8-900-374-94-44
В одной из наших статей мы раскрывали самые популярные вопросы о щелочных аккумуляторах. Никель-кадмиевые (Ni-Cd) являются самыми распространенными видами щелочных батарей. Созданы они были Вальмаром Юнгером в 1899 году.
Сегодня разберемся подробнее в устройстве и принципе работы Ni-Cd аккумуляторов.
Никель-кадмиевые аккумуляторы широко применяются в железнодорожном, морском и речном транспорте, в троллейбусах, трамваях, самолетах и вертолетах. Так что сфера применения данных аккумуляторов очень обширна. Они по-прежнему доминируют при использовании в авиации, военной технике.К сожалению, никель-кадмиевые аккумуляторы нет возможности использовать в устойствах, которые имеют потребление большой мощности.
Из плюсов Ni-Cd аккумуляторов можно отметить:
Из минусов, можно выделить следующее:
Какова же конструкция данного аккумулятора?
Никель – кадмиевые аккумуляторы выступают трех видов: цилиндрические, призматические, таблеточные или дисковые.
Компания ООО «Курс» реализует никель-кадмиевые аккумуляторы, корпус которых изготовлен из полимерного материала. Относящегося к группе слабогорючих, по степени воспламеняемости – к трудновоспламеняемым. Положительные и отрицательные электроды размещены поочередно, а между ними расположен сепаратор.
Что влияет на заряд аккумуляторов?
Зарядку Ni-Cd аккумуляторов необходимо проводить в температурном диапазоне 0 – 40 градусов Цельсия.
Цилиндрические никель-кадмиевые аккумуляторы обычно заряжаются от 3 до 7 часов в зависимости от емкости тока.
Аккумуляторы ООО «Курс» обладают следующими свойствами:
Какие же основные особенности эксплуатации никель-кадмиевых следует соблюдать?
Как и в любых других аккумуляторах при эксплуатации никель-кадмиевых аккумуляторов происходят изменения, оказывающие влияние на работоспособность:
Из-за высокого окислительного потенциала положительного электрода на никель-кадмиевом аккумуляторе окисляются органические примеси. Увеличение давления в никель-кадмиевом аккумуляторе также оказывает пагубное влияние на состояние аккумулятора.
Еще один момент, который не стоит упускать – это водород, который скапливается при постоянной разрядке батареи до 0 вольт. У щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов имеется аварийный клапан, чтобы сбросить давление. Все эти факторы также влияют на уровень работоспособности аккумуляторов.
В заключении, хотелось бы рассказать, как происходит маркировка никель-кадмиевых аккумуляторов:
В условном обозначении аккумулятора и батареи цифры и буквы обозначают:
Цифры перед буквами – количество аккумуляторов в батарее;
К (НК) – открытый никель-кадмиевый призматический аккумулятор;
L – длительность режима разряда;
H – короткий режим разряда;
55, 125, 220, 550 – номинальная емкость аккумулятора в Ампер-часах
Р (П) – пластмассовый корпус
(У) – климатическое исполнение
Узнать больше про никель-кадмиевые аккумуляторы, ознакомится с различными видами и сделать заказ, Вы сможете у менеджеров ООО «Курс». Мы предлагаем широкий ассортимент: КН 150 Р, КН 220 Р, KL 375 P, НК – 125 П, НК – 55 Р и др.
Связаться с нами можно по бесплатному номеру 8 800 200 60 10.
Казань
Каталог
ЭлектроникаОдеждаОбувьДом и садДетские товарыКрасота и здоровьеБытовая техникаСпорт и отдыхСтроительство и ремонтПродукты питанияАптекаТовары для животныхКнигиТуризм, рыбалка, охотаАвтотоварыМебельХобби и творчествоЮвелирные украшенияАксессуарыВсё для игрКанцелярские товарыТовары для взрослыхАнтиквариат и коллекционированиеЦифровые товарыБытовая химияМузыка и видеоАвтомобили и мототехникаOzon УслугиЭлектронные сигареты и товары для куренияOzon PremiumOzon GlobalТовары в РассрочкуУцененные товарыOzon CardСтрахование ОСАГОРеферальная программаOzon TravelРегулярная доставкаOzon HealthyДля меняDисконтOzon MerchOzon Бизнес для юрлицOzon КлубУскоренная доставка!Ozon LiveMom’s club Везде 0Войти 0Заказы 0Избранное0КорзинаВ потребительской электронике, большинство аккумуляторов — никель-кадмиевые. Это самый популярный тип подзаряжаемых батареек. Обычно их обозначают NiCad. Катоды в таких элементах сделаны из никеля, а аноды — кадмиевые. Больше всего в таких элементах ценится их емкость и способность перезаряжаться большое количество раз. Обычно такие элементы остаются пригодными к работе даже после 500-1000 циклов перезарядки. Кроме того, такие элементы относительно легки, и имеют довольно высокую плотность (хотя она в два раза меньше обычных щелочных). Таким элементам не страшна непрерывная подзарядка (по крайней мере, при правильном осуществлении). Минусом в никаль-кадмиевых элементах считается их токсичность (кадмий — яд) — об этом можно прочесть на обечайке.
Выходное напряжение большинства химических элементов уменьшается по мере разряда. Это происходит по причине того, что реакции, происходящие внутри батарейки, увеличивают её внутреннее сопротивление. Никель-кадмиевые элементы обладают очень низким внутренним сопротивлением, а это означает, они могут вырабатывать высокие токи, которые не сильно изменяются по мере разрядки батарейки. Соответственно, такие элементы могут создавать практически постоянное напряжение до тех пор, пока целиком не разрядятся. Как только такие элементы разряжаются целиком, напряжение резко падает.
Такое постоянное напряжение очень ценится разработчиками электроники — теперь им не приходится создавать вариаторы напряжения. Но эта же черта не позволяет вычислять степень заряда батарейки. В результате, большинство ноутбуков, к примеру, не проверяют состояние батарейки каждый раз, а вычисляют степень заряда аккумулятора исходя из количества часов, которое она проработала, и её номинальной емкости.
Ещё одним недостатком никель-кадмиевых батареек считается эффект памяти. Некоторые элементы, не будучи полностью разряженными, при дозарядке могут терять мощность. Химия объясняет такой эффект просто — в результате преждевременной перезарядки на анодах элементов возникают кристаллы кадмия, уменьшающие площадь реакции. Возникновение этих кристаллов называется эффектом химической памяти. Такая химическая память запоминает вторичное состояние разряда аккумулятора. Когда батарейка разряжается до этого состояния, мощность батарейки резко падает, даже несмотря на оставшуюся емкость. Если такой элемент продолжать заряжать из этого состояния, ситуация только усугубится — будет сложнее привести аккумулятор в нормальное состояние. При последующих циклах перезарядки из этого состояния батарея ещё лучше его «запомнит». Для того же, чтобы целиком восстановить емкость аккумулятора и избавиться от этого эффекта запоминания, необходимо разряжать аккумулятор так, чтобы он миновал состояние вторичного разряда.
С практической стороны, вылечить аккумулятор можно сильно разрядив его — до уровня, чтобы он едва работал, и затем целиком зарядив его. Но это не означает, что нужно полностью разряжать аккумулятор. Так можно испортить практически любой элемент. Например, если разряжать никель-кадмиевый аккумулятор до напряжения одного вольта (при номинальном напряжении в 1,2) — то можно его погубить. Ноутбуки же отключаются еще до того, как батарейка полностью разряжается. Поэтому можно не заботиться о чрезмерной разрядке батареек. И еще: не пытайтесь разрядить аккумулятор с помощью короткого замыкания — вы рискуете испортить батарею и устроить пожар.
Хотя практикой это и не подтверждается, но если верить производителям батарей, современные никель-кадмиевые и никель-металлгидридные батарейки лишены этого недостатка. Некоторые производители литиевых элементов утверждают, что эффект памяти образуется под воздействием никеля, а не кадмия. С таким выводом не согласны химики, а пользовательский опыт наводит на противоречивые сведения.
В любом случае, для эффективного использования никель-кадмиевых аккумуляторов, для обеспечения максимального срока службы, лучше пользоваться ими равномерно, по нормальному циклу. Заряжать полностью, и использовать до нормального уровня разряда, затем снова заряжать до конца.
Как и в свинцовых аккумуляторах, в никель-кадмиевых батарейках возможен электролиз — распад воды в электролите на потенциально взрывоопасные водород и кислород. Производители батареек предпринимают различные меры для предотвращения этого эффекта. Обычно элементы для предотвращения утечки герметично упаковывают. Кроме того, батарейки устроены так, чтобы сначала вырабатывался не водород, а кислород, который предотвращает реакцию электролиза.
