Никел-кадмиевата батерия е източник за постояннотоково напрежение. Поради своите свойства и предимства, той поема оловна киселина базирани на батерии и набиращи популярност в последно време. Той е малък, компактен, лесно се придвижва от едно място на друго. Основните приложения на тази батерия са играчки, калкулатори, малки DC двигатели и т.н. Принципно е същото като батериите, базирани на оловен акумулатор. Металът се валцува с кадмий и сепараторни слоеве и се поддържа в редокс, така че химическата реакция произвежда постояннотоково напрежение. Батериите са популярни отдавна и в усилията си да се увеличи ефективността на батерията се използват все повече химически елементи. Това прави конструкцията компактна.
Какво представлява никел-кадмиевата батерия?
Това е устройство, което произвежда постояннотоково напрежение въз основа на химическата реакция между участващите вещества. В никел-кадмиевата батерия редокс материалът се използва като основа, а около нея се използва никеловият слой и сепараторът. Напрежението на никел-кадмиевата клетка е около 1,2 V. При последователно свързване обикновено 3 до 4 клетки са опаковани заедно, за да се получи изход от 3,6 до 4,8 V
Дизайн на никел-кадмиевите батерии
Теория за никел-кадмиевите батерии
Принципът на работа на никел-кадмиевата батерия е същият като другите батерии. За подобряване на ефективността се използват никел и кадмий. Батерията е източникът на постояннотоково напрежение, поради което тя трябва да се състои от две потенциални точки, т.е. положителна и отрицателна или наричани още анод и катод. В никел-кадмиевата батерия първо се задържа слой никелов оксид NiO2 около редокса.
Този слой никелов оксид действа като катоден слой. Над слоя никелов оксид се задържа слой от KaOH, който действа като сепаратор. Трябва да се отбележи, че този разделителен слой трябва да бъде напоен с вода или влажен. Целта му е да осигури необходимите OH отрицателни йони за химичната реакция. Над разделителния слой е поставен кадмий. Кадмиевият слой действа като анод за никел-кадмиевата батерия. The диаграма на никел-кадмиевата батерия е показано по-долу.
Диаграма на никел-кадмиевата батерия
Както е показано, на диаграмата никелът действа като положителен електрод колекционер а кадмиевият слой действа като колектор на отрицателен слой. Разделителният слой между двата слоя се състои от KOH или NaOH. Целта му е да осигури OH йони. Освен тях, той също се състои от предпазен клапан, уплътнителна плоча, изолационен пръстен, изолационно уплътнение и външен корпус.
Целта на изолационния пръстен е да осигури изолация между двата слоя. Изолационното уплътнение е мястото, където изолационният пръстен се държи наблизо. Разделителният слой е свързан с този пръстен. Външният калъф е да осигури защита на вътрешните слоеве от външни фактори като повреди и неправилно боравене с батерията. Трябва да се отбележи, че поради химичните реакции, протичащи в тестото, винаги е опасно да работите с батерията.
Корпусът на батерията никога не се отваря, тъй като всички слоеве са изложени и това може да навреди на лицето, което използва. По същия начин, когато не се използва, се препоръчва да извадите батерията от устройството.
Уравнения на никел-кадмиевата батерия
Химичните уравнения, представляващи химичната реакция, могат да бъдат дадени като
Първото уравнение представлява реакцията между катодния слой никел и сепаратора. Той дава продукция на никелов оксид OH йони. Необходимостта от разделителния слой, както беше споменато по-горе, е осигуряването на OH йони, необходими за химичната реакция. За осигуряване на H20, разделителният слой се напоява с вода за началната реакция. По-късно H2O се получава като един от страничните продукти.
От страна на анода, кадмиевият слой също се комбинира с OH йони, които се получават от сепараторния слой. Това води до кадмиев оксид и електрони. Може да се отбележи, че електроните и в двете уравнения се анулират. Също така, OH йони се анулират. Уравнението за напомняне се дава от третото уравнение, където никелът се комбинира с кадмий и вода. В резултат се получават никелов оксид и кадмиев оксид.
Температурен диапазон на никел-кадмиевата батерия
Температурният диапазон за никеловата батерия е от 0 до 45 градуса по Целзий по време на зареждане и от -20 до 65 градуса по Целзий по време на разреждането. Извън този температурен диапазон батерията не работи и дори има шанс за експлозия.
Токсичност на никел-кадмиевата батерия
Никел-кадмиевата батерия е много токсична за човешкото тяло. Кадмият е тежък метал, който представлява няколко риска за човешкото тяло. Кадмият има дори физиологичен ефект върху системата. Средното присъствие на кадмий в човешкото тяло е приблизително 1 микрограм на литър. Има пряк ефект върху храносмилателната система. По същия начин никелът е отровен и за дихателната система на човека.
