แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าสำรองที่คิดค้นโดยวอลด์มาร์ จุงเนอร์ ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ในประเทศสวีเดน อุปกรณ์ดังกล่าวประกอบด้วยตัวเรือน ขั้วไฟฟ้าสองขั้ว ได้แก่ แอโนดและแคโทด แผ่นกั้น และสารละลายอิเล็กโทรไลต์ แบตเตอรี่ชนิดนี้แตกต่างจากแบตเตอรี่ชนิดอื่นตรงที่วัสดุที่ใช้ทำขั้วไฟฟ้าและสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ความแตกต่างเหล่านี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณลักษณะทางเทคนิคของแบตเตอรี่
หลักการออกแบบและการทำงาน
แบตเตอรี่นิกเกล-แคดเมียม (NiCd) ทำงานโดยอาศัยหลักการแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาผันกลับได้ของนิกเกลไฮดรอกไซด์ (NiOOH), แคดเมียม (Cd) และน้ำ (H₂O)2O) ส่งผลให้เกิดนิกเกิลไฮดรอกไซด์ Ni(OH) ขึ้น2 และ Cd(OH)2ปรากฏ เอ็มเอฟ.
ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในแบตเตอรี่:
ระหว่างการชาร์จ: 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2 → 2NiOOH + Cd + 2H2โอ
ระหว่างการคายประจุ: 2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2
แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมผลิตขึ้นในตัวเรือนโลหะที่หนาแน่น ภายในมีแผ่นกั้นคั่นระหว่างขั้วไฟฟ้าของนิกเกิลและแคดเมียม และใช้สารละลายด่าง (โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์) เป็นอิเล็กโทรไลต์ ขั้วบวกเป็นแผ่นฟอยล์หรือตาข่ายลวดเหล็กเคลือบด้วยส่วนผสมของนิกเกิลไฮดรอกไซด์และวัสดุตัวนำ ส่วนขั้วลบก็เป็นตาข่ายเหล็กหรือแผ่นฟอยล์เช่นกัน โดยมีโลหะแคดเมียมแบบฟองน้ำอัดอยู่ภายในเซลล์
พันธุ์ต่างๆ
แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียม ตามลักษณะของพวกมันแล้ว พวกมันคือ:
- แบบทรงกระบอกนั้นได้รับชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า "แบงค์"
- แบน - แผ่นดิสก์หรือ "แท็บเล็ต"
ขนาดทรงกระบอกประกอบด้วยประเภทมาตรฐานพื้นฐานหลายประเภท:
| การกำหนด | เส้นผ่านศูนย์กลาง (มิลลิเมตร) | ความยาว (มิลลิเมตร) | น้ำหนัก (กรัม) |
| เอ | 17 | 50 | 32 |
| เอเอ | 14.2 | 50 | 21 |
| แอลเอ | 10.5 | 44.5 | 10 |
| 1/2 SC | 23 | 26 | 30 |
| SC (ย่อย C) | 23 | 43 | 52 |
| ซี | 26 | 46 | 72 |
| ดี | 33 | 58 | 105-145 |
| เอฟ | 33 | 91 | 231 |
| SF (ซูเปอร์เอฟ) | 41.4 | 89.1 | 393 |
แบตเตอรี่แบบแผ่นกลมหรือ "แท็บเล็ต" เคยได้รับความนิยมอย่างมากในประเทศต่างๆ ในอดีต สหภาพโซเวียตสารแคดเมียมสมัยใหม่ที่เทียบเคียงได้กับ "เม็ดแคดเมียม" ของโซเวียต ถูกนำมาใช้ในนาฬิกาและแฟลชถ่ายรูป เครื่องช่วยฟังกล้องถ่ายรูป ไฟฉาย
ลักษณะเฉพาะ
- แรงดันไฟฟ้าปกติขององค์ประกอบหนึ่งคือ 1.2 โวลต์
- ช่วงอุณหภูมิการทำงาน: ตั้งแต่ +40 ถึง -50 องศาเซลเซียสโอกับ.