Для того чтобы герметичные аккумуляторы не взрывались, и чтобы в них не скапливался газ, обычно в батарейках предусматривают клапаны. Если закрыть эти вентиляционные отверстия, то возникнет опасность взрыва. Обычно эти отверстия настолько малы, что остаются незамеченными. Работают они автоматически. Это предостережение (не закрывать вентиляционные отверстия) относятся в основном к производителям устройств. Стандартные отсеки для батареек предполагают возможность вентиляции, но вот если залить батарейку в эпоксидной смоле, то вентиляции не будет.
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
«Прародителем» этого типа гальванических элементов является гражданин Швеции Вальдмар Юнгнер, который создал свою первую модель в далеком 1899 г. Низкий уровень развития производства в то время не позволял производить исходные материалы по доступной цене, поэтому вновь созданные батареи оказались довольно дорогими по себестоимости, и на первом этапе нашли лишь достаточно ограниченное применение.
«Второе дыхание» данный тип аккумуляторов прибрел в 1932 г., когда, кроме герметичного исполнения, был предложен вариант расположения активного материала внутри никелевого электрода с пористой структурой.
Серийное производство никель-кадмиевых батарей в герметичном исполнении было освоено в 1947 г., причем прототипы не сильно отличаются от современных образцов. Главная «фишка» конструкции – образующиеся в процессе заряда газы благодаря герметичности конструкции рекомбинируются и остаются во внутреннем объеме батареи. Это позволяет исключить такой хлопотный процесс, как отслеживание уровня электролита и поддержание его на заданном уровне.
Ni-Cd аккумуляторы являются самыми известными и популярными с середины 50-х годов. При энергетической плотности порядка 40-60 вт на кг веса они позволяют производить до 1500 циклов перезарядки при зафиксированной скорости саморазряда в пределах 20% в течение календарного месяца.
Несмотря на довольно скромные технические характеристики, никель-кадмиевые источники отличаются невысокой ценой и отлично зарекомендовали себя в процессе эксплуатации. Они могут обеспечить большую мощность, что позволяет использовать их в модных сегодня электромобилях. Это практически единственный тип гальванических батарей, который позволяет выдерживать полную разрядку при максимальных нагрузках практически без всяких негативных последствий.
Лучше всего такие автономные источники хранить в разряженном состоянии, предполагая каждую последующую зарядку с полной разрядкой. Для таких аккумуляторов полная разрядка – лучший способ сохранения работоспособности, так как в заряженном состоянии происходит образование больших кристаллов. Это приводит к образованию так называемого «эффекта памяти», что приводит к резкому снижению емкости батареи.
Одно из главных достоинств – надежная работа и достаточно скромный уровень саморазряда при низких температурах. Только этот тип аккумуляторов может сохранять эффективность работы при их использовании при низких температурах.
Итак, главные преимущества
никель кадмиевых аккумуляторов
:
— весьма низкая стоимость;
— хорошо себя зарекомендовавшая устойчивость к резким перепадам температур;
— малое внутренне сопротивление, позволяющее сохранять высокую стойкость батареи к воздействию больших токов в процессе заряда-разряда;
— обеспечение большого числа циклов перезарядки без потери основных свойств;
— возможность длительного хранения в разряженном состоянии (до 5-ти лет), в том числе и при низких температурах;
— крайне низкое реагирование на полный разряд;
— экономичность.
К основным недостаткам
никель кадмиевых аккумуляторов
можно отнести:
— относительно низкую плотность содержания электроэнергии;
— эффект памяти, требующий периодического осуществления полного цикла заряда-разряда батареи;
— токсичность исходных компонентов, что выливается в определенные проблемы при переработке;
— достаточно высокий уровень саморазрядки.
При всех этих достоинствах и недостатках этот тип аккумуляторов нашел достойную нишу применения в самых разнообразных сферах.
Основное отличие Ni-Cd аккумуляторов и Ni-Mh аккумуляторов — это состав. Основа аккумулятора одинаковая — это никель, он является катодом, а аноды разные. У Ni-Cd аккумулятора анодом является металлический кадмий, у Ni-Mh аккумулятора анодом является водородный металлогидридный электрод.
У каждого типа аккумулятора есть свои плюсы и минусы, зная их вы, сможете более точно подобрать необходимый вам аккумулятор.
| Плюсы | Минусы | |
| Ni-Cd |
|
|
| Ni-Mh |
|
|
Принцип заряда у обоих аккумуляторов абсолютно одинаковый, поэтому зарядное устройство можно использовать от предыдущего аккумулятора. Основное правило зарядки данных аккумуляторов заключается в том, что заряжать их можно только после полной разрядки. Это требование является следствием того, что оба типа аккумулятора подвержены «эффекту памяти», хотя у Ni-Mh аккумуляторов эта проблема сведена к минимуму.
Лучшее место для хранения аккумулятора — сухое прохладное помещение, так как чем выше температура хранения, тем быстрее происходит саморазряд аккумулятора. Хранить батарею можно в любом состоянии кроме полного разряда или полного заряда. Оптимальный заряд — 40-60%%. Раз в 2-3 месяца следует проводить дозаряд (по причине присутствующего саморазряда), разряд и снова заряд до 40-60%% ёмкости. Допустимо хранение сроком до пяти лет. После хранения батарею следует разрядить, зарядить и после этого использовать в обычном режиме.
Ёмкость аккумулятора — это время работы вашего электроинструмента от аккумулятора. Соответственно для электроинструмента нет абсолютно никакой разницы по ёмкости аккумулятора. Фактическая разница будет только во времени зарядки аккумулятора, и времени работы электроинструмента от аккумулятора. При выборе ёмкости аккумулятора следует отталкиваться от ваших требований, если требуется дольше работать, используя один аккумулятор — выбор в пользу более ёмких аккумуляторов, если комплектные аккумуляторы полностью устраивали, то следует остановиться на аккумуляторах равных или близких по ёмкости.
| Никель-кадмиевые батареи и аккумуляторы | |
|
Батарея аккумуляторная 20НКБН-28 |
Батарея аккумуляторная 20KSX-27 |
| 20НКБН-28, 20НКБН-28-Т, 20НКБН-28-Т-1 | 20KSX-27 |
|
Батарея аккумуляторная 20НКБН-25-У3 |
Батарея аккумуляторная 20НКБН-25-ТД-( )-У3 |
| 20НКБН-25-У3 | 20НКБН-25-ТД-У3, 20НКБН-25-ТД-1-У3 |
|
Батарея аккумуляторная 20НКБН-40-У3 |
Батарея аккумуляторная 20НКБН-40-ТД-( ) |
| 20НКБН-40-У3 | 20НКБН-40-ТД, 20НКБН-40-ТД-1 |
|
Батарея аккумуляторная 20КН-4 |
Аккумулятор НКБН-25 |
| 20KH-4 | Аккумулятор НКБН-25 |
|
Аккумулятор НКБН-28 |
Аккумулятор НКБН-40 |
| Аккумулятор НКБН-28 | Аккумулятор НКБН-40 |
В автомобилях с альтернативным приводом, в отличие от традиционных, вместо свинцовых аккумуляторов используются щелочные, которые предназначены не только для запуска мотора и питания подключенной электроники, но и для поддержки ячеек топлива, либо питания силовой установки авто.
Для автомобилей с топливными ячейками нужны мощные АКБ со средней накопительной способностью, а для электромобилей — с высокой. К тому же большое внимание уделяется саморазряду АКБ, степень которого зависит возраста и типа батареи, температурных условий, и того, насколько часто аккумулятор эксплуатируется.
Чем выше энергетическая плотность аккумулятора, тем больше энергии накапливается при одинаковой массе, и тем большее расстояние проедет электромобиль. Современные аккумуляторы обладают следующими показателями плотности:
Никель-металлогидридные аккумуляторы, или NiMH, применяют в гибридных автомобилях в виде буферного источника энергии. В состоянии покоя такие АКБ быстро разряжаются и если в течение длительного времени не обеспечить полный заряд, то количество рабочих циклов батареи в разы уменьшится. Но есть и ощутимые достоинства:
Никель-кадмиевые аккумуляторы являются прототипом никель-металлогидридных батарей, который менее болезненно воспринимает продолжительный глубокий разряд. Тем не менее использование этих АКБ в автомобилях сегодня нецелесообразно по причине следующих недостатков:
Литий-ионные аккумуляторы активно используются и в гибридных авто, и в различной электронике, а также в некоторых спортивных ав благодаря высокой энергетической плотности, низкому саморазряду и большому количеству рабочих циклов.