Напрежение на никел-кадмиевата батерия
По принцип всяко напрежение за никел-кадмиевата батерия ще бъде приблизително 1,2 V. Броят на клетките са свързани последователно или паралелно, за да се получи необходимото напрежение. Освен напрежението, неговата специфична енергия е около 50-60 Wh на килограм. Това е умерено високо, отколкото никел-желязото, но относително по-малко от никел-цинковите и никел-метални хидридни батерии.
Специфичната мощност е 200 W на кг. Това е умерено високо от никел-желязото, но относително по-малко от никел-цинковите и никел-метални хидридни батерии. За никел-металните батерии това е около 170-1000. За никел-железните батерии това е около 100. Енергийната ефективност е около 70-75%. Това е умерено високо от никел-желязото, но относително по-малко от никел-цинковите и никел-метални хидридни батерии. За никел-металните батерии това е около 70-80%. За никел-железните батерии това е около 60-70%.
Изграждане на никел-кадмиева батерия
Конструктивно, никел-кадмиевата батерия е същата като батериите на основата на оловни киселини. Състои се от три основни слоя. Първият е никелов слой, след това разделителният слой и кадмиевият слой. Никелът действа като колектор на положителни електроди, а кадмиевият слой действа като колектор на отрицателен слой.
Разделителният слой между двата слоя се състои от KOH или NaOH. Целта му е да осигури OH йони. Освен тях, той също се състои от предпазен клапан, уплътнителна плоча, изолационен пръстен, изолационно уплътнение и външен корпус. Целта на изолационния пръстен е да осигури изолация между двата слоя. Изолационното уплътнение е мястото, където изолационният пръстен се държи наблизо. Разделителният слой е свързан с този пръстен.
Външният калъф е да осигури защита на вътрешните слоеве от външни фактори като повреди и неправилно боравене с батерията. Трябва да се отбележи, че поради химичните реакции, протичащи в тестото, винаги е опасно да работите с батерията. Слоевете заедно със слоя сепаратор образуват необходимата химична реакция и формират потенциалната разлика.
Никел-кадмиевата батерия работи
Работата на никел-кадмиевата батерия се основава на химичната реакция, протичаща между слоевете. Батерията, която е източник на постояннотоково напрежение, се състои от два порта, т.е. анод и катод. Докато правите батерията, първо кадмиевият слой се задържа на редокс. Кадмиевият слой действа като катоден терминал. Кадмият е един от тежките материали и има добри проводими свойства. Над кадмиевия слой се запазват сепараторните слоеве.
Целта на разделителния слой е да осигури необходимите OH йони за химическа реакция . Йоните на OH са необходими за реакцията между никела на катодния слой и сепаратора. Той дава продукция на никелов оксид OH йони. Необходимостта от разделителния слой, както беше споменато по-горе, е осигуряването на OH йони, необходими за химичната реакция. За осигуряване на H20, разделителният слой се напоява с вода за началната реакция.
По-късно H2O се получава като един от страничните продукти. От страна на анода, кадмиевият слой също се комбинира с OH йони, които се получават от сепараторния слой. Това води до кадмиев оксид и електрони. Може да се отбележи, че електроните и в двете уравнения се анулират. Също така, OH йони се анулират. Уравнението за напомняне се дава от третото уравнение, където никелът се комбинира с кадмий и вода. В резултат се получават никелов оксид и кадмиев оксид. Химичната реакция е последвана от поток на електрони, което причинява потенциалната разлика в два терминала.
Типове никел-кадмиеви батерии
Класификацията на никел-кадмиевите батерии се извършва само въз основа на размера и наличното напрежение. В зависимост от размера може да е с размер AAA, AA, A, Cs, C, D или F. Всички тези размери се доставят с различни спецификации на изходното напрежение. Някои от тях са с цилиндрична форма на тръба, а някои са с правоъгълна външна кутия с форма на кутия.
Предимства и недостатъци
Предимствата на никел-кадмиевата батерия са
- Осигурява висока токова мощност
- Понася презареждане
- Издържа до 500 цикъла на зареждане
Недостатъците на никел-кадмиевата батерия са
- Кадмият не е екологичен материал
- По-малък толеранс към температурата в сравнение с други батерии.
Приложения за никел-кадмиеви батерии
Той има различни приложения като играчки, малки двигатели с постоянен ток, калкулатори, вентилатори, компютри и др.
Следователно видяхме приложенията, работата и подробностите за никел-кадмиева батерия . Трябва да се види кои са други материали, които могат да се комбинират с никел, тъй като кадмият има опасни ефекти.
