Nikkel-cadmium-batterij is een bron voor gelijkspanning. Vanwege zijn eigenschappen en voordelen neemt het het over lood zuur -gebaseerde batterijen en wint de laatste tijd aan populariteit. Het is klein, compact en kan gemakkelijk van de ene plaats naar de andere worden verplaatst. Algemeen gebruik van deze batterij is speelgoed, rekenmachines, klein DC-motoren , enz. In principe is het hetzelfde als batterijen op basis van loodaccu's. Een metaal wordt gewalst met cadmium- en scheidingslagen en in redox gehouden, zodat de chemische reactie de gelijkspanning produceert. Batterijen zijn al lang populair en in een poging om de efficiëntie van de batterij te verhogen worden steeds meer chemische elementen gebruikt. Dit maakt de constructie compact.
Wat is een nikkel-cadmium-batterij?
Het is een apparaat dat gelijkspanning produceert op basis van de chemische reactie tussen de betrokken stoffen. In een nikkel-cadmium-batterij wordt het redox-materiaal als basis gebruikt, en daaromheen wordt de laag nikkel en een scheider gebruikt. De nikkel-cadmium-celspanning is ongeveer 1,2 V.Indien in serie geschakeld worden doorgaans 3 tot 4 cellen samengepakt om een output van 3,6 tot 4,8 V te krijgen
Ontwerp van nikkel-cadmiumbatterijen
Nikkel-cadmiumbatterijtheorie
Het werkingsprincipe van een nikkel-cadmiumbatterij is hetzelfde als bij andere batterijen. Om de efficiëntie te verbeteren, worden nikkel en cadmium gebruikt. Een batterij is de bron van gelijkspanning en moet daarom uit twee potentiaalpunten bestaan, d.w.z. positief en negatief, of ook wel anode en kathode genoemd. In een nikkel-cadmium-batterij wordt eerst een laag nikkeloxide NiO2 rond de redox gehouden.
Deze laag nikkeloxide fungeert als een kathodelaag. Boven de nikkeloxidelaag wordt een laag KaOH gehouden, die als separator fungeert. Opgemerkt moet worden dat deze scheidingslaag in water of vochtig moet worden gedrenkt. Het doel is om de vereiste OH-negatieve ionen te leveren voor de chemische reactie. Boven de scheidingslaag wordt cadmium geplaatst. De cadmiumlaag fungeert als anode voor de nikkel-cadmiumbatterij. De nikkel-cadmium batterij diagram wordt hieronder weergegeven.
Nikkel-cadmium-batterijdiagram
Zoals weergegeven in het diagram, fungeert het nikkel als een positieve elektrode verzamelaar en de cadmiumlaag fungeert als een negatieve laagcollector. De scheidingslaag tussen de twee lagen is gemaakt van KOH of NaOH. Het doel is om OH-ionen te leveren. Afgezien hiervan bestaat het ook uit een veiligheidsklep, afdichtplaat, isolatiering, isolatiedichting en een omdoos.
Het doel van de isolatiering is om te zorgen voor isolatie tussen de twee lagen. De isolatorpakking is de plaats waar de isolatiering in de buurt wordt gehouden. De separatorlaag is met deze ring verbonden. De buitenste behuizing is bedoeld om de binnenste lagen te beschermen tegen externe factoren zoals beschadiging en verkeerd gebruik van de batterij. Opgemerkt moet worden dat het werken met de batterij altijd gevaarlijk is vanwege chemische reacties die plaatsvinden in het beslag.
De behuizing van de batterij wordt nooit geopend, omdat alle lagen blootliggen en de gebruiker letsel kan oplopen. Evenzo wordt het aanbevolen om de batterij uit het apparaat te verwijderen wanneer deze niet wordt gebruikt.
Vergelijkingen van nikkel-cadmiumbatterijen
De chemische vergelijkingen die de chemische reactie vertegenwoordigen, kunnen worden gegeven als
De eerste vergelijking geeft de reactie weer tussen de kathodelaag nikkel en de scheider. Het geeft een output van nikkeloxide OH-ionen. De behoefte aan de scheidingslaag zoals eerder vermeld, is het leveren van de OH-ionen die nodig zijn voor de chemische reactie. Voor het leveren van H20 wordt de scheidingslaag voor de eerste reactie met water doordrenkt. Later wordt H2O verkregen als een van de bijproducten.
Aan de anodezijde wordt de cadmiumlaag ook gecombineerd met OH-ionen die uit de scheidingslaag worden gewonnen. Dit resulteert in cadmiumoxide en elektronen. Opgemerkt kan worden dat de elektronen in beide vergelijkingen worden geannuleerd. Ook worden OH-ionen geannuleerd. De herinneringsvergelijking wordt gegeven door de derde vergelijking, waarbij nikkel wordt gecombineerd met cadmium en water. Het resulteert in nikkeloxide en cadmiumoxide.
Nikkel-cadmium batterij temperatuurbereik
Het temperatuurbereik voor een nikkelbatterij is 0 tot 45 graden Celsius tijdens het opladen en -20 tot 65 graden Celsius tijdens het ontladen. Buiten dit temperatuurbereik werkt de batterij niet en is er zelfs kans op explosie.
Giftigheid van nikkel-cadmiumbatterijen
Nikkel-cadmiumbatterijen zijn zeer giftig voor het menselijk lichaam. Cadmium is een zwaar metaal dat verschillende risico's voor het menselijk lichaam met zich meebrengt. Cadmium heeft zelfs een fysiologisch effect op het systeem. De gemiddelde aanwezigheid van cadmium in het menselijk lichaam is ongeveer 1 microgram per liter. Het heeft een direct effect op het spijsverteringsstelsel. Evenzo is nikkel ook giftig voor de menselijke luchtwegen.
