Nikl-kadmiový akumulátor
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..)
| Specifikace baterie | |
|---|---|
 | |
| Energie/hmotnost | 40–60 W·h/kg |
| Energie/objem | 50–150 W·h/L |
| Výkon/hmotnost | 150 W/kg |
| Efektivita nabíjení/vybíjení | 70–90% |
| Samovybíjení | 10%/měsíc |
| Životnost v cyklech | 1 000 - 2 000 cyklů |
| Nominální napětí článku | 1,2 V |
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
editovatČlánky 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
editovatVzhledem 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
editovatPoužívá 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
editovatPodle 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
editovatKe 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
editovatV 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
editovatSrovnání se týká se hlavně velkých, neuzavřených akumulátorů s volně zaplavenými elektrodami kapalným elektrolytem.
Nevýhody
editovat- 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
editovat- 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
editovatReference
editovat- ↑ ŠPINA, Martin. Technicky historické okénko: Ni-Cd baterie. oEnergetice.cz [online]. OM Solutions, 2021-07-23 [cit. 2022-08-02]. Dostupné online.
Související články
editovat- Akumulátor
- Olověný akumulátor
- Nikl-metal hydridový akumulátor
- Lithium-iontový akumulátor
- Lithium-polymerový akumulátor
Externí odkazy
editovat
Obrázky, zvuky či videa k tématu nikl-kadmiový akumulátor na Wikimedia Commons - Akumulátorová baterie oxid nikelnatý-kadmium
- NiCd akumulátory v Abecedě baterií a akumulátorů
