Кадмиевый аккумулятор что это такое

Что нужно знать про никель-кадмиевые аккумуляторы

На современном этапе существует множество аккумуляторов, которые имеют разный химический состав и, по причине присутствия в них тех или иных элементов, свои характерные особенности и преимущества в эксплуатации. Никель-кадмиевые аккумуляторы появились давно. Но до сих пор являются популярными и нужными в разных сферах человеческой деятельности.

Из истории создания

Первые щелочные Ni-Сd аккумуляторы появились еще в конце ХХ века. Их изобрел шведский ученый Вальдмар Юнгнер, в качестве положительного заряда использовав никель, а кадмий — в качестве отрицательного. Несмотря на очевидную пользу этого изобретения, по тем временам массовое производство таких батарей было весьма дорогостоящим и энергоемким. Поэтому было отложено на промежуток почти в 50 лет.

30-е годы прошлого столетия замечательны тем, что именно тогда была создана техника внедрения химически активных материалов пластин на пористый электрод, покрытый никелем. Массовое же производство Ni-Cd аккумуляторов началось после 50-х годов.

Основные характеристики и преимущества

Никель-кадмиевые аккумуляторы, в большинстве случаев, имеют цилиндрическую форму. Поэтому в простонародье их часто называют «банками». Есть и плоские Ni батарейки — например, для часов. Все зарядные элементы такого типа имеют сравнительно небольшую емкость, если сопоставлять их с никель-металлогидридными АКБ (Ni-MH), появившимися значительно позже с целью усовершенствования Ni-Cd аккумуляторов.

Однако более низкие показатели емкости не являются тем недостатком, который мог бы стать причиной для того, чтобы старый добрый кадмиевый аккумулятор был окончательно снят с производства. Один из его несомненных плюсов — это то, что при эксплулатации он нагревается не так быстро, как MH. Это значительно снижает риск его перегрева и преждевременного выхода из строя.

Более медленный процесс нагревания Ni-Cd обусловлен тем, что химические реакции, протекающие внутри них, являются эндотермическими. Иными словами, выделяемое во время реакций тепло поглощается внутри. Что касается MH, они отличаются от кадмиевых экзотермическими реакциями с выделением большого количества тепла. В связи с этим MH нагреваются гораздо быстрее и могут «перегореть», если вовремя не прекратить их использование.

Ni-Сd аккумуляторы имеют плотный металлический корпус, отличающийся повышенной прочностью и хорошей герметичностью. Они способны устоять при любых химических реакциях внутри и выдержать большое давление газов даже в самых худших условиях. Вплоть до понижения температуры до -40°С. Никель кадмиевые-аккумуляторы не подвержены риску самовозгорания, в отличие от современных литиевых.

Среди них есть мощные и надежные промышленные аккумуляторы Ni, которые могут полноценно работать в течение 20-25 лет. И, несмотря на то, что на смену этим АКБ уже давно пришли MH и литиевые с большей емкостью, Ni-Cd аккумуляторы продолжают активно применяться и по сей день.

Если говорить о ценовой категории, стоимость Ni-Cd значительно ниже, чем у других батарей. Это также является одним из их основных плюсов.

Сфера применения

Небольшие Ni-Cd аккумуляторы широко используются для питания различной бытовой техники и аппаратуры, преимущественно, в тех случаях, когда тот или иной прибор потребляет большое количество тока. Стандартные «банки» до сих пор обеспечивают работу электродрелей и шуруповертов. Элементы больших размеров незаменимы в общественном транспорте. Например, в троллейбусах или трамваях с целью питания цепей их управления, в судоходном деле и особенно в сфере авиации как бортовые вторичные источники тока.

Особенности эксплуатации

Поскольку Ni-Cd аккумуляторы заметно нагреваются, только если они заряжены полностью, большая часть устройств «понимает» это в качестве сигнала, по которому следует прекращать процесс зарядки. Для того чтобы они работали дольше, их рекомендуется быстро заряжать, а использовать — до полного разряда: в отличие от MH, никель-кадмиевые аккумуляторы глубокой разрядки не боятся.