Существует один неприятный момент — при зарядке такие батареи сильно нагреваются, что чревато возгоранием в случае чрезмерного заряда. Поэтому процесс зарядки Li-Ion АКБ желательно контролировать. Обезопасить от перезаряда такие батареи помогает специальный корпус, который сглаживает удары и вибрацию, а также использование изолирующего геля, окружающего топливные ячейки. Для большей стабилизации литий-ионные батареи оснащаются контролирующей электроникой, которая вмонтирована в контур и подключена к системе охлаждения. Если возникает перегрев, срабатывает контроллер и специальным клапаном сбрасывается избыточное давление.
Узнайте о различиях между никель-кадмиевым и никель-металлогидридным.
В течение 50 лет портативные устройства работали почти исключительно на никель-кадмиевом (NiCd). Это привело к появлению большого количества данных, но в 1990-х годах никель-металлогидрид (NiMH) взял верх, чтобы решить проблему токсичности надежного в остальном NiCd. Многие характеристики NiCd были переданы в лагерь NiMH, предлагая квазизамену, поскольку эти две системы похожи.Из-за экологических норм, никель-кадмиевый металл сегодня ограничен специальными применениями.
Изобретенная Вальдемаром Юнгнером в 1899 году никель-кадмиевая батарея имела несколько преимуществ по сравнению со свинцово-кислотной, а затем единственной другой перезаряжаемой батареей; однако материалы для NiCd были дорогими. Разработка шла медленно, но в 1932 году были предприняты шаги по нанесению активных материалов внутри пористого никелированного электрода. Дальнейшие усовершенствования произошли в 1947 году за счет поглощения газов, образующихся во время зарядки, что привело к созданию современной герметичной никель-кадмиевой батареи.
В течение многих лет никель-кадмиевые батареи были предпочтительным выбором для радиоприемников двусторонней связи, оборудования скорой медицинской помощи, профессиональных видеокамер и электроинструментов. В конце 1980-х годов NiCd сверхвысокой емкости потряс мир своей емкостью, которая была на 60 процентов выше, чем у стандартного NiCd. Этого удалось добиться за счет упаковки большего количества активного материала в ячейку, но этот выигрыш был затенен более высоким внутренним сопротивлением и уменьшенным количеством циклов.
Стандартный никель-кадмиевый аккумулятор остается одним из самых надежных и щадящих аккумуляторов, и авиационная отрасль остается верна этой системе, но для достижения долговечности требуется надлежащий уход.NiCd, а отчасти и NiMH, обладают эффектом памяти, который приводит к потере емкости, если не выполнять периодический полный цикл разряда. Кажется, что батарея запоминает предыдущую поданную энергию, и после того, как установлен порядок, она не хочет отдавать больше. (См. BU-807: Как восстановить никелевые батареи). По данным RWTH, Ахен, Германия (2018), стоимость никель-кадмиевых батарей составляет около 400 долларов за кВт / ч. В таблице 1 перечислены преимущества и ограничения стандартного никель-кадмиевого сплава.
Преимущества | Прочный, с большим числом циклов при надлежащем обслуживании Единственный аккумулятор, который можно сверхбыстро заряжать без особых нагрузок. Хорошие нагрузочные характеристики; прощает при злоупотреблении Длительный срок хранения; могут храниться в разряженном состоянии, перед использованием необходимо грунтовать Простое хранение и транспортировка; не подлежит нормативному контролю Хорошие низкотемпературные характеристики Экономичная цена; NiCd — самая низкая цена за цикл Доступен в широком диапазоне размеров и вариантов производительности |
Ограничения | Эффект памяти; требует периодических полных разрядов и может восстанавливаться Кадмий — токсичный металл.Невозможно утилизировать на свалках Высокий саморазряд; требует подзарядки после хранения Низкое напряжение ячеек 1,20 В требует, чтобы много ячеек достигло высокого напряжения |
Таблица 1: Преимущества и ограничения никель-кадмиевых батарей .
Исследования никель-металлогидрида начались в 1967 году; однако нестабильность с металлогидридом вместо этого привела к развитию никель-водородного (NiH).Новые гидридные сплавы, открытые в 1980-х годах, в конечном итоге улучшили проблемы стабильности, и сегодня NiMH обеспечивает на 40 процентов более высокую удельную энергию, чем стандартный NiCd.
Металлогидрид никеля не лишен недостатков. Батарея более хрупкая и ее сложнее заряжать, чем NiCd. Благодаря 20-процентному саморазряду в первые 24 часа после зарядки и 10 процентам в месяц после этого NiMH занимает одно из первых мест в своем классе. Модификация гидридных материалов снижает саморазряд и уменьшает коррозию сплава, но это снижает удельную энергию.В аккумуляторных батареях для электрического силового агрегата эта модификация используется для достижения необходимой прочности и длительного срока службы.
Потребительские приложения
NiMH стали одними из самых доступных для использования потребителями перезаряжаемых аккумуляторов. Производители аккумуляторов, такие как Panasonic, Energizer, Duracell и Rayovac, осознали необходимость в долговечных и недорогих перезаряжаемых аккумуляторах и предлагают никель-металлгидридные аккумуляторы AA, AAA и других размеров. Производители батарей хотят переманить покупателей от одноразовых щелочных батарей к перезаряжаемым.
NiMH батарея для потребительского рынка — альтернатива вышедшей из строя многоразовой щелочной батарее, появившейся в 1990-х годах. Ограниченный срок службы и плохие характеристики нагрузки помешали его успеху.
В таблице 2 сравниваются удельная энергия, напряжение, саморазряд и время работы батарей, продаваемых без рецепта. Доступные в размерах AA, AAA и других размерах, эти элементы могут использоваться в портативных устройствах, разработанных для этих норм. Несмотря на то, что напряжения элементов могут изменяться, напряжения в конце разряда являются общими, которые обычно составляют 1 В / элемент.Портативные устройства обладают некоторой гибкостью с точки зрения диапазона напряжений. Важно не смешивать элементы и всегда использовать в держателе батареи одного типа. Из-за соображений безопасности и несовместимости напряжений продажа большинства литий-ионных батарей в форматах AA и AAA невозможна.
| Тип батареи | Емкость Элемент AA | Напряжение | Саморазряд Емкость после хранения 1 год | Время работы Примерное фото на цифровой фотоаппарат |
|---|---|---|---|---|
| NiMH | 2700 мАч, перезаряжаемый | 1.2В | 50% | 600 выстрелов |
| Eneloop * | 2500 мАч, перезаряжаемый | 1,2 В | 85% | 500 выстрелов |
| Обычный щелочной | 2800 мАч; неперезаряжаемый | 1,5 В | 95% Срок годности 10 лет | 100 выстрелов |
| Многоразовый щелочной | 2000 мАч; ниже при последующей перезарядке | 1.4В | 95% | 100 выстрелов |
| Литий (Li-FeS2) | 2,500–3,400 мАч (без аккумулятора) | 1,5 В | Очень низкий Срок годности 10 лет | 690 выстрелов |
Таблица 2: Сравнение щелочных, многоразовых щелочных, Eneloop и NiMH
* Eneloop — торговая марка Panasonic (2013 г.), основанная на NiMH.
** Саморазряд максимален сразу после зарядки, затем спадает.
Потребители, использующие аккумуляторные батареи, постоянно обеспокоены высоким саморазрядом, а никель-металлгидридные аккумуляторы ведут себя как протекающие баскетбольные или велосипедные шины. Фонарик или портативное развлекательное устройство с никель-металлгидридной батареей «разряжается», если его не использовать всего на несколько недель. Необходимость подзаряжать устройство перед каждым использованием не устраивает многих потребителей, особенно фонариков, которые находятся в режиме ожидания на случай перебоев в подаче электроэнергии; Щелочной сохраняет заряд 10 лет.
Eneloop NiMH от Panasonic уменьшил саморазряд в шесть раз по сравнению с более ранними версиями от Sanyo.Эти улучшения стали возможными благодаря изменениям химического состава и модифицированному сепаратору. Это означает, что вы можете хранить заряженный аккумулятор в шесть раз дольше, чем обычный никель-металлгидридный аккумулятор, прежде чем потребуется подзарядка. Также говорят, что Panasonic NiMH хорошо работает при низких температурах. Недостатком Eneloop перед обычным NiMH является немного меньшая удельная энергия.
В таблице 3 приведены преимущества и ограничения NiMH промышленного класса. В таблицу не включены Eneloop и другие потребительские бренды.
