Никель-кадмий батареялары қалай жұмыс істейді: құрамы, қасиеттері және жұмысы

Никель-кадмий (NICD) батареялары сенімді, тұрақты, тұрақты қуат көздері, ойыншықтар, калькуляторлар және электр құралдары сияқты көптеген құрылғыларда қолданылады.Бұл батареялар ықшам және жеңіл дизайндағы тұрақты кернеу шығаратын никель мен кадмий арасындағы химиялық реакциялар арқылы жұмыс істейді.Олар берік, жиі зарядтарды өңдей алады және қажет болған жағдайда жоғары қуатты жеткізе алады.Алайда, оларда кадмийге байланысты экологиялық қауіптер бар.Бұл нұсқаулық сізге NicD батареялары, оның ішінде қалай жұмыс істейтіні, олардың артықшылықтары мен кемшіліктері, практикалық қолданылуы және жөндеу және жөндеу бойынша кеңестер барлығын қамтиды.

Каталог

Сурет 1. Никель-кадмий батареялары

Никель-кадмий батареяларына шолу

Никель-кадмий (NICD) батарея дегеніміз - никель мен кадмий электродтары арасындағы химиялық реакциялар арқылы тікелей ток (DC) кернеуін жасайтын қайта зарядталатын қуат сақтау құрылғысы.Әрбір жасуша номиналды кернеуді шамамен 1,2 вольт құрайды.Бірнеше ұяшықтарды сериялармен қосу арқылы, кернеулер 3,6-дан 4,8 вольттан бастап қол жеткізуге болады, бұл әр түрлі қосымшаларға арналған NicD батареяларын жан-жақты құруға қол жеткізуге болады.

Олардың жеңіл және портативті дизайнымен танымал, NICD батареялары ойыншықтар, калькуляторлар және шағын қозғалтқыштар сияқты құрылғыларға арналған таңдаулы таңдау болып табылады.Олардың жұмысы электродтар арасындағы тікелей байланыстың алдын алу кезінде ион алмастыратын бөлгішке сүйенеді.Бұл дизайн ықшам формада энергия өндіруді қамтамасыз етеді.Уақыт өте келе, NICD батареясын жобалаудағы жетістіктер өздерінің тиімділігі мен заманауи электронды құрылғыларда қуаттылығын арттырды.

Никель-кадмий батареясының құрылысы

Сурет 2. Никель-кадмий батареяларының құрылысы

NICD батареясының құрылысы қауіпсіз және тиімді энергия өндіруге мүмкіндік беретін қабаттарды қамтиды.Корпоретте катод ретінде қызмет ететін никель оксидінің қабаты жатыр, ал кадмий анод ретінде әрекет етеді.Бұл қабаттардың арасында электродтардың арасындағы электрмен байланысу кезінде иондық биржаның (Naoh) немесе натрий гидроксиді (Naoh) немесе натрий гидроксидіне малынған бөлгіш (Naoh).

Қосымша компоненттер, оның ішінде оқшаулағыш сақинасы, тығыздағыш және сыртқы корпус, құрылымдық тұтастық пен қауіпсіздікті қамтамасыз етеді.Сыртқы корпус ішкі бөліктерді физикалық зақымданудан қорғайды және химиялық реакциялардан тұрады.Оқшаулау компоненттері қысқа тұйықталуға жол бермейді, ал бөлгіштер электрохимиялық реакция үшін гидроксидті иондармен қамтамасыз етеді.Бұл қабаттар сенімді кернеуді және қауіпсіз пайдалануды қамтамасыз етеді.

ЖОҒАРЫ ЖҮРГІЗУ

Зарядтау NiCD батареялары тиімділікті арттыру және батареяның қызмет ету мерзімін ұзарту үшін токпен мұқият бақылауды қамтиды.Зарядтау тарифтері 0.05c-тен 1С-тан, 1С-тан, «C» мәні ампер-сағат ішінде «C» мәнімен.

