باتری نیکل کادمیوم

باتری نیکل کادمیوم (باتری NiCd ) نوعی باتری قابل شارژ است که از هیدروکسید اکسید نیکل و کادمیوم فلزی به عنوان الکترود استفاده می کند. NiCd از نمادهای شیمیایی نیکل (Ni)  و کادمیم (Cd)  تشکیل شده است: NiCad یک علامت تجاری ثبت شده شرکت SAFT است، اگر چه این نام تجاری معمولا برای توصیف همه باتری های Ni-Cd استفاده می شود.

باتری های مرطوب نیکل کادمیوم در سال ۱۸۹۹ اختراع شدند. از میان فناوری های باتری قابل شارژ، NiCd به سرعت سهم بازار خود را در دهه ۱۹۹۰، به باتری های NiMH و Li-ion از دست داد. سهم بازار آن ۸۰٪ کاهش یافت. یک باتری NiCd دارای ولتاژی پایانی در هنگام دشارژ حدود ۱٫۲ ولت است که تا پایان دوره دشارژ، کمی کاهش می یابد.

در مقایسه با سایر سلولهای قابل شارژ، آنها عمر چرخه و عملکرد خوبی در دماهای پایین با ظرفیتی عادلانه ارائه می دهند. با این حال، مواد هزینه بیشتری نسبت به باتری اسید سرب دارد و سلول ها دارای میزان بالایی دشارژ هستند.

تاریخچه

اولین باتری Ni-Cd توسط Waldemar Jungner از سوئد در سال ۱۸۹۹ ایجاد شد. در آن زمان، تنها رقیب مستقیم، باتری سرب اسید بود که از لحاظ فیزیکی و شیمیایی کمتر قدرتمند بود. با پیشرفت های جزئی در نمونه های اولیه، تراکم انرژی به سرعت به حدود نیمی از باتری های اولیه افزایش یافت و به میزان قابل توجهی بیشتر از باتری های اسید سرب بود. Jungner با جایگزینی آهن برای کادمیوم در مقادیر مختلف آزمایش کرد، اما فرمولهای مورد نیاز آهن را پیدا کرد. کار Jungner در ایالات متحده بسیار ناشناخته بود.

اولین محصول در ایالات متحده در سال ۱۹۴۶ شروع شد. تا این لحظه، باتری ها ” جیبی ” بودند که از جیب های فولادی nickel-plated حاوی مواد فعال نیکل و کادمیوم ساخته شده بودند.

امروزه، تمام باتری های Ni-Cd مصرفی از پیکربندی “سوئیس رول” یا “ژل-رول” استفاده می کنند. این طرح دارای چندین لایه مواد مثبت و منفی است که به شکل استوانه ای پیچیده می شوند. این طراحی مقاومت داخلی را کاهش می دهد زیرا مقدار بیشتری الکترود در تماس با مواد فعال در هر سلول وجود دارد.

مشخصات

حداکثر میزان دشارژ برای باتری Ni-Cd بوسیله “اندازه” متفاوت می شود. برای یک سلول AA معمولی، حداکثر میزان دشارژ حدود ۱٫۸ آمپر است؛ برای باتری با اندازه D، میزان دشارژ می تواند تا ۳٫۵ آمپر باشد.  

سازندگان مدل هواپیما یا قایق معمولا از جریانهای بسیار بزرگتری تا صد آمپر یا بیشتر به ویژه از باتری های Ni-Cd ساخته شده که برای بکار انداختن موتورهای اصلی استفاده می شوند، استفاده می کنند.

ولتاژ

سلولهای Ni-Cd دارای پتانسیل اسمی ۱٫۲ ولت (V)  هستند. این کمتر از ۱٫۵ ولت سلول های اولیه آلکالاین و روی کربن است و در نتیجه به عنوان جایگزین در تمامی وسایل کاربردی مناسب نیستند. بر خلاف سلولهای اولیه آلکالاین و روی-کربن، ولتاژ پایانی Ni-Cd تنها زمانی تغییر می کند که دشارژ رخ دهد.  

باتری های Ni-Cd که برای جایگزینی باتری های ۹ وات استفاده می شوند که معمولا دارای شش سلول هستند، برای ولتاژ پایانی ۷٫۲ ولت. در حالی که اکثر رادیوهای جیبی در این ولتاژ بطور رضایت بخشی عمل می کنند، برخی از تولید کنندگان مانند وارتا باتری های ۸٫۴ ولت را با هفت سلول برای وسیله های کاربردی بحرانی ساخته اند.

شارژ

باتری های Ni-Cd را می توان با چندین سرعت مختلف شارژ کرد، بسته به اینکه چگونه سلول تولید شده است. سرعت شارژ بر اساس درصد ظرفیت آمپر-ساعت که باتری به عنوان یک جریان ثابت در طول مدت شارژ تغذیه می شود، اندازه گیری می شود. با صرف نظر از سرعت شارژ، انرژی بیشتری باید به باتری نسبت به ظرفیت واقعی آن ارائه شود تا از اتلاف انرژی در طول شارژ مطلع شود و با شارژ سریع تر، کارآمد تر باشد. به عنوان مثال، یک شارژ “شبانه” ممکن است شامل تهیه یک جریان برابر با یک دهم سرعت آمپر (C / 10)  برای ۱۴-۱۶ ساعت باشد؛ یعنی باتری با ظرفیت ۱۰۰ میلی آمپر به مدت ۱۴ ساعت ۱۰ میلی آمپر مصرف می کند و برای این میزان ۱۴۰ میلی آمپر مصرف می کند. در سرعت شارژ سریع، با ۱۰۰٪ ظرفیت باتری در ۱ ساعت (۱C)  انجام می شود، باتری ظرفیتی حدود ۸۰٪ از شارژ را نگه می دارد، بنابراین باتری ۱۰۰ میلی آمپر با ۱۲۵ mAh شارژ می شود (یعنی حدود ۱ ساعت و پانزده دقیقه). 

محدوده دمای ایمن در هنگام استفاده بین  C 20° – و C ° ۴۵ است. در طول شارژ، درجه حرارت باتری به طور معمول در حدود دمای محیط باقی می ماند (واکنش شارژ گرما را جذب می کند)، اما باتری نزدیک به شارژ کامل، ۴۵-۵۰ درجه سانتیگراد افزایش می یابد. برخی از شارژر های باتری این افزایش دما را تشخیص میدهند و شارژ را قطع می کنند و از شارژ بیش از حد جلوگیری می نمایند. 

هنگامی که تحت بارگیری یا شارژ شدن نیست، یک باتری Ni-Cd حدود ۱۰٪ در هر ماه در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد دشارژ می شود.