Этот вид АКБ — единственный из элементов питания, которые рекомендуется хранить полностью разряженными, в то время, как MH следует хранить заряженными полностью, и им периодически нужна проверка напряжения на выходе. Такая разница, при существенном отличии в эксплуатации, безусловно, является еще одним очевидным пунктом в пользу Ni-Cd.

При долгом хранении без использования в разряженном виде с батарейками не случится ничего страшного. Но, чтобы привести их в рабочее состояние, нужно два-три раза провести им полный цикл «заряд-разряд». Лучше делать это незадолго до применения, можно за сутки, и тогда никель-кадмиевые аккумуляторы будут работать с оптимальной токоотдачей.

Любой Ni-Cd, применяемый в быту, при его питании током небольшой величины и периодической неполной разрядкой может значительно потерять емкость, что создает впечатление полного выхода АКБ из строя. Если Ni-Cd долгое время находился на подзарядке, например, в устройстве с постоянным питанием, он тоже лишится определенного показателя ёмкости, хотя уровень его напряжения, при этом, будет верным.

Это значит, что использовать Ni-Cd в режиме постоянной подпитки и «недоразряда» не стоит, а если такое все же произошло с батарейкой, одного цикла глубокой разрядки с последующим полным зарядом будет достаточно для того, чтобы емкость была восстановлена.

Такой эффект называется «эффектом памяти» и возникает, когда не до конца разряженная батарея подвергалась подзарядке раньше, чем она разрядится полностью. Дело в том, что при производстве никель-кадмиевых аккумуляторов используются так называемые прессованные электроды. Это очень удобно, так как «прессовка» высокотехнологична и обходится дешевле. Но именно ее химический состав склонен к «эффекту памяти» — иными словами, к появлению в электрохимическом составе АКБ «лишнего» двойного электрического слоя в виде крупных кристаллов, что обусловливает снижение напряжения.

Именно поэтому Ni-Cd элементы так «любят» полный и глубокий разряд, после которого, «очистив память», они могут долгое время работать полноценно.

Восстановление никель-кадмиевого аккумулятора

Среди любителей электроники постоянно ведутся споры и разговоры о том, что делать, если Ni-Cd аккумулятор вышел из строя, как восстановить Ni и насколько целесообразно это делать вообще. Конечно, гораздо проще сразу приобрести новую батарею. Но бывает и так, что в ближайшее время это сделать невозможно: замены просто не оказалось под рукой, а ближайший магазин находится далековато. Поэтому тем, кто постоянно работает, например, с электрическими инструментами, время от времени приходится заниматься восстановлением никель-кадмиевых аккумуляторов очень интересными способами. Как произвести ремонт аккумулятора шуруповерта, например?

Восстановление водой

Можно попробовать провести восстановление работоспособности Ni-Cd аккумуляторов с помощью самого обычного электролита в виде дистилированной воды.

Для этого понадобится несколько нехитрых инструментов и приспособлений:

• паяльная кислота;
• одноразовый шприц;

паяльник;

немного дистилированной воды.

Обычно аккумуляторный блок, находящийся внутри дрели или шуруповерта, выглядит как связка из нескольких металлических «банок», обернутых плотной бумагой. Для того чтобы понять, какая «банка» в связке самая слабая, нужно вначале измерить напряжение на полюсах каждого элемента. Как проверить напряжение? Очень просто, с помощью мультиметра или тестера. Чаще всего, показатель напряжения у самых слабых «банок» близок или равен нулю.

Для того чтобы начать процесс восстановления, нужно просверлить в батарейке небольшое отверстие, предварительно освободив ее от бумаги или этикетки. Сделать это можно с помощью шуруповерта, используя острый саморез №16. Важно позаботиться о том, чтобы не повредить внутренность аккумулятора, а просверлить только его внешнюю оболочку.

В данном случае стоит отметить еще одно несомненное преимущество: в таких батареях, вследствие их конструкции, повышенной герметичности и особенности протекающих химических реакций, не происходит самопроизвольного возгорания. Поэтому любительские методы возвращения никель-кадмиевых элементов к жизни являются безопасными, в отличие от проведения подобного рода манипуляций с современными литиевыми батареями, склонными к взрывам и вздутиям.

