Domů
Akumulace energie
Technicky historické okénko: Ni-Cd baterie
Zdroj: LordOider / Creative Commons / CC-Zero

Technicky historické okénko: Ni-Cd baterie

Nikl-kadmiové baterie představují jeden z nejstarších typů sekundárních elektrochemických článků, které lze nabíjet. První na trh přišly olověné baterie a po nich baterie na bázi niklu. V tomto článku se podíváme na historii a klíčové vlastnosti Ni-Cd baterií.

Historie

Nikl-kadmiové články byly vynalezeny v roce 1899 Walemarem Jungnerem, vývojově jsou tedy o něco mladší než olověné baterie, které byly vynalezeny v roce 1890 Gastonem Planté. Ni-Cd baterie nabízely několik výhod oproti olověným bateriím, ale jejich cena byla velmi vysoká.

Zprvu byl vývoj pomalý a v roce 1932 byly učiněny pokroky, které spočívaly v uchycení aktivní hmoty elektrody v poniklované pórovité elektrodě. Zásadní vývoj pak nastal v roce 1947 kdy se podařilo vytvořit technologii na rekombinaci plynů vznikajících při nabíjení. To položilo základy Ni-Cd článků s vázaným elektrolytem, které byly plně hermeticky zapouzdřené.

V této podobě je zná asi většina běžných uživatelů, která nepřišla do styku se staničními a trakčními typy, které jsou zpravidla zaplavené a odvětrávané. Postupem času přišly na trh varianty se zvýšenou měrnou kapacitou, avšak ty už neměly tak vysokou míru odolnosti. Zvýšená kapacita měla za následek vyšší vnitřní odpor a nižší cyklickou odolnost.

Hlavní parametry

  • Jmenovité napětí: 1,2 V
  • Gravimetrická hustota energie: 40 – 60 Wh/kg
  • Objemová energetická hustota: 50 – 150 Wh/l
  • Měrný výkon: zhruba 150 W/kg (trvale)

Výhody

  • Robustní a zvládnutá technologie
  • Vysoký výkon, vysoké proudy
  • Široký rozsah podmínek a pracovních teplot (nabíjení v mrazu)
  • Vysoká míra bezpečnosti
  • Výborná cyklická odolnost

Nevýhody

  • Drahé
  • Toxicita použitých materiálů
  • Nutnost pravidelné údržby – pravidelné úplné vybíjení
  • Nižší účinnost nabíjení/vybíjení oproti Li-ion
  • Paměťový efekt
  • Vysoké samovybíjení
  • Napětí pouze 1,2 V

Konstrukce

Kladná elektroda je na bázi niklu, při vybíjení se mění z oxidu-hydoxidu niklitého na hydroxid nikelnatý. Záporná elektroda je tvořena kadmiem, které se při vybíjení mění z kadmia na hydroxid kademnatý. Elektrolyt je zásaditý, zpravidla vodný roztok KOH.

Použití

Nabíjení

Nabíjení probíhá standardně konstantním proudem, který u pomalého nabíjení probíhá proudem 0,1 C po dobu 14-16 hodin. To vede k tomu, že část energie je přeměněna na teplo, je však zajištěno, že baterie dojde až do stavu plného nabití. Pomalým nabíjením lze Ni-Cd nabíjet i pod bodem mrazu. Rychlé nabíjení u Ni-Cd není problém, životnost není výrazně zkracována.

Konec nabíjení je nutné vyhodnotit několika způsoby. Nejčastěji je sledován pokles napětí při konstantním proudu, to lze vyhodnotit a nabíjení včas ukončit. U Ni-Cd je tato hranice považována za -10 mV na článek. Pozor u Ni-MH je to pouze 5 mV na článek, nelze nabíjet baterie Ni-MH v nabíječkách určených pro Ni-Cd. Další variantou, jak vyhodnotit konec nabíjení, je vzrůst teploty článku - pokud je vyšší než 1 °C za minutu, tak je baterie nabitá.

Aby byla zajištěna dobrá přesnost výše zmíněných metod, nabíjecí proud musí být alespoň 0,3 -0,5 C. Nabíjení konstantním napětím není příliš vhodné, používá se napětí 1,43 V na článek. Pro trvalé nabití jsou vyráběny články, které jsou odolné vůči tomuto režimu použití, například pro elektrické osvětlení nouzových východů ve veřejných budovách a podobně.

Vybíjení a údržba

Ukončovací napětí je zpravidla 0,8-0,9 V na článek. Ni-Cd baterie lze zpravidla vybíjet velkými proudy. Jednotlivý článek lze malým proudem vybít až do hodnoty 0 V. Pokud je článek vybíjen v sérii i nadále, tak hrozí přepólování a zničení.

Pravidelně je potřeba Ni-Cd články vybíjet, aby se zamezilo paměťovému efektu, který omezuje dostupnou kapacitu. Ten souvisí s růstem velkých krystalů aktivní hmoty, které mají malou reaktivní plochu, a při vybíjení tedy skokově vzroste vnitřní odpor. Při úplném vybití jsou krystaly rozpuštěny a při nabíjení vzniknou nové, které jsou malé a jejich plocha je velká.

Skladování

Lze provádět v jakémkoli stavu nabití, je nutné se vyvarovat extrémním teplotám. Díky samovybíjení může dojít k samovolnému vybití baterie na nízké hodnoty napětí, to je normální. Po skladování je nutné několikrát nabít a vybít baterii, aby se obnovila struktura aktivních hmot a baterie se zformovala.

Aplikace

Nikl-kadmiové baterie představují robustní a prověřenou technologii, která nabízí středně vysokou energetickou hustotu, ale hlavně vysoký měrný výkon. Díky vysoké spolehlivosti a menší měrné hmotnosti oproti olověným akumulátorům stále nachází použití v letecké technice. Často byly také využívány pro použití v ponorkách, drážní technice, medicínské technice, v zálohovacích zdrojích energie, akumulátorovém nářadí, námořní technice a podobně. Dnes se samozřejmě spousta aplikací osazuje bateriemi na bázi Li-ion, ty však donedávna představovaly méně robustní technologii.

S ohledem na obsah toxického kadmia je nutné dbát na recyklaci a zásady ochrany životního prostředí. To je ostatně také jeden z důvodů, proč se použití Ni-Cd baterií omezuje. I přes toxicitu a relativně nízkou hustotu energie zde existují aplikace, kde je zatím efektivně nahradit nelze.

Komentáře

(0)

Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna u komentáře
Vyžadované informace jsou označeny *
Pravidla diskuze
Veškeré příspěvky v diskuzi na webu oEnergetice.cz musí splňovat Pravidla diskuze. Přidáním příspěvku do diskuse uživatel vyjadřuje souhlas s těmito pravidly a zavazuje se je dodržovat.
Komentáře pouze pro přihlášené uživatele
Upozorňujeme diskutující, že komentáře v diskuzi budou moci přidávat již brzy pouze přihlášení uživatelé. V diskuzi se stále častěji objevují příspěvky od anonymních uživatelů, které porušují pravidla diskuze. Věříme, že díky tomuto opatření bude diskuze pod články pro všechny přínosnější.
Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj na této stránce.
V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.
OM Solutions s.r.o.
Kpt. Nálepky 620/7, Nové Dvory, 674 01
Třebíč
IČ: 02682516
© 2021 oEnergetice.cz All Rights Reserved.