Преимущества | Менее подвержен памяти, чем NiCd, можно восстановить Простое хранение и транспортировка; не подлежит нормативному контролю Экологически чистый; содержит только легкие токсины Содержание никеля делает переработку рентабельной Широкий температурный диапазон |
Ограничения | Требуется сложный алгоритм зарядки.Чувствителен к перезарядке Не очень хорошо поглощает перезаряд; постоянный заряд должен поддерживаться на низком уровне Вырабатывает тепло во время быстрой зарядки и разрядки при высокой нагрузке Высокий саморазряд Кулоновский КПД всего около 65% (99% с Li-ion) |
Таблица 3: Преимущества и ограничения NiMH аккумуляторов.
После изобретения никель-кадмия в 1899 году швед Вальдемар Юнгнер попытался заменить железо кадмием, чтобы сэкономить деньги; однако низкая эффективность заряда и газообразование (образование водорода) побудили его отказаться от разработки без получения патента.
В 1901 году Томас Эдисон продолжил разработку никель-железной батареи в качестве заменителя свинцово-кислотной батареи для электромобилей. Он утверждал, что никель-железо, погруженное в щелочной электролит, «намного превосходит батареи, в которых используются свинцовые пластины в серной кислоте». Он рассчитывал на развивающийся рынок электромобилей и проиграл, когда его заняли бензиновые автомобили. Его разочарование возросло, когда автомобильная промышленность использовала свинцово-кислотные батареи в качестве батарей для стартера, освещения и зажигания (SLI) вместо никель-железных.(См. BU-1002: Электрический силовой агрегат, HEV, PHEV.)
Рисунок 4: Томас А. Эдисон и его улучшенная аккумуляторная батарея.
Эдисон продвигал никель-железо как более легкий и чистый, чем свинцово-кислотный. Более низкие эксплуатационные расходы должны были компенсировать более высокую первоначальную стоимость. В ок. 1901 г. Эдисон осознал потребность в электромобиле. Он сказал, что батарее нужно уделять такое же внимание, как и конному и железнодорожному локомотиву.
Источник: Scientific America, Нью-Йорк, 14 января 1911 г.
Никель-железная батарея (NiFe) использует оксидно-гидроксидный катод и железный анод с гидроксидным электролитом калия, который обеспечивает номинальное напряжение ячейки 1.20В. NiFe устойчив к перезарядке и чрезмерной разрядке и может прослужить более 20 лет в режиме ожидания. Устойчивость к вибрации и высоким температурам сделала NiFe батареей предпочтительной для горнодобывающей промышленности в Европе; во время Второй мировой войны использовались аккумуляторные немецкие летающие бомбы Фау-1 и ракеты Фау-2. Другое использование — железнодорожная сигнализация, вилочные погрузчики и стационарные приложения.
NiFe имеет низкую удельную энергию около 50 Втч / кг, плохие низкотемпературные характеристики и высокий саморазряд 20-40 процентов в месяц.Это, вместе с высокой стоимостью производства, побудило промышленность оставаться верной свинцово-кислотной продукции.
Производятся улучшения, и NiFe становится жизнеспособной альтернативой свинцово-кислотной в внесетевых энергосистемах. Технология карманной пластины снизила саморазряд; аккумулятор практически невосприимчив к перезарядке и недозаряду и должен прослужить более 50 лет. Для сравнения, при использовании свинцовых кислот глубокого цикла в циклическом режиме менее 12 лет. NiFe стоит примерно в четыре раза дороже, чем свинцово-кислотный, и по закупочной цене сопоставим с Li-ion.
Никель-железные батареи используют конусный заряд, аналогичный никель-кадмиевым и никель-металлгидридным. Не используйте заряд постоянного напряжения, как в свинцово-кислотных и литий-ионных аккумуляторах, но позвольте напряжению свободно плавать. Подобно батареям на никелевой основе, напряжение элемента начинает падать при полной зарядке, поскольку внутренний газ накапливается и температура повышается. Избегайте перезарядки, так как это вызывает испарение воды и высыхание. Только капельный заряд для компенсации саморазряда.
Низкую емкость часто можно улучшить, применяя высокий разрядный ток, в три раза превышающий C-rate, в течение 30 минут.Убедитесь, что температура электролита не превышает 46 ° C (115 ° F).
Никель-цинк похож на никель-кадмий в том, что в нем используются щелочной электролит и никелевый электрод, но он отличается по напряжению; NiZn обеспечивает 1,65 В на элемент, а не 1,20 В, которые обеспечивают NiCd и NiMH. NiZn заряжается при постоянном токе до 1,9 В на элемент и не может принимать постоянный заряд, также известный как поддерживающий заряд. Удельная энергия составляет 100 Втч / кг, и ее можно включить 200–300 раз.NiZn не содержит тяжелых токсичных материалов и может быть легко переработан. Некоторая упаковка доступна в формате ячейки AA.
В 1901 году Томас Эдисон получил патент США на систему перезаряжаемых никель-цинковых батарей, которая была установлена в железнодорожных вагонах между 1932 и 1948 годами. NiZn страдал от высокого саморазряда и короткого срока службы, вызванного ростом дендритов, что часто приводило к на короткое замыкание. Усовершенствования электролита уменьшили эту проблему, и NiZn снова рассматривается для коммерческого использования.Низкая стоимость, высокая выходная мощность и хороший рабочий температурный диапазон делают этот химический состав привлекательным.
Когда в 1967 году начались исследования никель-металлогидрида, проблемы с нестабильностью металлов вызвали сдвиг в сторону разработки никель-водородных батарей (NiH). NiH использует стальной баллон для хранения водорода под давлением 8270 кПа (1200 фунтов на квадратный дюйм). Ячейка включает твердые никелевые электроды, водородные электроды, газовые экраны и электролит, заключенные в сосуд под давлением.
NiH имеет номинальное напряжение элемента 1,25 В и удельную энергию 40–75 Вт · ч / кг. Преимуществами являются длительный срок службы даже при полных циклах разряда, хороший календарный срок службы из-за низкой коррозии, минимальный саморазряд и замечательные температурные характеристики от –28 ° C до 54 ° C (от –20 ° F до 130 ° F). . Эти характеристики делают NiH идеальным спутником. Ученые пытались разработать NiH-аккумуляторы для наземного использования, но низкая удельная энергия и высокая стоимость работали против этого усилия. Одна ячейка для спутникового приложения стоит тысячи долларов.Поскольку NiH заменил NiCd в спутниках, наблюдается переход к литий-ионным батареям с длительным сроком службы. (См. BU-211: Альтернативные аккумуляторные системы.)
Последнее изменение: 9 мар.2021 г.
Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта. Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме. Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.
Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected]. Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать ваш вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.
Предыдущий урок Следующий урокУзнайте, как увеличить заряд, уменьшить нагрев и уменьшить объем памяти.
Никелевые аккумуляторы сложнее заряжать, чем литий-ионные и свинцово-кислотные. Системы на основе лития и свинца заряжаются регулируемым током, чтобы довести напряжение до установленного предела, после чего батарея насыщается до полной зарядки. Этот метод называется постоянным током постоянного напряжения (CCCV). Батареи на основе никеля также заряжаются постоянным током, но напряжение может расти свободно. Обнаружение полного заряда происходит по небольшому падению напряжения после устойчивого роста.Это может быть связано с периодом плато и повышением температуры со временем (подробнее ниже).
Производители аккумуляторов рекомендуют медленно заряжать новые аккумуляторы в течение 16–24 часов перед использованием. Медленная зарядка приводит к одинаковому уровню заряда всех ячеек аккумуляторной батареи. Это важно, потому что каждая ячейка в никель-кадмиевой батарее может саморазрядиться со своей скоростью. Кроме того, во время длительного хранения электролит имеет тенденцию притягиваться ко дну ячейки, и начальный медленный заряд помогает в перераспределении, чтобы устранить сухие пятна на сепараторе.(См. Также BU-803a: Потеря электролита.)
Производители аккумуляторов не полностью форматируют никелевые и свинцовые аккумуляторы перед отправкой. Ячейки достигают оптимальной производительности после заливки, которая включает несколько циклов зарядки / разрядки. Это часть нормального использования; это также можно сделать с помощью анализатора батареи. Известно, что качественные ячейки работают в полном соответствии со спецификациями всего после 5-7 циклов; другим может потребоваться 50–100 циклов. Пиковая мощность приходится на 100–300 циклов, после чего производительность начинает постепенно падать.
