Nikal-kadmijeva baterija izvor je istosmjernog napona. Zbog svojih svojstava i prednosti preuzima olovna kiselina na baterijama i stječu popularnost u novije vrijeme. Mala je, kompaktna, lako se putuje s jednog mjesta na drugo. Opće namjene ove baterije su igračke, kalkulatori, mali Istosmjerni motori itd. Načelno je isto što i baterije na bazi olovnih akumulatora. Metal se valja s slojevima kadmija i separatora i održava u redoks redoslijedu tako da kemijska reakcija proizvodi istosmjerni napon. Baterije su već dugo popularne, a u nastojanju da se poveća učinkovitost baterije koristi se sve više kemijskih elemenata. To konstrukciju čini kompaktnom.
Što je nikal-kadmijeva baterija?
To je uređaj koji proizvodi istosmjerni napon na temelju kemijske reakcije između uključenih tvari. U nikal-kadmijevoj bateriji redoks materijal se koristi kao baza, a oko njega se koristi sloj nikla i separator. Napon stanice nikal-kadmij je oko 1,2 V. Kad su spojene u seriju, obično se spakiraju 3 do 4 stanice da bi se dobio izlaz od 3,6 do 4,8 V
Dizajn nikal-kadmijeve baterije
Teorija nikal-kadmijevih baterija
Načelo rada nikal-kadmijeve baterije je isto kao i kod ostalih baterija. Za poboljšanje učinkovitosti koriste se nikal i kadmij. Baterija je izvor istosmjernog napona, stoga se mora sastojati od dvije potencijalne točke, tj. Pozitivne i negativne ili se također nazivaju anoda i katoda. U nikal-kadmijevoj bateriji prvo se oko redoks-a drži sloj nikal-oksida NiO2.
Ovaj sloj niklovog oksida djeluje kao katodni sloj. Iznad sloja nikal-oksida zadržava se sloj KaOH koji djeluje kao separator. Mora se napomenuti da ovaj sloj za razdvajanje mora biti namočen u vodi ili vlažan. Njegova je svrha osigurati potrebne OH negativne ione za kemijsku reakciju. Iznad sloja za razdvajanje nalazi se kadmij. Sloj kadmija djeluje kao anoda za nikal-kadmijevu bateriju. The dijagram nikal-kadmijeve baterije prikazano je dolje.
Dijagram nikal-kadmijeve baterije
Kao što je prikazano, na dijagramu, nikal djeluje kao pozitivna elektroda kolektor a sloj kadmija djeluje kao kolektor negativnog sloja. Sloj za razdvajanje između dva sloja sastoji se od KOH ili NaOH. Njegova je svrha osigurati OH ione. Osim njih, sastoji se i od sigurnosnog ventila, brtvene ploče, izolacijskog prstena, izolacijskog brtvila i vanjskog kućišta.
Svrha izolacijskog prstena je osigurati izolaciju između dva sloja. Izolacijska brtva je mjesto gdje se izolacijski prsten drži u blizini. Sloj za razdvajanje povezan je s ovim prstenom. Vanjsko kućište služi za zaštitu unutarnjih slojeva od vanjskih čimbenika kao što su oštećenja i pogrešno rukovanje baterijom. Moramo napomenuti da je zbog kemijskih reakcija koje se odvijaju u tijestu uvijek opasno raditi s baterijom.
Kućište baterije se nikada ne otvara jer su svi slojevi izloženi i to može naštetiti osobi koja koristi. Slično tome, kada se ne koristi, preporučuje se uklanjanje baterije iz uređaja.
Jednadžbe nikal-kadmijeve baterije
Kemijske jednadžbe koje predstavljaju kemijsku reakciju mogu se dati kao
Prva jednadžba predstavlja reakciju između katodnog sloja nikla i separatora. Daje izlaz OH iona niklovog oksida. Potreba za slojem separatora, kao što je prije spomenuto, osigurava OH ione potrebne za kemijsku reakciju. Za dobivanje H20, sloj za odvajanje natopljen je vodom za početnu reakciju. Kasnije se H2O dobiva kao jedan od nusproizvoda.
Na strani anode, sloj kadmija također se kombinira s OH ionima koji se dobivaju iz sloja separatora. To rezultira kadmijevim oksidom i elektronima. Može se primijetiti da se elektroni u obje jednadžbe poništavaju. Također, OH ioni se poništavaju. Jednadžba podsjetnika daje treća jednadžba, gdje se nikal kombinira s kadmijom i vodom. Rezultat je nikal-oksid i kadmij-oksid.
Raspon temperatura nikal-kadmijeve baterije
Raspon temperature nikalne baterije je 0 do 45 stupnjeva Celzijevih tijekom punjenja i -20 do 65 stupnjeva Celzijevih tijekom pražnjenja. Iznad ovog temperaturnog raspona, baterija ne radi, pa čak postoje i šanse za eksploziju.
Otrovnost nikal-kadmijeve baterije
Nikal-kadmijeva baterija vrlo je toksična za ljudsko tijelo. Kadmij je teški metal koji predstavlja nekoliko rizika za ljudsko tijelo. Kadmij ima čak i fiziološki učinak na sustav. Prosječna prisutnost kadmija u ljudskom tijelu je približno 1 mikrogram po litri. Izravno djeluje na probavni sustav. Slično tome, nikal je također otrovan za ljudski dišni sustav.