Нақты зарядтауды тоқтату үшін кернеуді DIP анықтау (-δ) және температураны бақылау қалайды.1С сияқты жылдам зарядтау бір сағат ішінде 91% -ға жуық тиімділікке қол жеткізе алады.Керісінше, 0,1С-та баяу зарядтау тиімділікті төмендетеді және 71% -ға дейін және шамамен 14 сағат қажет.Ультра жылдам зарядтағыштар аккумулятордың энергияны толығымен 70% -ы, циклды толық қуаттылып, толық қуаттылығымен толтыру үшін энергияны көптеп алу мүмкіндігін пайдаланады.

Никель-кадмий батареясының теңдеулері

Катодтағы реакция

Катодта Nickel Oxyhydroxide (Niooh) Никель гидроксидін (Ni (OH) ₂) және гидроксидтік иондарды (Ni (OH)) және электрондармен үйлестіреді (Ni (OH) ₂) және гидроксид иондары (OH⁻).Бұл процесс электрондардың қозғалысына ықпал ету кезінде батареяның кернеуін тұрақтандыруда орталық рөл атқарады.

Анодтағы реакция

Анодта Cadmium (CD) цадроксид иондарымен (OH⁻) реакция жасайды (oh⁻) (CD) Cadmium гидроксидін (CD (OH) ₂) шығарады және электрондар шығарады.Бұл электрондар сыртқы тізбек арқылы өтеді, қосылған құрылғыларға қуат беріледі.

Жалпы ұяшық реакциясы

Бұл теңдеу катод пен анодтағы реакцияларды біріктіреді.Nickel Oxyhydroxide (Niooh), кадмий (CD), су (H₂o) және су (H₂o) және гидроксиді (Ni (OH) ₂) және кадмий гидроксиді (CD (OH) ₂) шығару үшін өзара әрекеттеседі.Реакцияның қайтымдылығы батареяға зарядтауға және зарядтауға мүмкіндік береді.

Никель-кадмий батареясының кернеуі

Никель-кадмий (NICD) батареялары оларды әр түрлі қосымшаларға сәйкес ететін ерекше мүмкіндіктер жиынтығы бар.Бұл ерекшеліктерге олардың жұмыс температурасы, уыттылығы, уыттылығы және кернеу сипаттамалары кіреді.Төменде осы аспектілердің егжей-тегжейлі талдауы келтірілген.

Никель-кадмий батареяларының температуралық диапазоны

NICD батареялары белгілі бір температура диапазонында тиімді жұмыс істеуге арналған.Зарядтау процесінде олар 0 ° C және 45 ° C аралығында жұмыс істей алады, ал разряд кезінде олар -20 ° C-тан 65 ° C-қа дейін жұмыс істейді.Температураның шектерінен асып кету ішкі қысымның пайда болуына байланысты ықтимал жарылыстарды қоса алғанда, маңызды тәуекелдерді тудырады.Батареяны осы температурада ұстау қауіпсіздікті қамтамасыз ету және оның қызмет ету мерзімін ұзарту үшін өте маңызды.

Никель-кадмий батареяларының уыттылығы

NICD аккумуляторларында, әсіресе кадмийде қолданылатын материалдар жоғары улы болып табылады және адамдарға қатты денсаулыққа қауіп төндіреді.Кадмий, ауыр металл, денеде биохимиялық процестерді бұзуы мүмкін, концентрациясы адам денсаулығына әсер ететін 1 микрограмм.Бұл негізінен ас қорыту жүйесіне әсер етеді және егер айтарлықтай мөлшерде жұтып немесе деммен жұтылса, денсаулыққа денсаулық мәселелеріне әкелуі мүмкін.Сонымен қатар, NiCD батареяларының басқа компоненті, тыныс алу жүйесіне, қорғасынның зиянды әсерлеріне кері әсерін тигізгені анықталды.Бұл материалдардың улы сипаты қоршаған ортаға және денсаулыққа қауіп төндіру үшін NICD батареяларын мұқият өңдеуді және дұрыс тастауды қажет етеді.