В одноразовый шприц набирается 1 мл дистилированной воды, и АКБ постепенно заполняется ею. При этом важно не торопиться, следить за тем, чтобы вода постепенно проникала внутрь батареи. Дистилированная вода нужна для возвращения и создания необходимой плотности электролита внутри АКБ. После того как вода будет залита, отверстие закрывается паяльной кислотой, которая берется на спичку, и запаивается хорошо разогретым паяльником.

Некоторые умельцы утверждают, что, если вместо дистилированной воды залить внутрь батареи электролит от шахтерских фонариков, АКБ будет работать гораздо лучше и дольше.

В заключение нужно снова провести замеры напряжения мультиметром и поставить аккумулятор на зарядку. Конечно, паяная батарея прослужит недолго, но это может помочь выиграть какое-то время перед приобретением новой.

Восстановление методом запзаппинга

Для никель-кадмиевых аккумуляторов существует проверенный, но весьма рискованный метод восстановления, который называется запзаппинг. Суть его заключается в том, что батарейки подвергаются коротким разрядам очень высоких токов, в десятки раз превышающих норму. Каждый элемент в буквальном смысле слова «прожигается» короткосекундными токовыми импульсами в 10, 20 ампер и выше.

Запзаппинг требует хорошей подготовки любителя электроники и соблюдения техники безопасности в виде защитных очков и, желательно, спецодежды. Утверждается, что он восстанавливает элементы, не употреблявшиеся 20 лет и более. Следует помнить о том, что запзаппинг применим исключительно к никель-кадмиевым аккумуляторам. Восстановление Ni-MH аккумуляторов таким способом проводить не рекомендуется.

Цикл разряд-заряд

Для того чтобы устранить «эффект памяти», нужно разрядить АКБ до 0,8-1 вольта, после чего полностью зарядить ее снова. Если батарея не восстанавливалась в течение долгого времени, таких циклов можно провести несколько, а для минимизации «эффекта памяти» тренировать батарею таким образом желательно раз в месяц.

Что же касается популярного «школьного» метода, подразумевающего заморозку NiСd или NiMH аккумуляторов в морозильной камере — невзирая на то, что эффективность этого способа весьма сомнительна, в сети можно найти большое количество информации о «восстановлении» батареек путем помещения их в холодильник. На самом деле, лучше применить способ восстановления элементов дистиллированной водой — по крайней мере, в данном случае шансов реанимировать их будет гораздо больше.

Итак, никель-кадмиевые аккумуляторы не уступают современным батареям по ряду преимуществ своих технических характеристик. Они по-прежнему надежные, прочные, недорогие и максимально безопасны в применении.

Источник

Никель-кадмиевые аккумуляторы — описание и правила эксплуатации

Изобретённые больше ста лет назад, Ni-Cd аккумуляторы сохраняют свою популярностью до сих пор. Это обусловлено долговечностью, морозостойкостью и быстрой зарядкой. Сейчас такие аккумуляторы можно встретить как в бытовой технике, так и в промышленных, и военных масштабах.

Никель-кадмиевые аккумуляторы — что это, история создания

Батарея была создана Вагнером Юнгером в 1899 году. Но из-за дороговизны добычи используемых материалов, дальнейшие разработки отложили. Приобрёл большую популярность использования после 1932 года, когда изобрели метод, как осадить активное вещество на никелевый электрод. С 1947 года, когда учёными был разработан способ восстановления газов внутри батарее при зарядке, начали производить аккумуляторы в герметичном корпусе. Такие мы видим сейчас в электрических приборах.

Ni cad аккумуляторы состоят из двух разноимённо заряженных электродов, разделённых сепаратом . Все элементы помещены в электролит и находятся в герметичном корпусе из пластика или металла.

В отличие от других батарей, никелевые аккумуляторы не перегреваются из-за низкого сопротивления, что уменьшает возможность перегрева. Нагревается только после полной зарядки, как индикатор окончания заряда.

Сфера применения

Широко применяются для бытовой техники и аппаратуры, потребляющие большое количество тока. В портативной технике: шуруповерты и дрели. В общественном транспорте используют для питания цепей управления троллейбусов и трамваев, а в морском и речном транспорте и самолётах в качестве вторичного источника сырья.
Плюсы применения: долговечны, простота обслуживания, легкие и почти не чувствительны к низким температурам.

