Batterie o batterie al nichel-cadmio

Le batterie al nichel-cadmio sono fonti secondarie di energia elettrica inventate da Waldmar Jungner. In Svezia, alla fine del XIX secolo, il dispositivo era costituito da un involucro, due elettrodi (anodo e catodo), un separatore e un elettrolita. Si differenziava dalle altre batterie per il materiale utilizzato per realizzare gli elettrodi e la soluzione elettrolitica. Queste differenze influivano in modo significativo sulle caratteristiche tecniche della batteria.

Progettazione e principio di funzionamento

Le batterie al nichel-cadmio (NiCd) funzionano secondo il principio di conversione dell'energia chimica in energia elettrica attraverso reazioni reversibili di idrossido di nichel (NiOOH), cadmio (Cd), acqua (H₂O). Di conseguenza si forma l'idrossido di nichel Ni(OH).₂ e Cd(OH)₂, appare campi elettromagnetici.

Reazioni chimiche che avvengono in una batteria:

Durante la carica: 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂ → 2NiOOH + Cd + 2H₂O

Durante la scarica: 2NiOOH + Cd + 2H₂O → 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂

Le batterie al nichel-cadmio sono prodotte in un involucro metallico compatto, all'interno del quale gli elettrodi di nichel e cadmio sono separati da un separatore e una soluzione alcalina (idrossido di potassio) funge da elettrolita. L'anodo è una lamina o una rete metallica d'acciaio rivestita con una miscela di idrossido di nichel e un materiale conduttivo. Il catodo è anch'esso una lamina o una rete d'acciaio, con metallo spugnoso di cadmio pressato all'interno delle celle.

Varietà

Batterie al nichel-cadmio secondo la loro forma sono:

1. Quelli cilindrici ricevettero un secondo nome: "banche".
2. Piatto - disco o "tablet"

La gamma di dimensioni cilindriche è composta da diversi tipi standard di base:

Designazione	Diametro, mm	Lunghezza, mm	Peso, g
UN	17	50	32
AA	14.2	50	21
AAA	10.5	44,5	10
1/2 SC	23	26	30
SC (sub C)	23	43	52
C	26	46	72
D	33	58	105-145
F	33	91	231
SF (super F)	41.4	89.1	393

 

Le batterie a disco o "compresse" erano molto popolari nei paesi dell'ex URSSGli analoghi moderni al cadmio delle "tavolette" sovietiche vengono utilizzati negli orologi, nei flash fotografici, apparecchi acustici, macchine fotografiche, torce elettriche.

Caratteristiche

1. La tensione nominale di un elemento è 1,2 V.
2. Intervallo di temperatura di funzionamento: da +40 a -50^OCON.
3. La possibilità di carica-scarica completa è compresa tra 100 e 1000, i modelli moderni migliorati raggiungono i 2000 cicli.
4. Il tasso di autoscarica è di circa il 10% al mese.

Vantaggi

Le batterie al nichel-cadmio presentano numerosi vantaggi rispetto alle altre:

• Possibilità di funzionamento a temperature sotto lo zero.
• Velocità di ricarica elevata e scarica lenta della batteria.
• Funzionamento in condizioni industriali estreme (resistenza agli urti, agli impatti, ai carichi elevati, all'aumento della polvere, alle temperature sotto lo zero).
• Cicli di carica-scarica multipli: 1000 o più.
• Lunga durata utile: fino a 10 anni.
• Lunga durata di conservazione, anche se scarica: circa 5 anni.
• Costo relativamente basso.

Screpolatura

Gli svantaggi includono:

• L'effetto memoria è la perdita di capacità che si verifica quando si carica una batteria al cadmio non completamente scarica.
• La tossicità del contenuto interno rende necessario il rispetto delle norme di sicurezza ambientale durante lo smaltimento.
• Autoscarica: dopo un anno di conservazione, una batteria al nichel-cadmio completamente carica sarà completamente scarica.
• Il processo di recupero della batteria dopo un lungo periodo di inutilizzo richiede diversi cicli completi di carica-scarica.
• La bassa tensione di una singola cella è di 1,2 V. Per aumentare la tensione di uscita della batteria, più celle vengono collegate in serie.

Applicazione

Batterie al cadmio, Per le loro caratteristiche vengono impiegati in dispositivi con elevato consumo di corrente e carichi operativi elevati:

• Trasporto fluviale e marittimo.
• Trasporto aereo: aerei, elicotteri.
• Trasporto elettrico terrestre: tram, filobus.
• Equipaggiamento militare.
• Produzione industriale - auto elettriche.
• Utensili elettrici: trapani, cacciaviti.
• Elettrodomestici: rasoi elettrici, torce elettriche.
• Ingegneria radiofonica: citofoni portatili, giocattoli radiocomandati.

Conclusioni, raccomandazioni

• Le batterie Ni-CD non si surriscaldano durante il funzionamento perché le reazioni chimiche al loro interno sono endotermiche, ovvero il calore generato viene assorbito. Questa proprietà riduce il rischio di surriscaldamento e ne prolunga la durata.
• La presenza di un involucro ermetico e sigillato, in grado di resistere a influenze esterne aggressive (cambiamenti di temperatura e pressione, distruzione chimica), rende le batterie al nichel-cadmio resistenti alla combustione spontanea.
• Negli impianti industriali, le batterie al cadmio continuano a funzionare in modo affidabile per 10-20 anni, nonostante i nuovi analoghi moderni, e quindi non necessitano di sostituzione.

Per prolungare la durata delle batterie al nichel-cadmio, è necessario caricarle correttamente:

• Per una ricarica di alta qualità è necessario utilizzare caricabatterie speciali (ZU).
• Non è consigliabile caricare una batteria che non è completamente scarica: si verificherà la cristallizzazione, la superficie della sostanza diminuirà e la capacità.
• La ricarica continua, dovuta al surriscaldamento e alla diminuzione della quantità di acqua nell'elettrolita, porterà alla distruzione degli elettrodi e del separatore.
• Una carica insufficiente riduce la durata della batteria NiCd.
• Per eliminare l'"effetto memoria", è necessario ripristinare la capacità della batteria eseguendo diversi cicli di carica-scarica.
• Il processo di carica viene eseguito al meglio a una temperatura di 20^OCON.