Кернеу және энергетикалық сипаттамалары

Әрбір NicD ұяшығы, әдетте, 1,2 В-дің номиналды кернеуін береді, бұл жоғары кернеуге қол жеткізу үшін, бірнеше ұяшықтар қосымшаларға және параллель конфигурацияларға, параллель конфигурацияларға қосылады.NOICD батареялары сонымен қатар энергия мен қуат сипаттамаларын ұсынады:

• Энергияның тығыздығы: NICD батареялары никель-майдың батареяларынан жоғары, бірақ никель-мырыш пен никель-металл гидрид батареяларымен салыстырғанда шамамен 50-60 В / кг ұсынады.

• Белгілі бір қуат: NICD батареяларының нақты қуаты 200 Вт / кг, оларды никель-мырыш және никель-металл гидрид батареяларынан жоғары түрде орналастырыңыз.Салыстыру үшін никель-металл гидрид батареялары 170 Вт / кг және 1000 Вт / кг аралығында, ал никель-темір батареялары шамамен 100 Вт / кг жеткізеді.

• Энергия тиімділігі: NICD батареялары энергия тиімділігіне 70-75% құрайды, бұл никель-металл батареяларынан, бірақ никель-металл гидрид батареяларынан (70-80%) және Nickel-мырыш батареяларынан сәл төмен.Никель-темір батареялары әдетте энергия тиімділігімен 60-70% жұмыс істейді.

Бұл сипаттамалардың үйлесімі - кернеудің тұрақты шығуы, ақылға қонымды энергияның тығыздығы және сенімді тиімділік - бұл NICD батареяларын қалыпты энергия сақтауды және сенімді орындауды қажет ететін қосымшалар үшін практикалық таңдау жасайды.

Никель-кадмий батареялары

NiCD батареялары стандартты өлшемдерде қол жетімді, мысалы, AAA, AA, A, CS, C, D және F , әрқайсысы айқын өлшемдер мен шығыстардың кернеуі деңгейін ұсынады.Бұл өлшемдер белгілі бір құрылғыларға немесе жүйелерге жарамдылығын анықтайды.Мысалы, AAA және AA сияқты кішігірім өлшемдер, олар компакт-дизайн және жеңіл табиғатқа байланысты қашықтан басқару және сандық камералар сияқты портативті электроникада жиі қолданылады.Керісінше, D және F сияқты үлкен өлшемдер өнеркәсіптік қосымшалар үшін немесе сыйымдылығы жоғары электр құралдары үшін артықшылық беріледі, бұл энергияны сақтау және ұзақ жұмыс істеп тұрған уақыттар қажет.

NICD батареяларының пішіні сонымен қатар олардың мақсаттарына байланысты өзгереді.Көптеген NiCD батареялары цилиндрлік формада пайда болған кезде, бұл біркелкі энергияны бөлу және өңдеудің қарапайымдылығы үшін өте ыңғайлы, ал кейбіреулері белгілі бір конфигурациялар немесе қоршауларға сәйкес келетін тікбұрышты қорап тәрізді корпуспен жасалған.Бұл дизайнның өзгеруі NICD батареяларының тиімділік пен сенімділікті сақтау кезінде әр түрлі өтінімге қол жеткізе алатындығын қамтамасыз етеді.Өлшем мен пішіннен басқа, әр өлшем үшін шығыс кернеу параметрлері әртүрлі, әртүрлі құрылғыларға арналған арнайы шешімдерді қосады.Бұл кернеу техникалық сипаттамалары осы жүйедегі батареяның үйлесімділігі мен өнімділігін анықтауда маңызды рөл атқарады.

Бірқатар өлшемдер мен пішіндерді ұсыну арқылы NICD батареялары қолданылудың кең спектрі бойынша икемділік пен бейімделуді қамтамасыз етеді.Кішкентай үйдегі гаджеттерден бастап, өндірістік жүйелерге қолдау көрсетуден олардың әмбебаптығы қазіргі заманғы технологиялардағы маңыздылығын көрсетеді.

Никель-кадмий батареясының артықшылықтары мен кемшіліктері

Никель-кадмий (NICD) батареялары олардың ерекше артықшылықтары үшін кең танылған, бірақ олар да кейбір қиындықтарды ұсынады.Бұл күшті және шектеулерді түсіну олардың әртүрлі қосымшалар үшін жарамдылығын анықтауға көмектеседі.