- โดยทั่วไปแล้ว แบตเตอรี่สามารถชาร์จและคายประจุได้เต็มรอบตั้งแต่ 100 ถึง 1000 รอบ ส่วนรุ่นใหม่ที่ได้รับการปรับปรุงแล้วสามารถใช้งานได้ถึง 2000 รอบ
- อัตราการออกจากโรงพยาบาลเองโดยไม่แจ้งล่วงหน้าอยู่ที่ประมาณ 10% ต่อเดือน
ข้อดี
แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมมีข้อดีหลายประการเหนือแบตเตอรี่ชนิดอื่น:
- สามารถใช้งานได้ในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง
- ชาร์จเร็วและแบตเตอรี่หมดช้า
- สามารถใช้งานได้ภายใต้สภาวะอุตสาหกรรมที่รุนแรง (ทนต่อแรงกระแทก แรงปะทะ แรงกดสูง ฝุ่นละอองปริมาณมาก และอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง)
- สามารถชาร์จและคายประจุได้หลายรอบ – 1000 รอบขึ้นไป
- อายุการใช้งานยาวนาน - สูงสุดถึง 10 ปี
- เก็บรักษาได้นาน แม้ว่าจะไม่ได้ชาร์จไฟ – ประมาณ 5 ปี
- ต้นทุนค่อนข้างต่ำ
ข้อบกพร่อง
ข้อเสียได้แก่:
- ปรากฏการณ์เมมโมรี่เอฟเฟกต์ คือการสูญเสียความจุเมื่อชาร์จแบตเตอรี่แคดเมียมที่ยังไม่หมดประจุจนหมด
- เนื่องจากสารประกอบภายในมีพิษ จึงต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านความปลอดภัยทางสิ่งแวดล้อมในระหว่างการกำจัด
- การคายประจุเอง - หลังจากเก็บรักษาไว้หนึ่งปี แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมที่ชาร์จเต็มแล้วจะคายประจุจนหมด
- กระบวนการฟื้นฟูแบตเตอรี่หลังจากเก็บรักษาเป็นเวลานานต้องใช้รอบการชาร์จและการคายประจุหลายรอบ
- แรงดันไฟฟ้าต่ำสุดของเซลล์เดี่ยวคือ 1.2 โวลต์ เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขาออกของแบตเตอรี่ จึงต้องต่อเซลล์หลายๆ เซลล์แบบอนุกรม
แอปพลิเคชัน
แบตเตอรี่แคดเมียม เนื่องจากคุณสมบัติของมัน จึงถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์ที่ใช้กระแสไฟฟ้าสูงและมีภาระการทำงานสูง:
- การขนส่งทางน้ำและทางทะเล
- การขนส่งทางอากาศ - เครื่องบิน เฮลิคอปเตอร์
- ระบบขนส่งทางบกด้วยไฟฟ้า - รถราง, รถโดยสารไฟฟ้า
- อุปกรณ์ทางทหาร
- การผลิตเชิงอุตสาหกรรม - รถยนต์ไฟฟ้า
- เครื่องมือไฟฟ้า - สว่าน, ไขควง
- เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน - เครื่องโกนหนวดไฟฟ้า, ไฟฉาย
- วิศวกรรมวิทยุ – ระบบสื่อสารพกพา, ของเล่นควบคุมด้วยวิทยุ
สรุปและข้อเสนอแนะ
- แบตเตอรี่ Ni-CD ไม่เกิดความร้อนขณะใช้งาน เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีภายในเป็นแบบดูดความร้อน ซึ่งหมายความว่าความร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกดูดซับ คุณสมบัตินี้ช่วยลดความเสี่ยงต่อการเกิดความร้อนสูงเกินไปและยืดอายุการใช้งาน
- การมีตัวเรือนที่ปิดสนิทและสามารถทนต่ออิทธิพลภายนอกที่รุนแรงได้ (การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดัน การทำลายทางเคมี) ทำให้แบตเตอรี่นิกเกิล-แคดเมียมทนต่อการลุกไหม้เองได้
- ในโรงงานอุตสาหกรรม แบตเตอรี่แคดเมียมยังคงใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือเป็นเวลา 10-20 ปี แม้จะมีแบตเตอรี่รุ่นใหม่ที่ทันสมัยกว่าออกมาแล้วก็ตาม ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่
เพื่อให้แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น จำเป็นต้องชาร์จแบตเตอรี่อย่างถูกวิธี:
- เพื่อให้ได้คุณภาพการชาร์จที่ดี คุณต้องใช้เครื่องชาร์จพิเศษ (ZU)
- ไม่แนะนำให้ชาร์จแบตเตอรี่ที่ยังไม่หมดประจุสนิท เพราะจะทำให้เกิดการตกผลึก พื้นที่ผิวของสารจะลดลง และ... ความจุ.
- การชาร์จไฟซ้ำๆ อย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นผลมาจากความร้อนสูงเกินไปและการลดลงของปริมาณน้ำในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ จะนำไปสู่การทำลายขั้วไฟฟ้าและแผ่นกั้น
- การชาร์จไฟไม่เพียงพอจะทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ NiCd สั้นลง
- เพื่อขจัด “ผลกระทบจากหน่วยความจำ” ความจุของแบตเตอรี่จะต้องได้รับการฟื้นฟูโดยการทำการชาร์จและคายประจุหลายรอบ
- ควรดำเนินการชาร์จที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส จะได้ผลดีที่สุดโอกับ.