Nikkel-cadmium accuspanning
Over het algemeen zou elke spanning voor een nikkel-cadmium-batterij ongeveer 1,2 V zijn. Het aantal cellen is in serie of parallel geschakeld om de vereiste spanning te krijgen. Afgezien van de spanning, is zijn specifieke energie ongeveer 50-60 Wh per kg. Dit is matig hoog dan nikkel-ijzer, maar relatief minder dan nikkel-zink- en nikkel-metaalhydride-batterijen.
Het specifieke vermogen is 200 W per kg. Dit is matig hoog dan nikkel-ijzer, maar relatief minder dan nikkel-zink- en nikkel-metaalhydridebatterijen. Voor nikkel-metaalbatterijen is dit ongeveer 170-1000. Voor nikkel-ijzerbatterijen is dat ongeveer 100. De energie-efficiëntie is ongeveer 70-75%. Dit is matig hoog dan nikkel-ijzer, maar relatief minder dan nikkel-zink- en nikkel-metaalhydridebatterijen. Voor nikkel-metaalbatterijen is dit ongeveer 70-80%. Voor nikkel-ijzerbatterijen is dit ongeveer 60-70%.
Constructie van nikkel-cadmiumbatterij
Constructief gezien is de nikkel-cadmiumbatterij hetzelfde als loodzuurbatterijen. Het bestaat uit drie fundamentele lagen. De eerste is een nikkellaag, dan de scheidingslaag en de cadmiumlaag. Het nikkel werkt als een positieve elektrodecollector en de cadmiumlaag als een negatieve laagcollector.
De scheidingslaag tussen de twee lagen is gemaakt van KOH of NaOH. Het doel is om OH-ionen te leveren. Afgezien hiervan bestaat het ook uit een veiligheidsklep, afdichtplaat, isolatiering, isolatiedichting en een omdoos. Het doel van de isolatiering is om te zorgen voor isolatie tussen de twee lagen. De isolatorpakking is de plaats waar de isolatiering in de buurt wordt gehouden. De separatorlaag is met deze ring verbonden.
De buitenste behuizing is bedoeld om de binnenste lagen te beschermen tegen externe factoren zoals beschadiging en verkeerd gebruik van de batterij. Opgemerkt moet worden dat het werken met de batterij altijd gevaarlijk is vanwege chemische reacties die plaatsvinden in het beslag. De lagen vormen samen met de scheidingslaag de vereiste chemische reactie en vormen het potentiaalverschil.
Nikkel-cadmiumbatterij werkt
De werking van de nikkel-cadmium-batterij is gebaseerd op de chemische reactie die plaatsvindt tussen de lagen. De batterij die een bron van gelijkspanning is, bestaat uit twee poorten, d.w.z. anode en kathode. Bij het maken van de batterij wordt eerst de cadmiumlaag op de redox gehouden. De cadmiumlaag fungeert als de kathode-aansluiting. Cadmium is een van de zware materialen en heeft goede geleidende eigenschappen. Boven de cadmiumlaag worden separatorlagen gehouden.
Het doel van de scheidingslaag is om de vereiste OH-ionen voor de chemische reactie De OH-ionen zijn nodig voor de reactie tussen de kathodelaag nikkel en de scheider. Het geeft een output van nikkeloxide OH-ionen. De behoefte aan de scheidingslaag zoals eerder vermeld, is het leveren van de OH-ionen die nodig zijn voor de chemische reactie. Voor het leveren van H20 wordt de scheidingslaag voor de eerste reactie met water doordrenkt.
Later wordt H2O verkregen als een van de bijproducten. Aan de anodezijde wordt de cadmiumlaag ook gecombineerd met OH-ionen die uit de scheidingslaag worden gewonnen. Dit resulteert in cadmiumoxide en elektronen. Opgemerkt kan worden dat de elektronen in beide vergelijkingen worden geannuleerd. Ook worden OH-ionen geannuleerd. De herinneringsvergelijking wordt gegeven door de derde vergelijking, waarbij nikkel wordt gecombineerd met cadmium en water. Het resulteert in nikkeloxide en cadmiumoxide. De chemische reactie wordt gevolgd door de stroom van elektronen die het potentiaalverschil over twee terminals veroorzaakt.
Nikkel-cadmium-batterijtypen
De classificatie van nikkel-cadmiumbatterijen wordt alleen gedaan op basis van grootte en beschikbare spanning. Afhankelijk van de grootte kan het de grootte AAA, AA, A, Cs, C, D of F hebben. Al deze maten hebben verschillende uitgangsspanningsspecificaties. Sommige zijn cilindrisch buisvormig en sommige bevinden zich in een rechthoekige doosvormige buitenbehuizing.
Voor-en nadelen
De voordelen van nikkel-cadmiumbatterij zijn
- Levert een hoge stroomuitvoer
- Het tolereert overladen
- Hij is bestand tegen maximaal 500 oplaadcycli
De nadelen van een nikkel-cadmiumbatterij zijn
- Cadmium is geen milieuvriendelijk materiaal
- Minder tolerantie voor temperatuur in vergelijking met andere batterijen.
Nikkel-cadmium-batterijtoepassingen
Het heeft verschillende toepassingen zoals speelgoed, kleine DC-motoren, rekenmachines, ventilatoren, computers, enz.
Daarom hebben we de toepassingen, werking en details van nikkel-cadmium-batterij Het moet worden gezien wat andere materialen zijn die kunnen worden gecombineerd met nikkel, aangezien cadmium gevaarlijke effecten heeft.