Napon nikl-kadmijeve baterije
Općenito, svaki napon za nikal-kadmijevu bateriju bio bi približno 1,2 V. Broj ćelija je povezan redno ili paralelno da bi se dobio potreban napon. Osim napona, njegova specifična energija je oko 50-60 Wh po kg. To je umjereno visoko od nikal-željeza, ali relativno manje od nikal-cink i nikal-metal-hidridnih baterija.
Specifična snaga je 200 W po kg. To je umjereno visoko od nikal-željeza, ali relativno manje od nikal-cinka i nikal-metal-hidridnih baterija. Za nikal-metalne baterije iznosi oko 170-1000. Za baterije od nikal-željeza iznosi oko 100. Energetska učinkovitost je oko 70-75%. To je umjereno visoko od nikal-željeza, ali relativno manje od nikal-cinka i nikal-metal-hidridnih baterija. Za nikal-metalne baterije iznosi oko 70-80%. Za baterije od nikal-željeza iznosi oko 60-70%.
Izgradnja nikal-kadmijeve baterije
Konstrukcijski je nikal-kadmijeva baterija ista kao i baterije na bazi olovne kiseline. Sastoji se od tri temeljna sloja. Prvi je sloj nikla, zatim sloj separatora i sloj kadmija. Nikal djeluje kao kolektor pozitivne elektrode, a sloj kadmija djeluje kao kolektor negativnog sloja.
Sloj za razdvajanje između dva sloja sastoji se od KOH ili NaOH. Njegova je svrha osigurati OH ione. Osim njih, sastoji se i od sigurnosnog ventila, brtvene ploče, izolacijskog prstena, izolacijskog brtvila i vanjskog kućišta. Svrha izolacijskog prstena je osigurati izolaciju između dva sloja. Izolacijska brtva je mjesto gdje se izolacijski prsten drži u blizini. Sloj za razdvajanje povezan je s ovim prstenom.
Vanjsko kućište služi za zaštitu unutarnjih slojeva od vanjskih čimbenika kao što su oštećenja i pogrešno rukovanje baterijom. Moramo napomenuti da je zbog kemijskih reakcija koje se odvijaju u tijestu uvijek opasno raditi s baterijom. Slojevi zajedno sa slojem separatora tvore potrebnu kemijsku reakciju i tvore potencijalnu razliku.
Nikal-kadmijska baterija radi
Rad nikal-kadmijeve baterije temelji se na kemijskoj reakciji koja se odvija između slojeva. Baterija koja je izvor istosmjernog napona sastoji se od dva priključka, tj. Anode i katode. Tijekom izrade baterije prvo se na redoks-u zadržava sloj kadmija. Sloj kadmija djeluje kao katodni terminal. Kadmij je jedan od teških materijala i ima dobra provodna svojstva. Iznad sloja kadmija zadržavaju se slojevi separatora.
Svrha sloja za razdvajanje je osigurati potrebne OH ione za kemijska reakcija . Ioni OH potrebni su za reakciju između katodnog sloja nikla i separatora. Daje izlaz OH iona niklovog oksida. Potreba za slojem separatora, kao što je prije spomenuto, osigurava OH ione potrebne za kemijsku reakciju. Za dobivanje H20, sloj za odvajanje natopljen je vodom za početnu reakciju.
Kasnije se H2O dobiva kao jedan od nusproizvoda. Na strani anode, sloj kadmija također se kombinira s OH ionima koji se dobivaju iz sloja separatora. To rezultira kadmijevim oksidom i elektronima. Može se primijetiti da se elektroni u obje jednadžbe poništavaju. Također, OH ioni se poništavaju. Jednadžba podsjetnika daje treća jednadžba, gdje se nikal kombinira s kadmijom i vodom. Rezultat je nikal-oksid i kadmij-oksid. Kemijsku reakciju prati protok elektrona koji uzrokuje razliku potencijala na dva terminala.
Vrste nikal-kadmijevih baterija
Klasifikacija nikal-kadmijevih baterija vrši se samo na temelju veličine i raspoloživog napona. Na temelju veličine može biti veličine AAA, AA, A, Cs, C, D ili F. Sve ove veličine dolaze s različitim specifikacijama izlaznog napona. Neki su cilindričnog oblika cijevi, a neki su u pravokutnom vanjskom kućištu u obliku kutije.
Prednosti i nedostatci
Prednosti nikal-kadmijske baterije su
- Pruža visoku strujnu snagu
- Podnosi prekomjerno punjenje
- Podnosi do 500 ciklusa punjenja
Mane nikl-kadmijske baterije su
- Kadmij nije ekološki prihvatljiv materijal
- Manja tolerancija na temperaturu u usporedbi s drugim baterijama.
Primjene nikal-kadmij-baterija
Ima razne aplikacije poput igračaka, malih istosmjernih motora, kalkulatora, ventilatora, računala itd.
Stoga smo vidjeli aplikacije, rad i detalje nikal-kadmijeva baterija . Mora se vidjeti koji su drugi materijali koji se mogu kombinirati s niklom jer kadmij ima opasne učinke.
