Nikkel-kadmiumbatteri er en kilde for likestrøm. På grunn av dets egenskaper og fordeler tar det over bly syre -baserte batterier og stadig større popularitet i nyere tid. Den er liten, kompakt, lett å reise fra et sted til et annet. Generelt bruk av dette batteriet er leker, kalkulatorer, små DC-motorer osv. Prinsipielt er det det samme som blyakkumulatorbaserte batterier. Et metall rulles med kadmium og separatorlag og holdes i redoks slik at den kjemiske reaksjonen produserer DC-spenningen. Batterier har vært populære i lang tid, og i et forsøk på å øke effektiviteten til batteriet blir stadig flere kjemiske elementer brukt. Dette gjør konstruksjonen kompakt.
Hva er et nikkel-kadmium batteri?
Det er en enhet som produserer DC-spenning basert på den kjemiske reaksjonen mellom de involverte stoffene. I et nikkel-kadmiumbatteri brukes redoks-materialet som en base, og rundt det brukes laget av nikkel og en separator. Nikkel-kadmium-cellespenningen er rundt 1,2 V. Når den er koblet i serie, pakkes vanligvis 3 til 4 celler sammen for å få en effekt på 3,6 til 4,8 V
Design av nikkel-kadmiumbatteri
Teori om nikkel-kadmiumbatteri
Driftsprinsippet til et nikkel-kadmiumbatteri er det samme som andre batterier. For å forbedre effektiviteten brukes nikkel og kadmium. Et batteri er kilden til DC-spenning, derfor må det bestå av to potensielle punkter, dvs. positive og negative eller også kalt anode og katode. I et nikkel-kadmiumbatteri holdes først et lag med nikkeloksid NiO2 rundt redoksen.
Dette laget av nikkeloksid fungerer som et katodelag. Over nikkeloksydlaget holdes et lag med KaOH, som fungerer som en separator. Det må bemerkes at dette skillelaget må være gjennomvåt i vann eller fuktig. Hensikten er å gi nødvendige OH-negative ioner for den kjemiske reaksjonen. Over skillelaget er kadmium plassert. Kadmiumlaget fungerer som anoden for nikkel-kadmiumbatteriet. De nikkel-kadmium batteridiagram er vist nedenfor.
Diagram over nikkel-kadmiumbatteri
Som vist, i diagrammet, fungerer nikkel som en positiv elektrode samler og kadmiumlaget fungerer som en negativ lagoppsamler. Separatorlaget mellom de to lagene består av KOH eller NaOH. Hensikten er å gi OH-ioner. Bortsett fra disse består den også av en sikkerhetsventil, tetningsplate, isolasjonsring, isolasjonspakning og en ytre kasse.
Hensikten med isolatorringen er å gi isolasjon mellom de to lagene. Isolatorpakningen er stedet der isolasjonsringen holdes i nærheten. Separatorlaget er koblet til denne ringen. Det ytre tilfellet er å beskytte de indre lagene mot ytre faktorer som skader og feil håndtering av batteriet. Det må bemerkes at det på grunn av kjemiske reaksjoner som foregår i røren, alltid er farlig å jobbe med batteriet.
Etuiet til batteriet åpnes aldri, da alle lagene er utsatt og det kan skade personen som bruker. Når det ikke er i bruk, anbefales det å ta batteriet ut av enheten.
Nikkelkadmiumbatteriligning
De kjemiske ligningene som representerer den kjemiske reaksjonen kan gis som
Den første ligningen representerer reaksjonen mellom katodelaget nikkel og separatoren. Det gir en produksjon av nikkeloksid OH-ioner. Behovet for skillelaget som nevnt tidligere er å tilveiebringe OH-ionene som kreves for den kjemiske reaksjonen. For tilførsel av H20 blir separatorlaget fuktet med vann for den første reaksjonen. Senere H2O oppnås som et av biproduktene.
På anodesiden er kadmiumlaget også kombinert med OH-ioner som oppnås fra skillelaget. Dette resulterer i kadmiumoksid og elektroner. Det kan bemerkes at elektronene i begge ligningene blir kansellert. Også OH-ioner blir kansellert. Påminnelsesligningen er gitt av den tredje ligningen, der nikkel kombineres med kadmium og vann. Det resulterer i nikkeloksid og kadmiumoksid.
Nikkel-kadmium batteri temperaturområde
Temperaturområdet for nikkelbatteri er 0 til 45 grader Celsius under lading og -20 til 65 Celsius under utlading. Utover dette temperaturområdet fungerer ikke batteriet, og til og med eksplosjonsfare.
Giftighet for nikkel-kadmiumbatteri
Nikkel-kadmiumbatteri er veldig giftig for menneskekroppen. Kadmium er et tungmetall som utgjør flere risikoer for menneskekroppen. Kadmium har til og med en fysiologisk effekt på systemet. Den gjennomsnittlige tilstedeværelsen av kadmium i menneskekroppen er omtrent 1 mikrogram per liter. Det har en direkte effekt på fordøyelsessystemet. På samme måte er nikkel også giftig for menneskets luftveier.