Артықшылықтары

NiCD батареяларының ең маңызды артықшылықтарының бірі - олардың жоғары токтарды жеткізу мүмкіндігі.Бұл оларды электр құралдары және төтенше жағдайды жарықтандыру жүйелері сияқты билікті қажет ететін құрылғылар үшін керемет таңдау жасайды.Сонымен қатар, NiCD батареялары артық зарядтау мониторингі мүмкін емес сценарийлерде олардың сенімділігін арттырады, бұл олардың сенімділігін арттырады.Тағы бір маңызды пайда, өйткені олардың беріктігі, өйткені олар 500-ге дейін зарядтау цикліне дейін, уақыт өте келе сенімді қуатсыз шешімдерді қолданады.

Кемшіліктері

Олардың артықшылықтарына қарамастан, NICD батареялары белгілі бір контексте өздерінің шағымдарын шектейтін кемшіліктер бар.Негізгі алаң - кадмийді, экологиялық қауіп-қатерді тудыратын кадмийді қолдану.Бұл батареяларды дұрыс тастау ластануға әкелуі мүмкін, олардың қоршаған ортаға әсерін маңызды мәселеге таптады.Сонымен қатар, NICD батареялары температураның төзімділігі аз, олар басқа батареялардың түрлерімен салыстырғанда төмен, бұл өте ыстық немесе салқын орталар сияқты, температуралық температуралық жағдайларға байланысты.

Осы артықшылықтар мен кемшіліктерді өлшеу арқылы пайдаланушылар нақты қажеттіліктері, операциялық жағдайда және қоршаған ортаға байланысты NICD батареяларын орналастыру туралы хабарланған шешімдерді қабылдай алады.

Никель-кадмий батареясының кернеуінің жұмыс принципі

Сурет 3. NI-CD аккумуляторының схемалық диаграммасы

Никель-кадмийдің (NICD) батареясының функционалдығы тікелей ток (DC) кернеуін қалыптастыратын электрохимиялық реакцияларға негізделген.Бұл кернеу екі түрлі терминал арқылы қолданылған: анод және катод.Батареяның құрылыс және материалдық қасиеттері осы реакцияларды жеңілдету және оның жұмыс істеуі үшін қажет айырмашылықты қамтамасыз ету үшін бірге жұмыс істейді.

Кадмий қабаты кадмийдің керемет электр өткізгіштігіне байланысты маңызды құрамдас бөлік ретінде қызмет ететін анод терминалын құрайды.Бұл қабат батарея жинағында негізге орналастырылған.Кадмий қабатының үстінде электрохимиялық реакцияда негізгі рөл атқаратын сепаратор қабаты орналасқан.Оның негізгі функциясы - гидроксиді иондарды (OH⁻) ұсыну, ол анод пен катодта да реакциялар үшін қажет.Мұны қамтамасыз ету үшін, сепаратор қабаты суға алдын-ала малынған, реакция процесі үшін қажетті H₂o-ды жеткізіп жатыр.

Катод терминалында никель қабаты сепаратордың гидроксиді иондарымен өзара әрекеттеседі.Бұл реакция никель оксиді гидроксидін (Niooh) шығарады және қосымша OH⁻ иондары қосымша өнімдерді шығарады.Анод жағында Cadmium электронды қайта шығарып, Cadmium гидроксидін (CD (OH)) қалыптастыратын оф иондарымен реакция жасайды.Сепаратор қабаты батареяның қуат шығысы үшін негізделетін осы реакцияларды сақтау үшін гидроксид иондарының тұрақты жеткізілуін қамтамасыз етеді.

Жалпы электрохимиялық реакция суды оның жанама өнімдерінің бірі ретінде өндіреді.Процесс сонымен қатар, жүйенің электр тепе-теңдікті сақтай отырып, катодта тұтынылған органдармен бірге шығарылатын электрондардың қамтамасыз етілуін қамтамасыз етеді.Бұл реакциялардың шарықтау шегі үшінші теңдеуде көрінеді, онда никель, кадмий және су батуы, яғни никель гидроксиді және кадмий гидроксидін дайын өнім ретінде қалыптастырады.

