Nikl-kadmiový akumulátor

Specifikace baterie
Energie/hmotnost40–60 W·h/kg
Energie/velikost50–150 W·h/L
Výkon/hmotnost150 W/kg
Efektivita nabíjení/vybíjení70–90%
Samovybíjení10%/měsíc
Životnost v cyklech1 000 - 2 000 cyklů
Nominální napětí článku1,2 V

Nikl-kadmiový akumulátor, zkráceně NiCd, je druh galvanického článku. Vyrábí se jednak se zaplavenými elektrodami a kapalným elektrolytem (velké staniční baterie) a jednak jako hermetizovaný (akumulátory do přístrojů jako jsou akumulátorové vrtačky..)

Mezi jeho výhody patří, že mu nevadí skladování ve vybitém stavu a s tím související odolnost vůči hlubokému vybití. Další výhodou je schopnost dodávat vysoké proudy,[1] pročež byl oblíbený mezi modeláři. Určitou nevýhodou ve srovnání s NiMH a Li-ion akumulátory je jeho relativně nižší měrná kapacita. Problematickým rysem tohoto akumulátoru je jedovatost kadmia, z něhož se skládá záporná elektroda a tedy nezbytnost sběru opotřebovaných NiCd akumulátorů (stejně jako v případě Pb akumulátorů). Svými vlastnostmi se jinak podobá novějšímu NiMH akumulátoru. Jmenovité napětí jednoho článku je 1,2 V. V plně nabitém stavu dosahuje napětí k 1,35 V a vybitý článek má 0,8-1,0 V.

Skladování

Články se skladují nejlépe ve vybitém stavu, při teplotě +5 až +25 °C. Před použitím po dlouhodobém uskladnění je nutno provést 2 až 3 nabíjecí cykly, aby se aktivní hmoty uvedly do plného provozu. Vzhledem k samovybíjení je lepší články, které často nepoužíváme (např. v elektrickém ručním nářadí..) nabíjet až těsně před použitím. Chceme-li akumulátor použít ihned po dlouhé době skladování, je dobré akumulátor nechat zapojený na tzv. udržovacím proudu - článek je neustále nabíjen nízkým proudem s udržovaným napětím (nabíjení cca 0,01 - 0,05 C při 1,35V - 1,4V/článek).

Nabíjení

Vzhledem k výraznému paměťovému efektu je pro uchování kapacity potřeba článek nejprve vybít a až poté nabít, což umožňují automatizované NiCd nabíječky. Články se obvykle nabíjí proudem 0,1 až 0,2 C (udané kapacity) - násobku hodinové kapacity akumulátoru tzn 0,1-0,2 A pro akumulátor o kapacitě 1 Ah (1000 mAh). Do článků je nutno dodat 120 až 140 % jejich kapacity (pokud jsou plně vybité, max 1) pro kompenzaci neefektivnosti nabíjení.

Trvalé nabíjení

Používá se nabíjení charakteristikou IU, kdy se nabíjí 0,1-0,2 C do vzestupu napětí na 1,43 V/článek a dále se pokračuje nabíjení konstantním napětím 1,43 V/článek. Konkrétní hodnoty napětí a proudů uvádí výrobce.

Rychlonabíjení

Podle konstrukce se používá proudů 0,3 C až 2 C, přičemž teplota nesmí přesáhnout +45 °C a napětí 1,6 V/článek.

Automatické ukončení nabíjení

Ke konci nabíjení dochází k prudkému krátkodobému zvýšení proudu a následně snížení napětí akumulátoru. Současně se začíná článek zahřívat. Obou dvou stavů se může využívat pro automatické odpojení nabíječe.

Elektrochemická reakce

V nabitém stavu je aktivní hmota kladné elektrody z oxid-hydroxidu niklitého - NiO(OH) - a záporná elektroda je tvořena kadmiem - Cd. Elektrolyt je zásaditý; obvykle je to vodný roztok hydroxidu draselného (KOH).

Rovnice vybíjení:

Cd + 2NiO(OH) + 2H2O → Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2
  • na záporné elektrodě
Cd + 2OH− → Cd(OH)2 + 2e−
  • na kladné elektrodě
2NiO(OH) + 2H2O + 2e− → 2Ni(OH)2 + 2OH−

Při nabíjení probíhají uvedené reakce opačným směrem.

Srovnání s olověnými akumulátory

Srovnání se týká se hlavně velkých, neuzavřených akumulátorů s volně zaplavenými elektrodami kapalným elektrolytem.

Nevýhody

  • Dražší
  • Nižší napětí článků, zároveň velký rozdíl mezi nabíjecím napětím a konečným vybíjecím napětím
  • Nelze zjišťovat stupeň nabití měřením hustoty elektrolytu
  • Při provozu dochází k znehodnocování elektrolytu (KOH) působením vzdušného CO2 za vzniku uhličitanu draselného, který snižuje kapacitu a zvyšuje vnitřní odpor článku (pouze u otevřených článků).
  • Samovybíjení. Poněkud rychlejší ztráta kapacity.
  • Paměťový efekt –⁠ před nabitím je potřeba akumulátor nejprve vybít na jeho minimální hodnotu.

Výhody

  • Odolnější proti přebíjení a podvybití.
  • Vysoké výkony a proudy
  • Delší životnost, robustnější.
  • Možnost nabíjet vyššími proudy
  • Mohou být skladovány vybité.
  • Pracují dobře i za nízkých teplot (při vybití olověného akumulátoru poklesne hustota kyseliny a může dojít k zamrznutí a poškození)
  • Elektrolyt nepůsobí tak korozivně, jako kyselina sírová v olověných akumulátorech, protože aerosol KOH reaguje se vzdušným CO2 na uhličitan.

Odkazy

Reference

  1. ↑ ŠPINA, Martin. Technicky historické okénko: Ni-Cd baterie. oEnergetice.cz [online]. OM Solutions, 2021-07-23 [cit. 2022-08-02]. Dostupné online. 

Související články

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

NiCd various.jpg
Autor: unknown, Licence: CC BY-SA 3.0