סוללות ניקל-קדמיום או סוללות

סוללות ניקל-קדמיום הן מקורות משניים של אנרגיה חשמלית שהומצאו על ידי וולדמר יונגנר. בסוף המאה ה-19 בשוודיה, המכשיר מורכב מגוף, שתי אלקטרודות - אנודה וקתודה - מפריד ואלקטרוליט. הוא שונה מסוללות אחרות בחומר המשמש לייצור האלקטרודות ובתמיסת האלקטרוליט. הבדלים אלה משפיעים באופן משמעותי על המאפיינים הטכניים של הסוללה.

עקרון התכנון והפעולה

סוללות ניקל-קדמיום (NiCd) פועלות על פי עקרון המרת אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית באמצעות תגובות הפיכות של ניקל הידרוקסיד (NiOOH), קדמיום (Cd), מים (H₂כתוצאה מכך, נוצר ניקל הידרוקסיד Ni(OH).₂ ו-Cd(OH)₂, מופיע שדה אלקטרומגנטי.

תגובות כימיות המתרחשות בסוללה:

במהלך טעינה: 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂ → 2NiOOH + Cd + 2H₂הו

במהלך פריקה: 2NiOOH + Cd + 2H₂O → 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂

סוללות ניקל-קדמיום מיוצרות במארז מתכת צפוף, שבתוכו אלקטרודות הניקל והקדמיום מופרדות באמצעות מפריד, ותמיסה אלקלית (אשלגן הידרוקסיד) משמשת כאלקטרוליט. האנודה היא רשת או נייר כסף מצופה בתערובת של ניקל הידרוקסיד וחומר מוליך. הקתודה היא גם רשת או נייר כסף פלדה, עם מתכת ספוגית של קדמיום לחוצה לתוך התאים.

זנים

סוללות ניקל-קדמיום לפי צורתם הם:

1. גליליים - הם קיבלו שם שני - "בנקים".
2. שָׁטוּחַ - דיסק או "טאבלט"

טווח הגדלים הגליליים מורכב מכמה סוגים סטנדרטיים בסיסיים:

יִעוּד	קוטר, מ"מ	אורך, מ"מ	משקל, גרם
א	17	50	32
AA	14.2	50	21
AAA	10.5	44.5	10
1/2 SC	23	26	30
SC (תת-ג)	23	43	52
ג	26	46	72
ד	33	58	105-145
פ	33	91	231
SF (סופר F)	41.4	89.1	393

 

סוללות דיסק או "טאבלטים" היו פופולריות למדי במדינות לשעבר ברית המועצותאנלוגים מודרניים של קדמיום של ה"טבליות" הסובייטיות משמשים בשעונים, מבזקי צילום, מכשירי שמיעה, מצלמות, פנסים.

מאפיינים

1. המתח הנומינלי של אלמנט אחד הוא 1.2 וולט.
2. טווח טמפרטורות הפעלה: מ-40+ עד 50-^הועִם.
3. האפשרות של פריקה מלאה היא בין 100 ל-1000, דגמים משופרים מודרניים מגיעים ל-2000 מחזורים.
4. שיעור פריקה עצמית הוא כ-10% לחודש.

יתרונות

לסוללות ניקל-קדמיום יש מספר יתרונות על פני סוללות אחרות:

• אפשרות פעולה בטמפרטורות מתחת לאפס.
• מהירות טעינה מהירה ופריקה איטית של הסוללה.
• פעולה בתנאים תעשייתיים קיצוניים (עמידות בפני זעזועים, פגיעות, עומסים גבוהים, אבק מוגבר, טמפרטורות מתחת לאפס).
• מחזורי טעינה-פריקה מרובים - 1000 או יותר.
• חיי שירות ארוכים - עד 10 שנים.
• חיי מדף ארוכים, גם כאשר לא טעון - כ-5 שנים.
• עלות נמוכה יחסית.

פגמים

החסרונות כוללים:

• אפקט זיכרון הוא אובדן קיבולת בעת טעינת סוללת קדמיום שאינה ריקה לחלוטין.
• רעילות התכולה הפנימית מחייבת הקפדה על תקנות בטיחות סביבתיות במהלך הסילוק.
• פריקה עצמית - לאחר שנה של אחסון, סוללת ניקל-קדמיום טעונה במלואה תתרוקן לחלוטין.
• תהליך שחזור הסוללה לאחר אחסון ארוך טווח לוקח מספר מחזורי טעינה-פריקה מלאים.
• המתח הנמוך של תא בודד הוא 1.2 וולט. כדי להגדיל את מתח המוצא של הסוללה, מספר תאים מחוברים בטור.

בַּקָשָׁה

סוללות קדמיום, בשל מאפייניהם, הם משמשים במכשירים בעלי צריכת זרם גבוהה ועומסי הפעלה גבוהים:

• תחבורה נהרות וימית.
• תחבורה אווירית - מטוסים, מסוקים.
• תחבורה חשמלית קרקעית - חשמליות, טרוליבוסים.
• ציוד צבאי.
• ייצור תעשייתי - מכוניות חשמליות.
• כלי עבודה חשמליים - מקדחות, מברגים.
• מכשירי חשמל ביתיים - מכונות גילוח חשמליות, פנסים.
• הנדסת רדיו - אינטרקומים ניידים, צעצועים הנשלטים באמצעות רדיו.

מסקנות, המלצות

• סוללות Ni-CD אינן מתחממות במהלך הפעולה מכיוון שהתגובות הכימיות בתוכן הן אנדותרמיות, כלומר החום הנוצר נספג. תכונה זו מפחיתה את הסיכון להתחממות יתר ומאריכה את חיי השירות שלהן.
• נוכחות של מעטפת אטומה וצמודה, המסוגלת לעמוד בפני השפעות חיצוניות אגרסיביות (שינויי טמפרטורה ולחץ, הרס כימי), הופכת סוללות ניקל-קדמיום לעמידות בפני בעירה ספונטנית.
• במפעלים תעשייתיים, סוללות קדמיום ממשיכות לשרת באופן אמין במשך 10-20 שנים, למרות אנלוגים מודרניים חדשים, ולכן אינן דורשות החלפה.

כדי להאריך את חיי סוללות ניקל-קדמיום, יש לטעון אותן בצורה נכונה:

• לטעינה באיכות גבוהה, עליך להשתמש במטענים מיוחדים (ZU).
• לא מומלץ לטעון סוללה שאינה ריקה לחלוטין - תתרחש התגבשות, שטח הפנים של החומר יקטן, וה... יְכוֹלֶת.
• טעינה מתמדת - הנובעת מחימום יתר וירידה בכמות המים באלקטרוליט - תוביל להרס האלקטרודות והמפריד.
• טעינה נמוכה תגרום לריקון חיי סוללת ה-NiCd.
• כדי לבטל את "אפקט הזיכרון", יש לשחזר את קיבולת הסוללה על ידי ביצוע מספר מחזורי טעינה-פריקה.
• תהליך הטעינה מתבצע בצורה הטובה ביותר בטמפרטורה של 20^הועִם.