Алынған химиялық реакциялар екі терминалдың арасында потенциалды айырмашылықты туғызады.Бұл ықтимал айырмашылық - бұл құрылғыларға қосылған құрылғылар, батареяны сенімді тұрақты ток көзі ретінде қосу.Материалдық қасиеттерді абайлап басқару және оңтайлы реакцияларды қамтамасыз ету арқылы никель-кадмий батареялары көптеген қосымшаларға тиімді жеткізеді.

Никель-кадмий батареялары қосымшалары

Никель-кадмий (NICD) батареялары олардың беріктігіне, жоғары өнімділігіне және сенімді орындауға байланысты әр түрлі қосымшалар арқылы кеңінен қолданылады.Бұл батареялар, әсіресе қуатты энергия жеткізуді және орташа сыйымдылықты қажет ететін құрылғыларға жарамды.Жалпы қосымшаларға олардың жеңіл және ықшам мөлшері оларды портативті дизайн үшін өте ыңғайлы ететін ойыншықтар кіреді.Олар сонымен қатар кішігірім тұрақты ток моторларында кеңінен қолданылады, мұнда олар тиімді жұмыс істеу үшін тұрақты қуат береді, мысалы, қолөнер құралдары немесе шағын құрылғылардағы.

Сонымен қатар, NiCD батареялары калькуляторларда, жанкүйерлерде және тұрмыстық электроникада жұмыс істейді, олардың ұзақ мерзімді өмірі мен жиі зарядтау қабілеті маңызды артықшылықты ұсынады.Компьютерлер мен басқа резервтік жүйелер сонымен қатар, энергияны үзу кезінде энергия сақтауды және жеткізуді қажет ететін жағдайларда NICD батареяларына сенуі мүмкін.

Никель-кадмий батареяларын жөндеу әдістері

Никель-кадмий (NICD) батареяларды жөндеу олардың функционалдығын қалпына келтірудің нақты қадамдарын қамтиды, әсіресе батареялар өнімділігі төмендейді немесе кернеу түседі.Төменде Life-LiCd батареяларын жөндеу және қосу үшін егжей-тегжейлі нұсқаулық берілген:

1-қадам: 12V қуат көзін пайдалану арқылы бастапқы активация

NICD батареясының стандартты кернеуі - 1,2 В.Оны жандандыру үшін жұмыс үстелі компьютерінің коммутациясын іске қосу үшін пайдаланыңыз.

• Қуат көзін дайындаңыз: қуат көзінің қысқа және қара сымдары 12 В шығысын қосу үшін қысқа.Қара сымды батареяның теріс ұясына қосыңыз.Батареяның оң терминалына сары сымды аз уақытқа түртіңіз.

• Қуат көзін қайта бастаңыз: Қуат көзі қысқа тұйықталуды анықтап, 12В шығысын тоқтата алады.Жасыл және қара сымдардың арасына қысқа уақыт ажыратыңыз, содан кейін 12В шығысын қалпына келтіру үшін оларды қайта қосыңыз.

• Процесті қайталаңыз: жоғарыдағы әрекеттерді батареяның кернеуі бірнеше вольтажға дейін, мультиметрмен өлшеңіз.Батарея Кернеуді қалпына келтіру белгілері көрсетілгеннен кейін оны орнатыңыз және іске қосуды қажет ететін келесі батареяға өтіңіз.

2-қадам: Ұялы телефонды зарядтағышпен зарядтау

Бастапқы қосылғаннан кейін бірнеше батареяларды бір уақытта зарядтау үшін 5V ұялы телефон зарядтағышты пайдаланыңыз.

• Зарядтағышты қосыңыз: зарядтағыштың 5V шығысын пайдаланып үш NiCD батареясын серияға зарядтаңыз.Зарядтауға шамамен 8 сағат уақыт беріңіз.

• Монитор кернеуі: мультиметрді әр батареяның кернеуін мезгіл-мезгіл-мезгіл қолданыңыз.Әр батареяның кернеуінің 1,2в-дан асып кететініне көз жеткізіңіз.

