Nikkel-kaadmiumaku on alalispinge allikas. Oma omaduste ja eeliste tõttu on see võimust võtmas pliihape -põhised patareid ja populaarsust kogumas viimasel ajal. See on väike, kompaktne, hõlpsasti reisitav ühest kohast teise. Selle aku üldised kasutusalad on väikesed mänguasjad, kalkulaatorid Alalisvoolumootorid jne. Põhimõtteliselt on see sama mis pliiakudel põhinevad patareid. Metall valtsitakse kaadmiumi ja eralduskihtidega ning hoitakse redoksis nii, et keemiline reaktsioon tekitaks alalispinge. Patareid on olnud populaarsed juba pikka aega ja aku efektiivsuse suurendamiseks kasutatakse üha rohkem keemilisi elemente. See muudab ehituse kompaktseks.
Mis on nikkel-kaadmiumaku?
See on seade, mis toodab alalisvoolu pinget, mis põhineb osalevate ainete keemilisel reaktsioonil. Nikkel-kaadmiumpatareis kasutatakse redoksmaterjali alusena ja selle ümber kasutatakse nikli kihti ja eraldajat. Nikkel-kaadmiumelemendi pinge on umbes 1,2 V. Seeriaviisiliselt ühendatuna pakitakse 3–4 rakku kokku, et saada väljundiks 3,6–4,8 V
Nikkel-kaadmiumakude disain
Nikkel-kaadmiumakude teooria
Nikkel-kaadmiumakude tööpõhimõte on sama mis teistel patareidel. Efektiivsuse parandamiseks kasutatakse niklit ja kaadmiumi. Aku on alalispinge allikas, seega peab see koosnema kahest potentsiaalsest punktist, st positiivsest ja negatiivsest või nimetatakse ka anoodiks ja katoodiks. Nikkel-kaadmiumakus hoitakse redoksi ümber kõigepealt nikkeloksiidi kihti NiO2.
See nikkeloksiidikiht toimib katoodikihina. Nikkeloksiidikihi kohal hoitakse KaOH kihti, mis toimib eraldajana. Tuleb märkida, et see eralduskiht peab olema vees leotatud või niiske. Selle eesmärk on saada keemiliste reaktsioonide jaoks nõutavad OH negatiivsed ioonid. Separaatorikihi kohal asetatakse kaadmium. Kaadmiumikiht toimib nikkel-kaadmiumpatarei anoodina. The nikli ja kaadmiumi patareide skeem on näidatud allpool.
Nikkel-kaadmiumakude skeem
Nagu joonisel näidatud, toimib nikkel positiivse elektroodina koguja ja kaadmiumikiht toimib negatiivse kihi kogujana. Kahe kihi vaheline eralduskiht koosneb KOH-st või NaOH-st. Selle eesmärk on pakkuda OH-ioone. Peale nende koosneb see ka kaitseklapist, tihendusplaadist, isolatsioonirõngast, isolatsioonitihendist ja väliskestast.
Isolaatorrõnga eesmärk on pakkuda isolatsiooni kahe kihi vahel. Isolaatori tihend on koht, kus isolatsioonirõngast läheduses hoitakse. Eralduskiht on selle rõngaga ühendatud. Välimine korpus peab tagama sisekihtide kaitse väliste tegurite eest, nagu aku kahjustused ja vale käitlemine. Tuleb märkida, et taignas toimuvate keemiliste reaktsioonide tõttu on akuga töötamine alati ohtlik.
Aku korpust ei avata kunagi, kuna kõik kihid on avatud ja see võib kasutajat kahjustada. Samamoodi on soovitatav aku seadmest välja võtta, kui seda ei kasutata.
Nikkelkaadmiumi patareide võrrandid
Keemilisi reaktsioone esindavad keemilised võrrandid võib esitada järgmiselt:
Esimene võrrand tähistab katoodikihi nikli ja separaatori vahelist reaktsiooni. See annab nikkeloksiidi OH ioonide väljundi. Eespool mainitud eralduskihi vajadus on keemilise reaktsiooni jaoks vajalikud OH-ioonid. H20 saamiseks leotatakse eralduskiht algreaktsiooniks veega. Hiljem saadakse kõrvalsaadusena H2O.