Большинство перезаряжаемых элементов имеют предохранительный клапан, сбрасывающий избыточное давление в случае неправильной зарядки. Вентиляционное отверстие на элементе NiCd открывается при давлении 1000–1400 кПа (150–200 фунтов на квадратный дюйм). Давление, выпущенное через повторно закрываемое вентиляционное отверстие, не вызывает повреждений; тем не менее, при каждой вентиляции некоторое количество электролита может вытечь, и уплотнение может начать протекать. Это заметно благодаря образованию белого порошка у вентиляционного отверстия. Многократная вентиляция в конечном итоге приводит к высыханию. Аккумулятор никогда не должен быть нагружен до выхода воздуха.
Обнаружение полного заряда герметичных никелевых аккумуляторов сложнее, чем у свинцово-кислотных и литий-ионных. В недорогих зарядных устройствах для завершения быстрой зарядки часто используется измерение температуры, но это может быть неточно. Ядро элемента на несколько градусов теплее, чем кожа, на которой измеряется температура, и возникающая задержка вызывает перезарядку. Производители зарядных устройств используют температуру 50 ° C (122 ° F) в качестве предельного значения температуры. Хотя любая длительная температура выше 45 ° C (113 ° F) опасна для аккумулятора, кратковременное превышение допустимого значения допустимо, если температура аккумулятора быстро падает, когда появляется индикатор готовности.
Усовершенствованные зарядные устройства больше не полагаются на фиксированный температурный порог, но определяют скорость увеличения температуры с течением времени, также известную как дельта-температура по дельта-времени, или dT / dt. Вместо того, чтобы ждать достижения абсолютной температуры, dT / dt использует быстрое повышение температуры к концу заряда для включения индикатора готовности. Метод дельта-температуры поддерживает более низкую температуру батареи, чем фиксированная отсечка температуры, но элементы должны заряжаться достаточно быстро, чтобы вызвать повышение температуры.Прекращение зарядки происходит, когда температура повышается на 1 ° C (1,8 ° F) в минуту. Если аккумулятор не может достичь необходимого повышения температуры, отключение абсолютной температуры, установленное на 60 ° C (140 ° F), прекращает заряд.
Зарядные устройства, зависящие от температуры, вызывают опасную перезарядку, когда полностью заряженный аккумулятор неоднократно извлекается и снова вставляется. Так обстоит дело с зарядными устройствами в транспортных средствах и настольных станциях, где двусторонняя радиосвязь отключается при каждом использовании. Повторное подключение инициирует новый цикл зарядки, требующий повторного нагрева батареи.
Литий-ионные системы имеют преимущество в том, что напряжение определяет степень заряда. При повторной установке полностью заряженного литий-ионного аккумулятора напряжение сразу же поднимается до порога полной зарядки, ток падает, и зарядное устройство вскоре выключается без необходимости создания температурной сигнатуры.
Усовершенствованные зарядные устройства прекращают заряд при возникновении определенной сигнатуры напряжения. Это обеспечивает более точное определение полного заряда никелевых аккумуляторов, чем методы, основанные на температуре.Зарядное устройство отслеживает падение напряжения, которое возникает, когда аккумулятор полностью заряжен. Этот метод называется отрицательным дельта V (NDV ).
NDV — это рекомендуемый метод обнаружения полного заряда для зарядных устройств, в которых используется уровень заряда 0,3 ° C и выше. Он обеспечивает быстрое время отклика и хорошо работает с частично или полностью заряженным аккумулятором. При установке полностью заряженной батареи напряжение на клеммах быстро возрастает, а затем резко падает, что приводит к переходу в состояние готовности.Заряд длится всего несколько минут, а элементы остаются прохладными. Зарядные устройства NiCd с обнаружением NDV обычно реагируют на падение напряжения 5 мВ на элемент.
Для получения надежной сигнатуры напряжения скорость заряда должна быть 0,5 ° C и выше. Более медленная зарядка приводит к менее выраженному падению напряжения, особенно если ячейки не соответствуют друг другу, и в этом случае каждая ячейка достигает полного заряда в разный момент времени. Чтобы гарантировать надежное обнаружение полного заряда, большинство зарядных устройств NDV также используют детектор плато напряжения, который прекращает заряд, когда напряжение остается в стабильном состоянии в течение заданного времени.Эти зарядные устройства также включают в себя дельта-температуру, абсолютную температуру и таймер тайм-аута.
Быстрая зарядка повышает эффективность зарядки. При скорости заряда 1С эффективность стандартного NiCd составляет 91 процент, а время зарядки составляет около часа (66 минут при 91 процентах). При медленном зарядном устройстве эффективность падает до 71 процента, увеличивая время зарядки примерно до 14 часов при 0,1 ° C.
Во время первых 70 процентов заряда эффективность NiCd близка к 100 процентам. Аккумулятор поглощает почти всю энергию, и аккумулятор остается прохладным.Никель-кадмиевые аккумуляторы, предназначенные для быстрой зарядки, можно заряжать токами, в несколько раз превышающими номинальные значения C, без значительного тепловыделения. Фактически, NiCd — единственный аккумулятор, который можно сверхбыстро заряжать с минимальной нагрузкой. Аккумуляторы, предназначенные для сверхбыстрой зарядки, можно зарядить до 70 процентов за считанные минуты.
На рисунке 1 показано соотношение напряжения элемента, давления и температуры заряжаемого NiCd. Все идет хорошо примерно до 70 процентов заряда, когда эффективность заряда падает. Ячейки начинают выделять газы, давление повышается, а температура быстро увеличивается.Чтобы снизить нагрузку на аккумулятор, некоторые зарядные устройства снижают скорость заряда до отметки 70 процентов.
Рисунок 1: Зарядные характеристики никель-кадмиевого элемента. * SoC относится к относительному состоянию заряда (RSoC), отражающему фактическую энергию, которую может хранить аккумулятор.Полная зарядка будет показывать 100%, даже если емкость уменьшилась. (См. BU-105: Определение батарей и их значение) Источник: Cadex |
Никель-кадмиевые батареи сверхвысокой емкости имеют тенденцию нагреваться больше, чем стандартные никель-кадмиевые при зарядке при 1С и выше, отчасти это связано с повышенным внутренним сопротивлением. Применение высокого тока при начальной зарядке с последующим постепенным снижением скорости по мере уменьшения приемлемости заряда является рекомендуемым методом быстрой зарядки для этих более хрупких батарей.(См. BU-208: Характеристики цикла.)
Известно, что чередование импульсов разряда между импульсами заряда улучшает прием заряда никелевых аккумуляторов. Этот метод, обычно называемый зарядом «отрыжка» или «обратная нагрузка», способствует рекомбинации газов, образующихся во время заряда. В результате получается более холодный и эффективный заряд, чем при использовании обычных зарядных устройств постоянного тока. Также говорят, что этот метод уменьшает эффект «памяти», поскольку батарея работает с импульсами. (См. BU-807: Как восстановить никелевые батареи.) Хотя импульсная зарядка может быть полезной для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов, этот метод не применяется к системам на основе свинца и лития. Эти батареи лучше всего работают с чистым постоянным напряжением.
После полной зарядки никель-кадмиевый аккумулятор получает постоянный заряд 0,05–0,1 ° C для компенсации саморазряда. Чтобы уменьшить возможную перезарядку, разработчики зарядных устройств стремятся к минимально возможному току непрерывного заряда. Несмотря на это, лучше не оставлять никелевые батареи в зарядном устройстве более чем на несколько дней.Снимите их и зарядите перед использованием.
Залитый NiCd заряжается постоянным током примерно до 1,55 В / элемент. Затем ток снижается до 0,1 ° C, и заряд продолжается до тех пор, пока снова не будет достигнуто значение 1,55 В / элемент. В этот момент применяется постоянный заряд, и напряжение может свободно плавать. Возможны более высокие зарядные напряжения, но при этом образуется избыточный газ и происходит быстрое истощение воды. NDV не применяется, поскольку заливной NiCd не поглощает газы, потому что он не находится под давлением.
Последнее обновление 21.11.2019
Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта. Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме. Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.
Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: BatteryU @ cadex.com. Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать ваш вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.
Предыдущий урок Следующий урокУзнайте, является ли воспоминание мифом или фактом, и как предотвратить и уничтожить его.
В никель-кадмиевые годы 1970-х и 1980-х годов в плохих аккумуляторах винили «память». Сегодня слово «память» все еще используется, чтобы рекламировать новые батареи как «свободные от памяти». Память происходит из «циклической памяти», что означает, что никель-кадмиевый аккумулятор может запоминать, сколько энергии потреблялось при предыдущих разрядах, и выдает такое же количество при повторных разрядах. Если бы потребовали большего, напряжение резко упало бы, как бы в знак протеста против навязанной сверхурочной работы.