• Қажет болса, қайта іске қосу: Егер қандай да бір батареялар басқаларға қарағанда кернеудің едәуір төмен болса, оны қайтадан зарядталмас бұрын қайта іске қосатын 1-қадамды қайталаңыз.

3-қадам: Разряд және кернеуді теңестіру

Кернеудің тұрақты деңгейін ұстап тұру үшін, жөнделген батареяларды пайдаланыңыз және бақылаңыз.

• Батареяларды зарядтаңыз: батареяларды толығымен толтырылғанша толығымен пайдаланыңыз.

• Кернеу деңгейлерін тексеріңіз: әр батареяның кернеуін мультиметрмен өлшеңіз.Кез-келген батареяны, кернеудің немесе кернеудің төмендеуі нөлге дейін.

• Іске қосу қадамдарын қайта қарау: 1-қадамнан бастап, мұндай батареяларды қалпына келтіру үшін 12В іске қосу әдісін қолданыңыз.

• Процесті қайталаңыз: зарядтау, зарядтау және қайта іске қосу қадамдарын бірнеше рет қайталаңыз.Бұл кернеу деңгейлерін теңгеруге көмектеседі және барлық батареяларды оңтайлы нәтижеге келтіруге мүмкіндік береді.

Қорытынды

Никель-кадмий батареялары көптеген құрылғылар үшін, ойыншықтардан электр құралдары үшін сенімді қуат көзі болып табылады.Олар берік, қайта зарядталып, тұрақты өнімділікті жеткізеді.Алайда, оларда кадмийдің экологиялық қауіптері сияқты кемшіліктер бар.Бұл батареялардың қалай жұмыс істейтінін, олардың артықшылықтары және оларға қалай қамқорлық жасау керектігін түсіну, сіз оларды тиімді қолдана аласыз және оларды ұзаққа созуға болады.Дұрыс тәсілмен NICD батареялары сенімді және пайдалы қуат шешімінде бола алады.

Жиі қойылатын сұрақтар [FAQ]

1. Никель-кадмий батареясы қандай қолданылады?

Никель-кадмий (NICD немесе NICAD) батареялар - бұл тұрақты қуат беруді қажет ететін портативті құрылғыларда қолданылатын қайта зарядталатын қуат көздері.Әдеттегі қосымшаларға портативті компьютерлер, бұрғылаулар, бейнекамералар және басқа да батареямен басқарылатын басқа да құрылғылар кіреді.Батареяның құрылысы никель оксидін гидроксиді және металл кадмийді гидроксидтің сілтілі электролитімен жұптасқан электродтар ретінде пайдаланады.Бұл материалдар тұрақты өнімділікке және ұзақ уақытқа созылатын қуат шығарады, сенімділік пен тұрақтылықты қажет ететін құралдар мен гаджеттерге жарамды.

2. Никель-кадмий батареялары қанша уақытқа созылады?

Noicd батареялары әдетте әдетте 15-тен 20 жылға дейін, тіпті қоршаған ортаның қоршаған ортасында, олар әдетте резервтік қуат жүйелеріне қолданылады.Кейбір жағдайларда бұл батареялар күтілетін қызмет мерзімінен асады, бұл ерекше беріктік пен құндылықты жеткізіп, 35% -дан асады.Тұрақты техникалық қызмет көрсету және тиісті зарядтау тәжірибелері ондаған жылдар бойы тәуелсіз өнімділікті қамтамасыз ететін батареяның операциялық өмірін одан әрі ұзартуы мүмкін.

3. Никель-кадмий қайта зарядталатын батареяны қалай қайта зарядтайсыз?

NICD батареясын қайта зарядтаудың ең үнемді әдісі - C / 10 тұрақты ағымдық мөлшерлемесін (сағатына 10%) 16 сағат ішінде пайдалану.Мысалы, 100 мА мА батареясы 16 сағат ішінде 10 мА-да зарядтау керек.Бұл тәсіл қарапайым және қажет датчиктерді қажет етпейді, зарядтауды қамтамасыз ету кезінде толық зарядтауды қамтамасыз етеді.Тиісті зарядтау тәжірибелері аккумулятордың өнімділігін қолдауға және оның қызмет ету мерзімін ұзартуға көмектеседі.