Минусы: содержат ядовитый кадмий, неэкологичное использование. Запрещено утилизировать в бытовой мусор, нужно использовать специальные контейнеры для переработки батареек.

Основные характеристики

Ёмкость аккумулятора : 45-65Вт

Циклы заряд-разряд

При соблюдении условий эксплуатации количество циклов доходит до 1000. Промышленные сохраняют работоспособность в течение 25 лет.

Никель-кадмиевые аккумуляторы могут стареть раньше из-за наличия эффекта памяти – при зарядке не полностью разряженной батарее, следующий разряд происходит до этого значения ёмкости. Перед зарядкой рекомендуется определить уровень заряженности элементов.

В отличие от других не теряет свои свойства при хранении в разряженном состоянии.

Тепловыделение

Небольшой нагрев снижает риск перегрева и увеличивает срок эксплуатации аккумулятора. Это обусловлено протекающими внутри эндотермическими химическими реакциями, поглощающими выделяемое тепло.

Рабочая температура:

Аккумулятор работает при большой амплитуде температур: от -50 до +40оС.
корпус батареи:
Обязательно герметичный и прочный.

На рынке существуют разные размеры батарей, наибольшей популярностью пользуются «банки».

Правила эксплуатации

Чтобы аккумулятор служил как можно дольше, нужно правильно его заряжать и соблюдать правила эксплуатации.

К ак правильно заряжать аккумулятор

Для того, чтобы увеличить срок службы, перед зарядкой необходимо убедиться, что аккумулятор полностью разряжен. При неполной разрядке во время эксплуатации, эффективная площадь электродов будет снижаться. Разряжая каждый раз батарею до 0,9-1 Вольт, можно сохранить параметры батареи на более долгое время.

Перед первым использованием аккумулятора, его нужно потренировать – провести несколько полных циклов заряд-разряд. Обычно достаточно пяти, но на некоторых моделей производители рекомендуют провести больше, поэтому соблюдайте указанные в инструкции эксплуатации рекомендации. Так батарея начнет работать на заявленных параметрах.

Также, цикл тренировки нужно проводить после хранения дольше полугода.

Как хранить батареи

Если вы не планируете пользоваться Ni-Cd аккумулятором – не нужно его заряжать, ни отлично хранятся в разряженном состоянии. При долгом хранении в заряженном виде характеристики батареи начинают снижаться.

Восстановление ni-cd аккумуляторов

Выбрасывать вышедшие из строя батареи – неэкологично и не так выгодно. Во многих случаях, неработающие батареи можно восстановить самостоятельно. Сделать ремонт батарей можно при помощи дистиллированной воды или импульса тока.

Как проверить батареи

Для начала нужно проверить исправность аккумулятора. Сделать это можно самостоятельно при помощи мультиметра. Во время первой диагностике определяем силу и напряжение аккумулятора при зарядке устройства. Через полчаса после начала зарядки, прибор должен показывать 13В, спустя час значение должно увеличиться на 0,5В. Максимальная отметка напряжения -17В. Сила тока у исправного устройства за час – 1 ампер.

При проверке тестовое устройство переводим в режим DC – проверка напряжения. А переключатель режимов в значении – 20В, то есть напряжение устройства не превысит эту отметку. Величина измерения напряжения у полностью заряженного аккумулятора должна быть равна количеству батареек в нём, умноженной на напряжение каждой из них.
если значение напряжения ниже – аккумулятор неисправен.

Теперь нужно понять, какая из батареек не работает. Выпаиваем каждую из них и измеряем напряжение на полюсах. Красный щуп нужно приложить к положительному полюсу, а чёрный – к отрицательному. В электрических приборах напряжение должно быть 3,6-3,8В.
Если параметры отклоняются, значит батарейки неисправны.

Как восстановить никель кадмиевый аккумулятор читайте далее.

Восстановление водой, пошагово

Восстановление дистиллированной водой считается более эффективным и долговечным.

1. Перед тем, как восстанавливать аккумулятор, необходимо обнаружить элементы с нулевым напряжением.
2. Затем, в их корпусе с помощью шуруповерта с тонким сверлом проделываем небольшое отверстие в батарее с нулевым напряжением.
   Заливаем в это отверстие 1см3 дистиллированной воды.
3. Оставляем на некоторое время батареи.
4. Замеряем напряжение.
5. Заряжаем батареи.
6. Если восстановление произошло успешно – запаиваем батареи или заделываем герметиком.
   Собираем аккумулятор.
7. Проводим полную зарядку аккумулятора.
8. Если напряжение не увеличилось – проделываем процедуру ещё до тех пор, пока напряжение не восстановится.

