Nikelj-kadmijeva baterija je vir enosmerne napetosti. Zaradi svojih lastnosti in prednosti prevzema svinčeva kislina na baterijah in v zadnjem času vse bolj priljubljeni. Je majhen, kompakten, z lahkoto se pelje z enega kraja na drugega. Splošna uporaba te baterije so majhne igrače, kalkulatorji Enosmerni motorji itd. Načeloma je enako kot baterije na osnovi svinčevih akumulatorjev. Kovina se valja s plastmi kadmija in ločevalnika ter ohranja v redoks, tako da kemična reakcija povzroči enosmerno napetost. Baterije so že dolgo priljubljene in v prizadevanjih za povečanje učinkovitosti baterije se uporablja vedno več kemičnih elementov. Zaradi tega je konstrukcija kompaktna.
Kaj je nikelj-kadmijeva baterija?
To je naprava, ki proizvaja enosmerno napetost, ki temelji na kemični reakciji med vpletenimi snovmi. V nikelj-kadmijevi bateriji se redoks material uporablja kot osnova, okoli njega pa plast niklja in ločevalnik. Napetost nikelj-kadmijeve celice je približno 1,2 V. Ko so zaporedno priključene, so navadno 3 do 4 celice zapakirane skupaj, da dobijo izhod 3,6 do 4,8 V
Zasnova nikelj-kadmijeve baterije
Teorija nikelj-kadmijevih baterij
Načelo delovanja nikelj-kadmijeve baterije je enako kot pri drugih baterijah. Za izboljšanje učinkovitosti se uporabljata nikelj in kadmij. Baterija je vir enosmerne napetosti, zato mora biti sestavljena iz dveh potencialnih točk, tj. Pozitivne in negativne ali imenovane tudi anoda in katoda. V nikelj-kadmijevi bateriji se najprej obdrži plast nikljevega oksida NiO2 okoli redoks.
Ta plast nikljevega oksida deluje kot katodna plast. Nad plastjo nikljevega oksida se zadržuje plast KaOH, ki deluje kot ločilo. Upoštevati je treba, da mora biti ta ločevalni sloj namočen v vodi ali vlažen. Njegov namen je zagotoviti potrebne OH negativne ione za kemijsko reakcijo. Nad ločilno plastjo je nameščen kadmij. Kadmijeva plast deluje kot anoda za nikelj-kadmijevo baterijo. The diagram nikelj-kadmijeve baterije je prikazano spodaj.
Diagram nikelj-kadmijeve baterije
Kot je prikazano, v diagramu nikelj deluje kot pozitivna elektroda zbiralec in kadmijeva plast deluje kot zbiralec negativne plasti. Ločilni sloj med obema slojema je sestavljen iz KOH ali NaOH. Njegov namen je zagotoviti OH ione. Poleg tega je sestavljen še iz varnostnega ventila, tesnilne plošče, izolacijskega obroča, izolacijskega tesnila in zunanjega ohišja.
Namen izolacijskega obroča je zagotoviti izolacijo med obema plastema. Tesnilo izolatorja je kraj, kjer je izolacijski obroč v bližini. Ločilni sloj je povezan s tem obročem. Zunanji kovček je zaščititi notranje plasti pred zunanjimi dejavniki, kot so poškodbe in napačno ravnanje z baterijo. Upoštevati je treba, da je zaradi kemičnih reakcij v testu delo z baterijo vedno nevarno.
Ohišje baterije se nikoli ne odpre, saj so izpostavljene vse plasti in lahko škoduje uporabniku. Kadar baterije ne uporabljate, priporočamo, da baterijo odstranite iz naprave.
Enačbe nikljevega kadmijevega akumulatorja
Kemijske enačbe, ki predstavljajo kemijsko reakcijo, lahko damo kot
Prva enačba predstavlja reakcijo med katodno plastjo niklja in separatorjem. Daje ione nikljevega oksida OH. Potreba po ločevalni plasti, kot smo že omenili, je zagotovitev ionov OH, potrebnih za kemijsko reakcijo. Za zagotovitev H20 je ločilna plast namočena z vodo za začetno reakcijo. Kasneje se H2O pridobi kot eden od stranskih produktov.
Na strani anode je kadmijev sloj kombiniran tudi z ioni OH, ki jih dobimo iz ločevalne plasti. Posledica tega je kadmijev oksid in elektroni. Opaziti je mogoče, da se elektroni v obeh enačbah prekličejo. Prav tako se OH ioni odpovedo. Enačbo opomnika daje tretja enačba, kjer nikelj kombiniramo s kadmijem in vodo. Rezultat je nikljev oksid in kadmijev oksid.
Temperaturno območje nikelj-kadmijeve baterije
Temperaturno območje nikljeve baterije je med polnjenjem od 0 do 45 stopinj Celzija in med praznjenjem od -20 do 65 stopinj Celzija. Poleg tega temperaturnega območja baterija ne deluje in obstajajo celo možnosti eksplozije.
Strupenost nikelj-kadmijeve baterije
Nikelj-kadmijeva baterija je zelo strupena za človeško telo. Kadmij je težka kovina, ki predstavlja več tveganj za človeško telo. Kadmij ima celo fiziološki učinek na sistem. Povprečna prisotnost kadmija v človeškem telesu je približno 1 mikrogram na liter. Neposredno vpliva na prebavni sistem. Podobno je tudi nikelj strupen za človeški dihalni sistem.