Nikkel-kadmium batterispenning
Generelt vil hver spenning for et nikkel-kadmiumbatteri være omtrent 1,2 V. Antall celler er koblet i serie eller parallelt for å få den nødvendige spenningen. Bortsett fra spenningen, er dens spesifikke energi rundt 50-60 Wh per kg. Dette er moderat høyt som nikkel-jern, men relativt mindre enn nikkel-sink og nikkel-metallhydridbatterier.
Den spesifikke effekten er 200 W per kg. Dette er moderat høyt enn nikkel-jern, men relativt mindre enn nikkel-sink og nikkel-metallhydridbatterier. For nikkelmetallbatterier er det rundt 170-1000. For nikkel-jernbatterier er den rundt 100. Energieffektiviteten er rundt 70-75%. Dette er moderat høyt enn nikkel-jern, men relativt mindre enn nikkel-sink og nikkel-metallhydridbatterier. For nikkelmetallbatterier er det rundt 70-80%. For nikkel-jernbatterier er det rundt 60-70%.
Bygging av nikkel-kadmiumbatteri
Byggemessig er nikkel-kadmiumbatteriet det samme som blybaserte batterier. Den består av tre grunnleggende lag. Den første er et nikkellag, deretter skillelaget og kadmiumlaget. Nikkel fungerer som en positiv elektrodesamler og kadmiumlaget fungerer som en negativ lagssamler.
Separatorlaget mellom de to lagene består av KOH eller NaOH. Hensikten er å gi OH-ioner. Bortsett fra disse består den også av en sikkerhetsventil, tetningsplate, isolasjonsring, isolasjonspakning og en ytre kasse. Hensikten med isolatorringen er å gi isolasjon mellom de to lagene. Isolatorpakningen er stedet der isolasjonsringen holdes i nærheten. Separatorlaget er koblet til denne ringen.
Det ytre tilfellet er å beskytte de indre lagene mot ytre faktorer som skader og feil håndtering av batteriet. Det må bemerkes at det på grunn av kjemiske reaksjoner som foregår i røren, alltid er farlig å jobbe med batteriet. Lagene sammen med skillelaget danner den nødvendige kjemiske reaksjonen og danner potensialforskjellen.
Nikkelkadmiumbatteri fungerer
Arbeidet til nikkel-kadmiumbatteriet er basert på den kjemiske reaksjonen som foregår mellom lagene. Batteriet som er en kilde for likestrøm består av to porter, dvs. anode og katode. Mens du lager batteriet, holdes kadmiumlaget først på redoxen. Kadmiumlaget fungerer som katodeterminal. Kadmium er et av tungt materiale og har gode ledende egenskaper. Over kadmiumlaget holdes skillelag.
Formålet med skillelaget er å tilveiebringe nødvendige OH-ioner for kjemisk reaksjon . OH-ionene er nødvendige for reaksjonen mellom katodelaget nikkel og separatoren. Det gir en produksjon av nikkeloksid OH-ioner. Behovet for skillelaget som nevnt tidligere er å tilveiebringe OH-ionene som kreves for den kjemiske reaksjonen. For tilførsel av H20 blir separatorlaget fuktet med vann for den første reaksjonen.
Senere H2O oppnås som et av biproduktene. På anodesiden er kadmiumlaget også kombinert med OH-ioner som oppnås fra skillelaget. Dette resulterer i kadmiumoksid og elektroner. Det kan bemerkes at elektronene i begge ligningene blir kansellert. Også OH-ioner blir kansellert. Påminnelsesligningen er gitt av den tredje ligningen, der nikkel kombineres med kadmium og vann. Det resulterer i nikkeloksid og kadmiumoksid. Den kjemiske reaksjonen blir fulgt av strømmen av elektroner som forårsaker potensialforskjellen over to terminaler.
Nikkelkadmium batterityper
Klassifisering av nikkel-kadmiumbatteri gjøres bare basert på størrelse og tilgjengelig spenning. Basert på størrelse kan den være av størrelse AAA, AA, A, Cs, C, D eller F. Alle disse størrelsene kommer med forskjellige spesifikasjoner for utgangsspenning. Noen av dem er sylindriske rørformede, og andre er i en rektangulær eskeformet ytterkasse.
Fordeler og ulemper
Fordelene med nikkelkadmiumbatteri er
- Leverer høy strømutgang
- Det tåler overlading
- Den tåler opptil 500 sykluser med lading
Ulempene med nikkelkadmiumbatteri er
- Kadmium er ikke et miljøvennlig materiale
- Mindre toleranse mot temperatur sammenlignet med andre batterier.
Applikasjoner for nikkelkadmiumbatteri
Den har forskjellige applikasjoner som leker, små DC-motorer, kalkulatorer, vifter, datamaskiner osv.
Derfor har vi sett applikasjoner, arbeid og detaljer om nikkel-kadmiumbatteri . Det er å se hva som er annet materiale som kan kombineres med nikkel siden kadmium har farlige effekter.