Восстановление с помощью высокого тока

Восстановить аккумулятор так же можно при помощи импульсного разряда.

Необходимые для восстановления приборы:

• Мультиметр;
• Источник питания;
• Средства защиты.

1. Разбираем аккумулятор устройства и измеряем напряжение полюсов каждой банки.
2. Подключаем отрицательную клему к источнику питания – для этого можно использовать автомобильный аккумулятор или источник бесперебойного тока с напряжением 12В. Если вы восстанавливаете аккумулятор с напряжением более 9,6В, то нужно использовать цепь из 2 аккумуляторов.
3. Другой кабель прикрепляем к положительному полюсу.
4. На краткое время подключаем к положительному полюсу источник питания. Рекомендуется подключать на 4-5 секунд, чтобы кабель не приварился к источнику питания.
5. Измеряем напряжение на полюсах банки, если оно не увеличилось, то проводим повторную подачу тока.
6. Выполняем несколько циклов заряд-разряд для восстановления ёмкости аккумулятора.
7. Недостаток такого метода – через несколько десятков циклов разрядки ёмкость аккумулятора снижается, так как во время подачи происходит саморазряд, но это не восстанавливает химический состав рабочей жидкости электролита.

Зарядное устройство для ni-cd своими руками

Комплектующие детали:

• USB кабель или Конденсатор
• Диоды
• Радиатор
• Термистор (сопротивление 10кОМ)
• Резисторы
• Транзистор
• Трансформатор
• Сдвоенный компаратор 1401СА3
• Медная проволока 6мм.

Инструменты:

• Шуруповёрт;
• Настольная пила;
• Вольтметр;
• Лобзик;
• Паяльник.

Инструкция по сборке:

Полученное зарядное устройство – мощность 470 мА.

Собрать зарядное устройство можно по указанной ниже схеме:

Важно установить транзистор на радиатор, чтобы избежать сильного нагрева.

Термистор нужно установить близко к аккумулятору, чтобы он реагировал на изменение температуры.

Дополнительные функции: автоматическое отключение при полной зарядке, контролирует температуру, что позволяет аккумулятору не перегреваться и служить дольше.

Ni-Cd или Li-ion , какие лучше. Сравнение батарей

Достоинства никелево -ионных аккумуляторов:

• Низкая стоимость по сравнению с аналогами;
• Быстрый заряд аккумулятора;
• Большой срок эксплуатации;
• Морозостойкость, работает при большом спектре температур;

Недостатки:

• Наличие эффекта памяти – снижает работоспособность при неполном разряде;
• Не сохраняет заряд при долгом хранении;
• Требуется тренировка аккумулятора для восстановления характеристик после длительного хранения;
• Высокий уровень саморазряда.

Также существуют литий-ионные аккумуляторы, которые являются более дорогим аналогом. Лучше всего применяются в устройствах с постоянным напряжением.

Достоинства:

• Отсутствие «эффекта памяти» – можно заряжать по мере необходимости, не дожидаясь полной разрядки;
• Высокая ёмкость;
• Лёгкость;
• Относительно низкий уровень саморазряда – около 5% в месяц;
• Быстрая зарядка.

Недостатки:

• Высокая стоимость по сравнению с аналогами;
• Использование на морозе сокращает срок эксплуатации;
• Сравнительно небольшой срок службы: 200-300 циклов заряд-разряд.

Выбор типа аккумулятора зависит от назначения: если вы планируете использовать устройство на морозе – лучше подойдет никелево- кадмиевый, а для домашнего использования при небольших нагрузках тока – литий-ионные батареи.

Никелево-кадмиевые аккумуляторы, несмотря на наличие современных аналогов, не теряют своей популярности из-за небольшой цены. При соблюдении правил по эксплуатации, они будут служить вам долго. Теперь вы знаете, как можно самостоятельно восстановить аккумулятор, правильно его использовать и даже собрать зарядное устройство к нему своими руками.

Источник