Nikkel-kaadmiumakud või -patareid

Nikkel-kaadmiumakud on Waldmar Jungneri leiutatud sekundaarsed elektrienergia allikad. 19. sajandi lõpus Rootsis koosnes seade korpusest, kahest elektroodist – anoodist ja katoodist –, separaatorist ja elektrolüüdist. See erineb teistest akudest elektroodide valmistamiseks kasutatud materjali ja elektrolüüdilahuse poolest. Need erinevused mõjutavad oluliselt aku tehnilisi omadusi.

Projekteerimine ja tööpõhimõte

Nikkel-kaadmiumakud (NiCd) töötavad põhimõttel, et keemiline energia muundatakse elektrienergiaks nikkelhüdroksiidi (NiOOH), kaadmiumi (Cd), vee (H₂O). Selle tulemusena moodustub nikkelhüdroksiid Ni(OH).₂ ja Cd(OH)₂, ilmub Elektromagnetväljad.

Akus toimuvad keemilised reaktsioonid:

Laadimise ajal: 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂ → 2NiOOH + Cd + 2H₂O

Tühjendamise ajal: 2NiOOH + Cd + 2H₂O → 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂

Nikkel-kaadmiumakusid toodetakse tihedas metallkorpuses, mille sees on nikli ja kaadmiumi elektroodid eraldatud separaatoriga ning elektrolüüdiks on leeliseline lahus (kaaliumhüdroksiid). Anood on foolium- või terastraatvõrk, mis on kaetud nikkelhüdroksiidi ja juhtiva materjali seguga. Katood on samuti terasvõrk või -foolium, mille elementide sisse on pressitud kaadmiumi käsnjas metall.

Sordid

Nikkel-kaadmiumakud vastavalt oma vormile on nad:

1. Silindrilised - nad said teise nime - "pangad".
2. Korter - ketas või "tahvelarvuti"

Silindrilise suurusega vahemik koosneb mitmest põhitüübist:

Nimetus	Läbimõõt, mm	Pikkus, mm	Kaal, g
A	17	50	32
AA	14.2	50	21
AAA	10.5	44,5	10
1/2 SC	23	26	30
SC (alam-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

 

Ketaspatareid ehk "tahvelarvutid" olid endise ajastu riikides üsna populaarsed. NSVLNõukogude "tablettide" tänapäevaseid kaadmiumi analooge kasutatakse kellades, fotovälklampides, kuuldeaparaadid, kaamerad, taskulambid.

Omadused

1. Ühe elemendi nimipinge on 1,2 V.
2. Töötemperatuuri vahemik: +40 kuni -50^OKOOS.
3. Täieliku laadimise ja tühjenemise võimalus on 100 kuni 1000, tänapäevased täiustatud mudelid ulatuvad 2000 tsüklini.
4. Isetühjenemise määr on umbes 10% kuus.

Eelised

Nikkel-kaadmiumakudel on teiste ees mitmeid eeliseid:

• Võimalus töötada temperatuuril alla nulli.
• Kiire laadimiskiirus ja aeglane aku tühjenemine.
• Töötamine äärmuslikes tööstustingimustes (löögikindlus, suure koormuse, suurenenud tolmu, alla nulli temperatuuride vastupidavus).
• Mitu laadimis-tühjendustsüklit – 1000 või rohkem.
• Pikk kasutusiga - kuni 10 aastat.
• Pikk säilivusaeg isegi laadimata olekus – umbes 5 aastat.
• Suhteliselt madal hind.

Vead

Puuduste hulka kuuluvad:

• Mäluefekt on mahtuvuse kadu kaadmiumaku laadimisel, kui see pole täielikult tühjenenud.
• Sisemise sisu toksilisus tähendab, et kõrvaldamisel tuleb järgida keskkonnaohutuse eeskirju.
• Isetühjenemine – pärast üheaastast ladustamist on täielikult laetud nikkel-kaadmiumaku täielikult tühjenenud.
• Aku taastumine pärast pikaajalist ladustamist võtab mitu täielikku laadimis-tühjendustsüklit.
• Ühe elemendi madalpinge on 1,2 V. Aku väljundpinge suurendamiseks ühendatakse mitu elementi järjestikku.

Taotlus

Kaadmiumi patareid, Oma omaduste tõttu kasutatakse neid suure voolutarbimise ja suure töökoormusega seadmetes:

• Jõe- ja meretransport.
• Õhutransport - lennukid, helikopterid.
• Maapealne elektritransport - trammid, trollibussid.
• Sõjavarustus.
• Tööstuslik tootmine - elektriautod.
• Elektrilised tööriistad - puurid, kruvikeerajad.
• Kodumasinad - elektrilised pardlid, taskulambid.
• Raadiotehnika – kaasaskantavad intercomid, raadio teel juhitavad mänguasjad.

Järeldused, soovitused

• Ni-CD akud ei kuumene töötamise ajal, kuna need sees toimuvad keemilised reaktsioonid on endotermilised, mis tähendab, et tekkiv soojus neeldub. See omadus vähendab ülekuumenemise ohtu ja pikendab nende kasutusiga.
• Tiheda, suletud korpuse olemasolu, mis talub agressiivseid välismõjusid (temperatuuri ja rõhu muutused, keemiline hävimine), muudab nikkel-kaadmiumakud iseenesliku süttimise suhtes vastupidavaks.
• Tööstusettevõtetes töötavad kaadmiumakud usaldusväärselt 10–20 aastat, hoolimata uutest kaasaegsetest analoogidest, ja seetõttu ei vaja need väljavahetamist.

Nikkel-kaadmiumakude eluea pikendamiseks tuleb neid õigesti laadida:

• Kvaliteetse laadimise jaoks peate kasutama spetsiaalseid laadijaid (ZU).
• Aku laadimine pole soovitatav, kui see pole täielikult tühjenenud – toimub kristalliseerumine, aine pindala väheneb ja mahutavus.
• Pidev laadimine - mis tuleneb ülekuumenemisest ja elektrolüüdi veesisalduse vähenemisest - viib elektroodide ja separaatori hävimiseni.
• Alamlaadimine lühendab NiCd aku eluiga.
• „Mäluefekti” kõrvaldamiseks tuleb aku mahtuvus taastada mitme laadimis-tühjendustsükli abil.
• Laadimisprotsess on kõige parem läbi viia temperatuuril 20^OKOOS.