Память возникает при хранении перезаряженной никель-кадмиевой батареи. Эффект можно обратить вспять с помощью импульсного заряда, но более эффективно применить полный цикл разряда. На рис. 8-26 показан анод обычного NiCd, сформированная память и восстановленный анод.
| Новый никель-кадмиевый элемент. Анод (отрицательный электрод) в свежем состоянии. Гексагональные кристаллы гидроксида кадмия имеют поперечное сечение около 1 микрона, что обеспечивает большую площадь поверхности для электролита для максимальной производительности. |
| Клетка с кристаллическим образованием. Кристаллы имеют , выросшие до 50-100 микрон в поперечном сечении, что скрывает большие части активного материала от электролита. Неровные края и острые углы могут проткнуть сепаратор, что приведет к усилению саморазряда или короткому замыканию. |
| Восстановленная ячейка. После импульсного заряда кристаллы уменьшаются до 3–5 микрон: почти 100% восстановление. Если импульсный заряд не эффективен, необходимы упражнения или восстановление. |
Рис. 1: Кристаллическое образование на никель-кадмиевом элементе. Кристаллообразование происходит в течение нескольких месяцев, если аккумулятор слишком заряжен и не поддерживается периодическими глубокими разрядами.
В современной никель-кадмиевой батарее больше нет циклической памяти, но она страдает от образования кристаллов .Активный кадмиевый материал наносится на отрицательную пластину, и со временем образуется кристаллическое образование, которое уменьшает площадь поверхности и снижает производительность батареи. На поздних стадиях острые края образующихся кристаллов могут проникать в сепаратор, вызывая сильный саморазряд, который может привести к короткому замыканию.
Когда в начале 1990-х годов представили никель-металлогидрид (NiMH), его провозгласили свободным от памяти, но это утверждение верно лишь отчасти. NiMH подвержен запоминанию, но в меньшей степени, чем NiCd.В то время как у NiMH есть только никелевая пластина, о которой нужно беспокоиться, в NiCd также есть кадмиевый отрицательный электрод с памятью. Это простое объяснение того, почему NiMH менее восприимчив к памяти, чем NiCd.
Кристаллообразование происходит, если никелевый аккумулятор остается в зарядном устройстве на несколько дней или повторно заряжается без периодической полной разрядки. Поскольку большинство приложений попадают в этот пользовательский шаблон, NiCd требует периодического разряда до 1 В на элемент для продления срока службы. Цикл разрядки / зарядки в рамках технического обслуживания, известный как упражнение , следует выполнять каждые 1–3 месяца.Избегайте чрезмерных физических нагрузок, так как это приведет к излишнему износу аккумулятора.
Если регулярные упражнения не выполняются в течение 6 месяцев или дольше, кристаллы врастают в себя, и полного восстановления с разрядом до 1 В на элемент может быть недостаточно. Восстановление часто возможно путем применения вторичного разряда, называемого восстановлением . Восстановление — это медленная разрядка, при которой батарея разряжается примерно до 0,4 В на элемент и ниже.
Испытания армии США показывают, что никель-кадмиевый элемент должен быть разряжен как минимум до нуля.6 В для эффективного разрушения более устойчивых кристаллических образований. Во время этого корректирующего разряда ток должен быть низким, чтобы свести к минимуму реверсирование ячейки, поскольку NiCd может выдерживать только небольшое количество реверсирования ячейки. (См. BU-501: Основные сведения о разрядке). ). На рисунке 2 показано напряжение батареи во время разряда до 1 В / элемент с последующим вторичным разрядом до 0,4 В / элемент.
Рис. 2: Циклы проверки и восстановления анализатора батарей (Cadex). Recondition восстанавливает никель-кадмиевые батареи с трудно извлекаемой памятью. Восстановление — это медленный глубокий разряд до 0,4 В / элемент. Предоставлено Cadex |
Восстановление наиболее эффективно для восстановления батарей, которые не использовались. Анализаторы аккумуляторов (Cadex) автоматически применяют цикл восстановления, если заданная пользователем целевая емкость не может быть достигнута при разряде только до 1 В / элемент. Хотя низкоэффективные батареи часто можно полностью восстановить, высокий саморазряд делает некоторых старожилов непригодными для обслуживания.
Большинство судовых аккумуляторов в больших самолетах — никель-кадмиевые. Эти аккумуляторы, похожие на крупногабаритную стартерную аккумуляторную батарею в автомобиле, обслуживаются путем полного разряда и поддержания нулевого напряжения в каждой ячейке в течение 24 часов перед подзарядкой. Затем каждая ячейка проверяется на правильное напряжение, и проверка емкости проводится с полным циклом разрядки / зарядки перед их повторной установкой в самолет. Авиационные аккумуляторы следует строгому графику технического обслуживания.
Как специалист по уходу за батареями, у вас есть выбор, как продлить срок службы батареи.Каждая аккумуляторная система имеет уникальные потребности в отношении зарядки, глубины разряда и нагрузки, которые необходимо соблюдать. Следующие две статьи резюмируют, что нравится и что не нравится батареям.
BU-415: Как заряжать и когда заряжать?
BU-706: Сводка правил, которые можно и нельзя
Последнее обновление: 20 ноя 2020
Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта.Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме. Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.
Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected]. Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать ваш вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.
Предыдущий урок Следующий урокХимия | Никель-кадмиевый | Металлогидрид никель | Никель-железо | Никель-цинк | Никель-водородный |
Аббревиатура | NiCd | NiMH | NiFe | NiZn | NiH |
Тип | Никелевый катод; | Никелевый катод; | Оксидно-гидроксидный катод; железный анод с электролитом гидроксидом калия | Аналогичен NiCd; использует щелочной электролит и никелевый электрод | Электроды никелевые, водородные электроды в напорном сосуде |
Номинальное напряжение | 1.20 В / элемент (1,25) | 1,20 В | 1,65 В | 1,25 В | |
Заряд | Коническое зарядное устройство. Постоянный ток; плавающее напряжение | Зарядное устройство с конусом, аналогичное NiCd | Зарядное устройство с конусом, аналогичное NiCd | Не определено | |
Полная зарядка | Наблюдение за падением напряжения; напряжение плато как блокировка | 1.9В | Не определено | ||
Капельный заряд | 0,1C | 0,05C | Не определено | Без подзарядки | Не определено |
Удельная энергия | 45–80Втч / кг | 60–120Втч / кг | 50Втч / кг | 100Втч / кг | 40–75Втч / кг |
Тариф | Может быть выше 1С | 0.5–1C | Не определено | Обычный заряд | Не определено |
Скорость разряда | Может быть выше 1С | 1С | Умеренный | Относительно высокая мощность | Не определено |
Срок службы | 1 000 | 300–500 | 20 лет в UPS | 200–300 | Очень долгий срок службы (> 70,000 частичных) |
Техническое обслуживание | Полная разрядка каждые 3 месяца (память) | Полная разрядка каждые 6 месяцев | Не определено | Не определено | Бесплатная поддержка; низкий саморазряд |
Виды отказа | Память уменьшает емкость, обратимая | Память (менее подвержена, чем NiCd) | Избыточная зарядка вызывает высыхание | Короткий цикл жизни из-за роста дендритов | Минимальная коррозия |
Упаковка | A, AA, C, также дробным размером | A, AA, AAA, C, призматический | Не определено | AA и др. | Сделанный на заказ; каждая ячейка стоит> 1000 долларов США |
Окружающая среда | Широкий температурный диапазон.Токсичный | Считается нетоксичным | Низкая производительность в холодную погоду | Хороший температурный диапазон | Работает при |
История | 1899 г., запечатанная версия выпущена в продажу в 1947 г. | Исследования начались в 1967 году, коммерческие — в 1980-х; на основе никель-водород | В 1901 году Томас Эдисон запатентовал и продвигал NiFe вместо свинцово-кислотной; не удалось прижиться за ДВС, EV | В 1901 году Томас Эдисон был удостоен премии U.Патент на батарею NiZn | Проблемы с нестабильностью в 1967 году привели к переходу от NiMH к NiH . |
Приложения | Главный аккумулятор в самолете (затоплен), широкий диапазон температур | Гибридные автомобили, потребительские, ИБП | Немецкие летающие бомбы Фау-1, ракеты Фау-2; ж / д сигнализация, UPS, горная промышленность | Возобновление интереса к коммерческому рынку с Улучшениями | Исключительно сателлиты; слишком дорого для наземного использования |
Комментарии | Надежный, снисходительный, требующий особого ухода.Единственный аккумулятор, который можно сверхбыстро заряжать без особых усилий | Более хрупкий, чем NiCd; имеет большую вместимость; без обслуживания | В 1990 году для экономии Cd был заменен на Fe. Высокий саморазряд и высокие затраты на изготовление | Высокая мощность, хороший температурный диапазон, низкая стоимость, но высокий саморазряд и короткий срок службы | Использует стальной баллон для хранения водорода при давлении 8,270 кПа (1,200 фунтов на кв. Дюйм) |
Узнайте о методах тестирования и об ограничениях.
