm nie jest materiałem przyjaznym dla środowiska
  • Mniejsza tolerancja na temperaturę w porównaniu z innymi akumulatorami.

Zastosowania baterii niklowo-kadmowych

Ma różne zastosowania, takie jak zabawki, małe silniki prądu stałego, kalkulatory, wentylatory, komputery itp.

Dlatego widzieliśmy aplikacje, działanie i szczegóły bateria niklowo-kadmowa . Trzeba zobaczyć, jakie są inne materiały, które można łączyć z niklem, ponieważ kadm ma niebezpieczne działanie.