Все о никель-кадмиевых аккумуляторах Статья

Никель-кадмиевые аккумуляторы – распространенный тип АКБ, который нашел применение в различных сферах. Как и другие виды аккумуляторов, у него есть свои преимущества и недостатки, которые и определяют его эксплуатационные характеристики. Их часто можно увидеть в бытовой технике, электроприборах, на транспорте (даже в авиации). Были изобретены в первой половине XX века, в дальнейшем неоднократно усовершенствовались.

Принцип действия и устройство никель-кадмиевого аккумулятора

В аккумуляторе есть два электрода: никелевый и кадмиевый. Первый представляет собой гидроксид никеля, которые смешан с проводящим материалом, а второй представляет собой сетку из стали, в которую впрессован кадмий. Пространство между ними заполнено щелочью. В результате происходит химический процесс с участием гидроксидов никеля, кадмия и воды, который является обратимым.

Корпус может быть плоским, кубическим, цилиндрическим и должен быть герметичным и прочным. Никель-кадмиевый аккумулятор может хранится в разряженном состоянии и это не скажется на его характеристиках, в отличии от других типов (например, от никель-металл гидридных – NiMH). Срок службы может быть от 100 до 900 и более циклов. Современные промышленные АКБ способны работать до 25 лет.

Важной особенностью никель-кадмиевого аккумулятора является его низкое сопротивление, поэтому он не нагревается при зарядке, даже если используют большой ток. Греться он начинает только тогда, когда зарядиться полностью, что и используют как маркер для окончания подзарядки.

Преимущества и недостатки

Как и у других АКБ, у никель-кадмиевых аккумуляторов есть как свои плюсы, так и минусы. В определенных сферах их сложно заменить другими видами, поэтому, пока не появятся принципиально новые технологии, они будут использоваться еще долго, благодаря своим эксплуатационным характеристикам.

Преимущества

• Широкий температурный диапазон эксплуатации;
• Возможность длительного хранения в разряженном состоянии;
• Большое количество циклов разрядки и зарядки;
• Стабильная работа на морозе, не снижает емкость при отрицательных температурах (до определенных пределов);
• Безопасность: если сравнивать с литиевыми, то никель-кадмиевые не могут загореться при разгерметизации;
• Цена низкая.

Недостатки

• Очень высокий уровень саморазряда. В первые сутки может потерять до 10% емкости, а за 1-2 месяца разрядиться полностью, хотя есть модели, которые теряют 10-12% за месяц, но тут влияет еще и то, насколько он заряжен;
• После долгого хранения без использования необходимо восстановить его по определенному алгоритму;
• Никель-кадмиевые аккумуляторы нужно обязательно разряжать полностью, у них есть ярко выраженный эффект памяти;
• Энергетическая плотность низкая, если сравнивать с другими типами АКБ.

Относительно эффекта памяти стоит рассказать отдельно, так как это одна из самых важных особенностей данного типа аккумуляторов. Он «запоминает» напряжение, до которого он был разряжен в прошлый раз и при следующем цикле отдаст энергии только до этого значения. То есть, если его использовали на 50% и поставили на зарядку, то его емкость сократиться наполовину. Этот момент обязательно стоит учитывать.

Также к недостаткам можно отнести токсичные материалы, которые есть в аккумуляторе, поэтому их нельзя выкидывать. Кадмий – ядовитый металл, поэтому в некоторых странах данные АКБ вообще запрещено производить (но не запрещено использовать). Однако, если не разбирать никель-кадмиевый аккумулятор, если корпус не разрушится, никакой опасности нет, но все же требуется утилизация по определенным технологическим процессам.

Правила эксплуатации

При эксплуатации никель-кадмиевых аккумуляторов с ними в любом случае будут происходить изменения, которые негативно повлияют на характеристики. К таким изменениям можно отнести:

• Потерю воды и кислорода;
• Уменьшение полезной площади электродов;
• Изменение объема, а также состава электролита;
• Появление утечек тока.

С этим ничего нельзя сделать, однако, при правильной эксплуатации эти процессы значительно замедляются. В частности, их необходимо полностью разряжать и заряжать, а также соблюдать все рекомендации производителя. Конечно, никель-кадмиевые аккумуляторы стоят относительно дешево, но это не повод менять их очень часто.

Восстановление

В случае неправильной эксплуатации последующей потери емкости, никель-кадмиевые аккумуляторы вполне возможно восстановить. Для этого существуют различные методы. Самый простой, это полный разряд и заряд в обычном режиме, что можно повторять несколько раз. Это поможет убрать «эффект памяти», однако о полном восстановлении емкости речи не идет.

Также есть метод, который называется «запзаппинг». Через батарею пропускают разряды тока. Делают короткие импульсы в 20 ампер и выше. Тем не менее, данный способ требует опыта и знаний, кроме того, он является очень рискованным: можно погубить батарею. Иногда аккумуляторы замораживают, после чего стучат по ним. Считается, что таким способом можно разрушить дендриты, но на деле это получается достаточно редко.

Иногда добавляют дистиллированную воду, для чего просверливают корпус (только внешнюю оболочку), после чего шприцом добавляют туда воду, постепенно заполняя пустоты. На некоторых сайтах пишут, что такой способ является безопасным, но там сравнивают с литиевыми АКБ, которые разбираться категорически запрещено. Но мы не рекомендует проводить такие манипуляции и с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Просверливая корпус, вы нарушаете герметичность, что может привести к отравлению ядовитыми веществами, которые есть в данном аккумуляторе. При этом потенциальный выигрыш будет не слишком существенным – несколько дополнительных циклов работы.

Как видно, реальным и безопасным методом восстановления является только первый, то есть, циклы полного разряда и заряда. Остальные могут быть неэффективны и попросту опасны.

Частые вопросы про никель-кадмиевые аккумуляторы

В заключение мы разберем вопросы, которые задают чаще всего.

Почему в шуруповертах и других электроинструментах их меняют на литиевые?

Литевые, хоть и дороже никель-кадмиевых аккумуляторов, но обладают лучшими характеристиками. Поэтому очень часто, после существенного снижения емкости, делают замену. Это достаточно легко.

Какой средний срок службы?

Зависит от типа, условий эксплуатации и других факторов. У качественных срок службы будет более 5 лет и не менее 1000 циклов.

Какой ГОСТ для никель-кадмиевых аккумуляторов?

ГОСТ Р МЭК 60285-2002.

Сколько заряжать по времени?

Это зависит от емкости и типа. Мнение есть разные, например, можно найти ответы в стиле «зарядный ток 1/10 от емкости» или «минимум 8 часов». Но на практике это зависит еще и от типа зарядного устройства. Лучше всего в данном случае читать рекомендации производителя.

Что лучше: никель-кадмиевые или литиевые?

Это вопрос задают очень часто (сравнивают и с другими типами). Нужно понимать, что у каждого типа аккумуляторов есть свои плюсы, минусы и просто особенности. Зачастую правильный выбор нужно делать исходя из того, для каких целей он нужен, какие будут условия эксплуатации.