Снижение емкости никелевых батарей частично коррелирует с повышением внутреннего сопротивления. NiCd и NiMH имеют общие черты со свинцовыми и литиевыми батареями в том, что внутреннее сопротивление сначала остается низким, а затем быстро увеличивается к концу срока службы. Измерение сопротивления может служить простым методом экспресс-теста для определения конца жизни, но это не даст надежной информации о состоянии здоровья (SoH). (См. BU-208: Циклические характеристики).
QuickTest ™ (от Cadex) идет дальше простого измерения сопротивления и объединяет данные шести переменных.Это емкость, внутреннее сопротивление, саморазряд, прием заряда, возможности разряда и подвижность электролита. Алгоритм изучения тенденций объединяет данные, чтобы обеспечить надежное показание состояния здоровья (SoH) в процентах. В системе используются матрицы для конкретных батарей, которые хранятся в тестовом устройстве. На рисунке 1 представлена упрощенная структура алгоритма.
Рисунок 1: Предоставлено Cadex |
Поскольку QuickTest ™ учитывает внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи, необходимо учитывать сварные швы между элементами, особенно с блоками из 10 и более элементов. Несмотря на кажущуюся незначительность с точки зрения дополнительного сопротивления, механическое соединение ведет себя иначе, чем химическая ячейка, и это вызывает нежелательную ошибку.Ошибка связи не наблюдается при обычном испытании на разряд или при проверке только сопротивления, но она мешает более высокопроизводительным методам быстрого испытания, включающим сигналы возбуждения, которые учитывают множество переменных.
Помимо сопротивления взаимосвязанных ячеек, каждая ячейка в пакете из нескольких ячеек по-разному реагирует на сигналы возбуждения. По мере того как стая стареет, эти характеристики начинают расходиться; QuickTest ™ смотрит на среднее значение всех ячеек вместе взятых. QuickTest ™ эффективно работает только с батареями на основе никеля. В литий-ионных и свинцово-кислотных системах используются различные технологии быстрого тестирования.(См. BU-907: Проверка литиевых батарей.)
Последнее обновление 22.01.2016
Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта. Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме. Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.
Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected]. Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать ваш вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.
24 июня 2019 г., 3:23
Винод Кирти написал:
Хорошая статья.
Кроме того, позвольте мне узнать стандартную процедуру измерения внутреннего сопротивления элемента.
Есть ли стандарт (IEC / IEEE)?
19 марта 2013 г., 7:04
Shindinp написал:
Красивый и даже лучший из лучших блогов, которые мне довелось увидеть, это просто здорово для меня Очень важно, и переполняя простую жизнь и живя здесь меня поразило нафик.
17 августа 2012 г., 2:08
Titan SolarCo написал:
Вы определенно понимаете, как выявить дилемму, сделав ее полезной.Намного больше людей должны прочитать это и оценить эту часть статьи. У вас действительно потрясающие статьи. Благодарим за то, что поделились с нами своим сайтом.
Никель-кадмиевый аккумуляторВо многих электронных калькуляторах используются аккумуляторные никель-кадмиевые батареи. Общее уравнение для спонтанной реакции в этих ячейках:
Cd (s) + NiO2 (s) + 2h3O → KOHCd (OH) 2 (s) + Ni (OH) 2 (s)
Каковы степени окисления Cd в (а) Cd и (б) Cd (OH) 2 и Ni в (в) NiO 2 и (г) Ni (OH) 2 ? Что такое (e) окислитель, (f) восстановитель, (g) окисленное вещество и (h) восстановленное вещество? Напишите сокращенное обозначение (i) редукционных пар и (j) всей ячейки.Во время экзамена калькулятор студента дал сбой. (K) Что произошло химически? (l) Напишите общее уравнение для цикла перезарядки этого элемента. (m) Является ли КОН в этой ячейке катализатором?Какие утверждения верны? Перепишите любое ложное утверждение, сделав его правильным.
Гальванический элемент вырабатывает электрическую энергию в результате спонтанной реакции окисления-восстановления.
Анод — это электрод, на котором происходит восстановление.
Электрод, который является источником электронов, является отрицательным электродом.
Катионы всегда заряжены положительно и движутся к катоду.
Клетки, разработанные в начале истории электрохимии, известны как первичные клетки.
Во время быстрой зарядки может быть доставлено такое же количество кулонов, как и во время медленной зарядки свинцовой аккумуляторной батареи.
Следует четко различать термины анод и катод . В ячейке какого типа анод может быть отрицательным по отношению к катоду? Может ли анод быть положительным по отношению к катоду?
Подготовьте простой эскиз гальванической ячейки, показывающий анод, катод, знаки электродов и направление потока ионов для ячейки, представленной обозначением Ag ( s ) | AgCl ( с ) | HCl ( водн. ) | Cl 2 ( г ) | (графит).Нужен ли солевой мостик для этой реакции в этих условиях?
Подготовьте простой эскиз электролитической ячейки, показывающий анод, катод, знаки электродов и направление потока ионов для реакции, заданной уравнением
MgF2 (l) → Mg (s ) + F2 (g)
Различают первичные и вторичные (накопительные) ячейки. Назовите ячейку каждого типа, который играет важную роль в нашей повседневной жизни.Напишите реакции полуэлементов и общую реакцию клетки для каждого примера.
* Ячейка Эдисона, представленная Fe | Fe (OH) 2 | LiOH, KOH | Ni (OH) 2 | NiO ° OH, иногда используется вместо свинцовых аккумуляторных батарей, когда важен вес. Напишите полуреакции, описывающие процессы окисления и восстановления, и напишите общую реакцию клетки.
Определите E º и E для реакции
Fe + 2Fe3 + → 3Fe2 +
, учитывая, что E º = −0.409 В для Fe 2+ / Fe и 0,770 В для Fe 3+ / Fe 2+ при 25 ° C. Предположим, что концентрации иона железа (II) и иона железа (III) равны 1,0 × 10 −3 M и 1,5 M , соответственно.Рассмотрим ячейку, представленную обозначением Zn | ZnCl 2 ( водн. ) | Cl 2 (1 атм) | (графит). (a) Нарисуйте ячейку, показывающую анод, катод, направление потока электронов, потока ионов и т. д. (b) Стандартные потенциалы восстановления равны -0.7628 В для Zn 2+ / Zn и 1,3583 В для Cl 2 / Cl — при 25 ° C. Рассчитайте ЭДС для ячейки при стандартных условиях состояния. (c) Найдите E для ячейки, когда концентрация ZnCl 2 составляет 0,1 M .
Изобразите экспериментальную схему для ячейки, заданную формулой (Pt) | H 2 ( г ) | HCl ( водн. ) | Fe 3+ ( водн. ), Fe 2+ ( водн. ) | (Pt).Обязательно укажите обозначения электродов, названия электродов и т. Д. При 25ºC E º = 0,770 В для Fe 3- / Fe 2+ . Напишите общую реакцию и вычислите E , если [H + ] = 0,1 M , [Fe 3+ ] = 0,1 M , [Fe 2+ ] = 0,01 M и P H 2 = 1,33 атм.
Напишите сбалансированное уравнение для полуреакции, которая происходит на каждом электроде при пропускании электрического тока через 1 M водный раствор следующих веществ с использованием инертных электродов: (a) AgNO 3 , б — CuBr 2 , в — H 2 SO 4 , г — NaOH.Вы можете обратиться к Приложению C, чтобы решить, какая половина реакции наиболее благоприятна.
Какая масса расплавленного натрия и масса брома при стандартных условиях была бы получена путем электролиза расплавленного бромида натрия с использованием тока 15 ампер в течение 3 часов?
Сколько времени потребуется, чтобы покрыть железный диск 5,0 г серебра, используя раствор, содержащий ион Ag (CN) 2 — и ток 1.5 ампер?
Сколько ампер электрического тока необходимо пропустить через раствор CuSO 4 , чтобы покрыть 1,0 кг меди за 8,0 часов?
