Piles o piles de níquel-cadmi

Les piles de níquel-cadmi són fonts secundàries d'energia elèctrica inventades per Waldmar Jungner. A finals del segle XIX a Suècia, el dispositiu constava d'una carcassa, dos elèctrodes (ànode i càtode), un separador i un electròlit. Es diferencia d'altres bateries en el material utilitzat per fabricar els elèctrodes i la solució electrolítica. Aquestes diferències influeixen significativament en les característiques tècniques de la bateria.

Disseny i principi de funcionament

Les bateries de níquel-cadmi (NiCd) funcionen segons el principi de convertir l'energia química en energia elèctrica mitjançant reaccions reversibles d'hidròxid de níquel (NiOOH), cadmi (Cd) i aigua (H₂O). Com a resultat, es forma hidròxid de níquel Ni(OH)₂.₂ i Cd(OH)₂, apareix CEM.

Reaccions químiques que tenen lloc en una bateria:

Durant la càrrega: 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂ → 2NiOOH + Cd + 2H₂O

Durant la descàrrega: 2NiOOH + Cd + 2H₂O → 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂

Les bateries de níquel-cadmi es fabriquen en una carcassa metàl·lica densa, dins de la qual els elèctrodes de níquel i cadmi estan separats per un separador, i una solució alcalina (hidròxid de potassi) serveix d'electròlit. L'ànode és una làmina o malla de filferro d'acer recoberta amb una barreja d'hidròxid de níquel i un material conductor. El càtode també és una malla o làmina d'acer, amb metall esponjós de cadmi premsat a les cel·les.

Varietats

Bateries de níquel-cadmi segons la seva forma són:

1. Cilíndrics: van rebre un segon nom: "bancs".
2. Pis - disc o "tauleta"

La gamma de mides cilíndriques consta de diversos tipus estàndard bàsics:

Designació	Diàmetre, mm	Longitud, mm	Pes, g
A	17	50	32
AA	14.2	50	21
AAA	10.5	44,5	10
1/2 SC	23	26	30
SC (sub C)	23	43	52
C.	26	46	72
D	33	58	105-145
F	33	91	231
SF (super F)	41.4	89.1	393

 

Les piles de disc o "tauletes" eren força populars als països de l'antic URSSEls anàlegs moderns de cadmi de les "tauletes" soviètiques s'utilitzen en rellotges, flaixos fotogràfics, audiòfons, càmeres, llanternes.

Característiques

1. El voltatge nominal d'un element és d'1,2 V.
2. Rang de temperatura de funcionament: de +40 a -50^OAMB.
3. La possibilitat de càrrega-descàrrega completa és de 100 a 1000, els models moderns millorats arriben als 2000 cicles.
4. La taxa d'autodescàrrega és d'aproximadament un 10% al mes.

Avantatges

Les bateries de níquel-cadmi tenen diversos avantatges respecte a altres:

• Possibilitat de funcionament a temperatures sota zero.
• Velocitat de càrrega ràpida i descàrrega lenta de la bateria.
• Funcionament en condicions industrials extremes (resistència a cops, impactes, càrregues elevades, augment de pols, temperatures sota zero).
• Múltiples cicles de càrrega-descàrrega: 1000 o més.
• Llarga vida útil: fins a 10 anys.
• Llarga vida útil, fins i tot sense càrrega: uns 5 anys.
• Cost relativament baix.

Defectes

Els desavantatges inclouen:

• L'efecte memòria és la pèrdua de capacitat que es produeix quan es carrega una bateria de cadmi que no està completament descarregada.
• La toxicitat del contingut intern fa que s'hagin de respectar les normes de seguretat ambiental durant l'eliminació.
• Autodescàrrega: després d'un any d'emmagatzematge, una bateria de níquel-cadmi completament carregada es descarregarà completament.
• El procés de recuperació de la bateria després d'un emmagatzematge a llarg termini requereix diversos cicles complets de càrrega i descàrrega.
• El baix voltatge d'una sola cel·la és d'1,2 V. Per augmentar el voltatge de sortida de la bateria, es connecten diverses cel·les en sèrie.

Aplicació

Piles de cadmi, Per les seves característiques, s'utilitzen en dispositius amb un consum de corrent elevat i càrregues de funcionament elevades:

• Transport fluvial i marítim.
• Transport aeri: avions, helicòpters.
• Transport elèctric terrestre: tramvies, troleibusos.
• Equipament militar.
• Producció industrial: cotxes elèctrics.
• Eines elèctriques: trepants, tornavisos.
• Electrodomèstics: màquines d'afaitar elèctriques, llanternes.
• Enginyeria de ràdio: intercomunicadors portàtils, joguines controlades per ràdio.

Conclusions, recomanacions

• Les bateries de Ni-CD no s'escalfen durant el funcionament perquè les reaccions químiques a l'interior són endotèrmiques, és a dir, que la calor generada s'absorbeix. Aquesta propietat redueix el risc de sobreescalfament i allarga la seva vida útil.
• La presència d'una carcassa hermètica i segellada, capaç de suportar influències externes agressives (canvis de temperatura i pressió, destrucció química), fa que les bateries de níquel-cadmi siguin resistents a la combustió espontània.
• A les plantes industrials, les bateries de cadmi continuen funcionant de manera fiable durant 10-20 anys, malgrat els nous anàlegs moderns, i per tant no cal substituir-les.

Per allargar la vida útil de les bateries de níquel-cadmi, cal carregar-les correctament:

• Per a una càrrega d'alta qualitat, cal utilitzar carregadors especials (ZU).
• No es recomana carregar una bateria que no estigui completament descarregada: es produirà cristal·lització, la superfície de la substància disminuirà i la capacitat.
• La recàrrega constant, resultant d'un sobreescalfament i una disminució de la quantitat d'aigua a l'electròlit, provocarà la destrucció dels elèctrodes i del separador.
• Una càrrega insuficient esgotarà la vida útil de la bateria de NiCd.
• Per eliminar l'"efecte memòria", cal restaurar la capacitat de la bateria realitzant diversos cicles de càrrega i descàrrega.
• El procés de càrrega es realitza millor a una temperatura de 20^OAMB.