Napetost nikelj-kadmijeve baterije
Na splošno bi bila vsaka napetost za nikelj-kadmijevo baterijo približno 1,2 V. Število celic je povezanih zaporedno ali vzporedno, da dobimo zahtevano napetost. Poleg napetosti je njegova specifična energija približno 50-60 Wh na kg. To je zmerno veliko kot nikelj-železo, vendar relativno manj kot nikelj-cink in nikelj-kovinsko-hidridne baterije.
Specifična moč je 200 W na kg. To je zmerno veliko kot nikelj-železo, vendar relativno manj kot nikelj-cink in nikelj-kovinsko-hidridne baterije. Pri nikelj-kovinskih baterijah je približno 170-1000. Za nikelj-železove baterije je približno 100. Energetska učinkovitost je približno 70-75%. To je zmerno veliko kot nikelj-železo, vendar relativno manj kot nikelj-cink in nikelj-kovinsko-hidridne baterije. Pri nikelj-kovinskih baterijah je približno 70-80%. Pri nikelj-železnih baterijah je približno 60-70%.
Konstrukcija nikelj-kadmijeve baterije
Konstrukcijsko je nikelj-kadmijeva baterija enaka baterijam na osnovi svinčeve kisline. Sestavljen je iz treh temeljnih plasti. Prva je plast niklja, nato ločilna plast in plast kadmija. Nikelj deluje kot zbiralnik pozitivnih elektrod, plast kadmija pa kot kolektor negativne plasti.
Ločilni sloj med obema slojema je sestavljen iz KOH ali NaOH. Njegov namen je zagotoviti OH ione. Poleg tega je sestavljen še iz varnostnega ventila, tesnilne plošče, izolacijskega obroča, izolacijskega tesnila in zunanjega ohišja. Namen izolacijskega obroča je zagotoviti izolacijo med obema plastema. Tesnilo izolatorja je kraj, kjer je izolacijski obroč v bližini. Ločilni sloj je povezan s tem obročem.
Zunanji kovček je zaščititi notranje plasti pred zunanjimi dejavniki, kot so poškodbe in napačno ravnanje z baterijo. Upoštevati je treba, da je zaradi kemičnih reakcij v testu delo z baterijo vedno nevarno. Plasti skupaj z ločevalno plastjo tvorijo zahtevano kemično reakcijo in tvorijo potencialno razliko.
Nikelj-kadmijeva baterija deluje
Delovanje nikelj-kadmijeve baterije temelji na kemični reakciji, ki poteka med plastmi. Baterija, ki je vir enosmerne napetosti, je sestavljena iz dveh vrat, tj. Anode in katode. Med izdelavo akumulatorja se na redoksu najprej zadrži kadmijev sloj. Kadijev sloj deluje kot katodni terminal. Kadmij je eden težkih materialov in ima dobre prevodne lastnosti. Nad plastjo kadmija se hranijo ločevalne plasti.
Namen ločevalne plasti je zagotoviti zahtevane ione OH za kemijska reakcija . Ioni OH so potrebni za reakcijo med katodno plastjo niklja in separatorjem. Daje ione nikljevega oksida OH. Potreba po ločevalni plasti, kot smo že omenili, je zagotovitev ionov OH, potrebnih za kemijsko reakcijo. Za zagotovitev H20 je ločilna plast namočena z vodo za začetno reakcijo.
Kasneje se H2O pridobi kot eden od stranskih produktov. Na strani anode je kadmijev sloj kombiniran tudi z ioni OH, ki jih dobimo iz ločevalne plasti. Posledica tega je kadmijev oksid in elektroni. Opaziti je mogoče, da se elektroni v obeh enačbah prekličejo. Prav tako se OH ioni odpovedo. Enačbo opomnika daje tretja enačba, kjer nikelj kombiniramo s kadmijem in vodo. Rezultat je nikljev oksid in kadmijev oksid. Kemični reakciji sledi pretok elektronov, ki povzroči potencialno razliko na dveh terminalih.
Vrste nikljevih kadmijevih baterij
Klasifikacija nikelj-kadmijevih baterij je narejena samo glede na velikost in razpoložljivo napetost. Glede na velikost je lahko velikosti AAA, AA, A, Cs, C, D ali F. Vse te velikosti imajo različne specifikacije izhodne napetosti. Nekateri so v obliki valjaste cevi, nekateri pa v zunanjem ohišju v obliki pravokotne škatle.
Prednosti in slabosti
Prednosti nikelj-kadmijeve baterije so
- Zagotavlja visoko izhodno moč
- Prenaša prekomerno polnjenje
- Izdrži do 500 ciklov polnjenja
Slabosti nikelj-kadmijeve baterije so
- Kadmij ni okolju prijazen material
- Manj tolerance do temperature v primerjavi z drugimi baterijami.
Uporaba nikelj-kadmijeve baterije
Ima različne aplikacije, kot so igrače, majhni enosmerni motorji, kalkulatorji, ventilatorji, računalniki itd.
Zato smo videli aplikacije, delovanje in podrobnosti o nikelj-kadmijeva baterija . Treba je videti, kateri so drugi materiali, ki jih je mogoče kombinirati z nikljem, saj ima kadmij nevarne učinke.