Напишите химическое уравнение электролиза достаточно концентрированного солевого раствора. Если в течение 5,0 часов пропустить 1,5 ампера, какой объем газообразного хлора будет образован, если его измерить при 745 торр и 85 ° C, если предположить, что процесс будет эффективен на 80%?
* Рассмотрим гальванический элемент, представленный Zn | Zn 2+ || Fe 3+ | Fe. (а) Напишите полуракции и общую реакцию клетки. (b) Стандартные потенциалы восстановления для Zn 2+ / Zn и Fe 3+ / Fe составляют -0,7628 В и -0,036 В, соответственно, при 25 ° C. Определите стандартное напряжение для реакции. (c) Определите E для ячейки, когда концентрация Fe 3+ составляет 10 M , а Zn 2+ составляет 1 × 10 −3 M .(d) Если из этой ячейки необходимо снять 150 миллиампер в течение 15 минут, какова минимальная масса цинкового электрода?
* Рассмотрим следующее несбалансированное уравнение:
Hg (l) + Fe3 + (водн.) → Hg22 + (водн.) + Fe2 + (водн.)
Запишите полуреакции и общая реакция клетки.
Подготовьте простой эскиз электрохимической ячейки, предназначенной для получения работы от этой реакции.Напишите сокращенное обозначение для этой ячейки. (c) Стандартные потенциалы восстановления при 25 ° C составляют 0,7961 В для Hg 2 2+ / Hg и 0,770 В для Fe 3+ / Fe 2+ . Найдите E º для реакции. Самопроизвольная реакция в стандартных государственных условиях? (d) Когда [Hg 2 2+ ] = 0,001 M , [Fe 2+ ] = 0,1 M и [Fe 3+ ] = 1,00 M , то есть . E за реакцию? Является ли реакция более, менее или такой же спонтанной в этих условиях, чем в стандартных условиях?
* Ток, последовательно протекающий через 0,5 M водных растворов Ag (CN) 2 — , In 2 (SO 4 ) 3 и NiSO 4 высвобождает 112 мл газообразного водорода, измеренного при стандартных условиях из водного раствора KCl. Рассчитайте вес нанесенного Ag, In и Ni, принимая в каждом случае 100% эффективность.
* Рассчитайте ток, необходимый для внесения депозита (a) 0.50 эквивалентов, (b) 0,50 моля и (c) 0,50 г элементарной платины из раствора, содержащего ион PtCl 6 2-, в течение 5,0 часов.
* Через слабокислый водный раствор в течение 5,0 мин пропускали ток 250 миллиампер. (а) Напишите уравнения реакций, протекающих на аноде и катоде, и общей реакции. (б) Какие объемы газов будут собираться при 25ºC и 1,00 атм над водой? Давление паров воды при этой температуре составляет 23.756 торр.
* Образец Al 2 O 3 (растворенный в криолите) подвергается электролизу с использованием тока 1,00 ампер. а) Какова скорость производства Al в граммах в час? (b) Кислород, выделяющийся на положительном углеродном электроде, реагирует с углеродом с образованием CO 2 . Какая масса CO 2 производится в час?
* То же количество электричества, которое нанесло 0,583 г серебра, было пропущено через раствор соли золота и 0.Образовалось 355 г золота. (а) Рассчитайте эквивалентный вес золота. б) Какова степень окисления золота в этой соли? (c) Если использовался ток 1,0 ампер, как долго длился этот электролиз?
* Производство U из очищенной руды UO 2 состоит из следующих этапов:
UO2 + 4HF → UF4 + 2h3OUF4 + 2Mg → U + 2MgF2
Какова степень окисления U в ( а) UO 2 , б) UF 4 и в) U? Определите (d) окислитель и (e) восстановленное вещество.(f) Если вторая реакция была проведена электрохимически, прогнозируйте E º для данной реакции E º = — 1,50 В для U 4+ / U и −2,375 В для Mg 2+ / Mg. . (g) Какой ток может генерировать вторая реакция, если 1,00 г UF 4 реагирует каждую минуту? (h) Какой объем HF при 25ºC и 10,0 атм потребуется для производства 1,00 фунта урана? (i) Достаточно ли 1 фунта магния для производства 1 фунта урана?Никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи в заряженном состоянии имеют положительные пластины с оксигидроксидом никеля (NiOOH) в качестве активного материала, отрицательные пластины с мелкодисперсными металлический кадмий в качестве активного материала и электролит гидроксида калия (КОН) в воде (20–35% по весу).При разряде NiOOH положительной пластины преобразуется в Ni (OH) 2 , а металлический кадмий отрицательной пластины превращается в Cd (OH) 2 .
Основные реакции:
Всего: 2NiOOH + заряженный C + 2h3O⇔2NI (OH) 2 + Cd (OH) 2 разряженный
На положительной пластине: NiOOH + h3O + e − заряженный ⇔Ni (OH) 2 + OH − разряд
На отрицательной пластине: Cd + 2OH — заряженный Cd (OH) 2 + 2e — разряженный
Обратите внимание, что в никель-кадмиевой батарее электролит KOH не участвует в реакциях заряда или разряда.Это означает, что концентрация электролита не изменяется при зарядке и разрядке, и при этом для реакции разряда не требуется адекватное поступление ионов из электролита, чтобы гарантировать достижение полной емкости. Оба эти явления отличаются от поведения свинцово-кислотной батареи.
Система никель-кадмиевых батарей имеет номинальное напряжение 1,2 В / элемент. Типичное конечное напряжение для разряда в фотоэлектрических системах составляет 0,9–1,0 В / элемент, а типичное конечное напряжение для зарядки в фотоэлектрических системах колеблется в пределах 1.45 и 1,6 В / элемент, в зависимости от батареи, контроллера и типа системы. Нет никакой связи между напряжением холостого хода и SOC.
В фотоэлектрических системах никель-кадмиевые батареи обычно выбирают вместо свинцово-кислотных аккумуляторов, когда они работают при очень низких (минусовых) или очень высоких (более 40 ° C) температурах, когда свинцово-кислотные аккумуляторы могут замерзать или замерзать. соответственно значительно сокращенный срок службы. Промышленные никель-кадмиевые батареи открытого типа обычно в 3–4 раза дороже на киловатт-час хранимой энергии, чем промышленные свинцово-кислотные батареи открытого типа.
Хотя одиночный никель-кадмиевый элемент может быть полностью разряжен (до 0 В) без вреда, не рекомендуется позволять всей батарее разряжаться до очень низких напряжений. Это связано с тем, что некоторые элементы неизбежно будут иметь меньшую емкость, чем другие, и если разряд батареи превышает их предел емкости, элементы с низкой емкостью могут быть переведены в обратную полярность (т. Е. Будут иметь напряжение менее 0 В), что может сократить свою жизнь. Поэтому обычно указывается, что никель-кадмиевый аккумулятор в фотоэлектрической системе имеет максимальную глубину разряда 90%.
Промышленные никель-кадмиевые батареи, используемые в фотоэлектрических системах, обычно открытого типа, предназначенные для использования в режиме ожидания при низкой скорости разряда. Они могут быть типа карманных пластин или волоконных пластин. Во всем мире настаивают на запрете никель-кадмиевых батарей из-за проблемы токсичных отходов, и это уже произошло в ЕС [1] в отношении небольших герметичных батарей потребительского типа, для которых доступны альтернативные типы батарей. Однако для более крупных батарей в настоящее время нет альтернативной системы с аналогичными свойствами, и трудно понять, как их можно запретить, прежде чем такая альтернативная система станет доступной.Следует иметь в виду, что любую никель-кадмиевую батарею, предназначенную для фотоэлектрической системы, необходимо утилизировать надлежащим образом по окончании срока службы (путем возврата производителю для переработки или через утвержденную организацию по переработке аккумуляторов).
Эффект памяти — это явление, которое наблюдается в некоторых типах никель-кадмиевых аккумуляторов при неглубоких циклах эксплуатации, но не в открытых типах карманных пластин, используемых в более крупных стационарных фотоэлектрических системах, о которых идет речь в этой главе. Эффект памяти описывает потерю батареей способности обеспечивать полную емкость при нормальном напряжении при регулярном неглубоком цикле без полной разрядки.Оставшаяся мощность, которая не использовалась регулярно, будет доступна, но при более низком напряжении. Считается, что причина этого эффекта памяти связана с образованием крупных кристаллов в кадмиевом электроде в присутствии большой площади поверхности металлического никеля. Поэтому это происходит в основном в никель-кадмиевых батареях с спеченными пластинами (как открытых, так и вентилируемых), но не в типах карманных или волоконных пластин, используемых в более крупных автономных фотоэлектрических системах в экстремальных температурных условиях.