Anoodipoolel kombineeritakse kaadmiumikiht ka eraldaja kihist saadavate OH ioonidega. Selle tulemuseks on kaadmiumoksiid ja elektronid. Võib märkida, et mõlema võrrandi elektronid tühistatakse. Samuti tühistatakse OH-ioonid. Meeldetuletusvõrrandi annab kolmas võrrand, kus nikkel on ühendatud kaadmiumi ja veega. Selle tulemuseks on nikkeloksiid ja kaadmiumoksiid.
Nikkel-kaadmiumaku temperatuurivahemik
Nikkelakude temperatuurivahemik on laadimise ajal 0 kuni 45 kraadi ja tühjendamise ajal -20 kuni 65 kraadi. Sellest temperatuurivahemikust kõrgemal ei tööta aku ja isegi plahvatuse võimalus on olemas.
Toksilisus nikli-kaadmiumi patareide suhtes
Nikkel-kaadmiumaku on inimorganismile väga mürgine. Kaadmium on raske metall, mis kujutab inimkehale mitmeid ohte. Kaadmiumil on süsteemile isegi füsioloogiline mõju. Keskmine kaadmiumi sisaldus inimkehas on umbes 1 mikrogramm liitri kohta. Sellel on otsene mõju seedesüsteemile. Samamoodi on nikkel mürgine ka inimese hingamissüsteemile.
Nikkel-kaadmiumpatarei pinge
Üldiselt oleks nikkel-kaadmiumaku iga pinge umbes 1,2 V. Rakkude arv on vajaliku pinge saamiseks ühendatud järjestikku või paralleelselt. Peale pinge on selle erenergia umbes 50–60 Wh / kg. See on mõõdukalt kõrge kui nikkel-raud, kuid suhteliselt vähem kui nikkel-tsink ja nikkel-metallhüdriidpatareid.
Erivõimsus on 200 W / kg. See on mõõdukalt kõrge kui nikkel-raud, kuid suhteliselt vähem kui nikkel-tsink ja nikkel-metallhüdriidpatareid. Nikkelmetallist patareide puhul on see umbes 170–1000. Raud-nikkel-patareide puhul on see umbes 100. Energiatõhusus on umbes 70–75%. See on mõõdukalt kõrge kui nikkel-raud, kuid suhteliselt vähem kui nikkel-tsink ja nikkel-metallhüdriidpatareid. Nikkelmetallist patareide puhul on see umbes 70–80%. Raud-nikkel-patareide puhul on see umbes 60–70%.
Nikkel-kaadmiumpatarei ehitus
Konstruktsiooniliselt on nikkel-kaadmiumaku sama mis pliihappel põhinevatel patareidel. See koosneb kolmest põhikihist. Esimene on nikkelkiht, seejärel eralduskiht ja kaadmiumikiht. Nikkel toimib positiivse elektroodi kogujana ja kaadmiumikiht negatiivse kihi kogujana.
Kahe kihi vaheline eralduskiht koosneb KOH-st või NaOH-st. Selle eesmärk on pakkuda OH-ioone. Peale nende koosneb see ka kaitseklapist, tihendusplaadist, isolatsioonirõngast, isolatsioonitihendist ja väliskestast. Isolaatorrõnga eesmärk on pakkuda isolatsiooni kahe kihi vahel. Isolaatori tihend on koht, kus isolatsioonirõngast läheduses hoitakse. Eralduskiht on selle rõngaga ühendatud.
Välimine korpus peab tagama sisekihtide kaitse väliste tegurite eest, nagu aku kahjustused ja vale käitlemine. Tuleb märkida, et taignas toimuvate keemiliste reaktsioonide tõttu on akuga töötamine alati ohtlik. Kihid koos eralduskihiga moodustavad vajaliku keemilise reaktsiooni ja moodustavad potentsiaalse erinevuse.
Nikkelkaadmiumaku töötab
Nikkel-kaadmiumpatarei töö põhineb kihtide vahel toimuval keemilisel reaktsioonil. Alalisvoolu pingeallikaks olev aku koosneb kahest pordist, st anoodist ja katoodist. Aku valmistamise ajal hoitakse kaadmiumikihti kõigepealt redoksil. Kaadmiumikiht toimib katoodterminalina. Kaadmium on üks rasketest materjalidest ja sellel on head juhtivad omadused. Kaadmiumikihi kohal hoitakse eralduskihte.
Separaatorikihi eesmärk on pakkuda nõutavaid OH-ioone keemiline reaktsioon . OH-ioonid on vajalikud katoodikihi nikli ja separaatori vaheliseks reaktsiooniks. See annab nikkeloksiidi OH ioonide väljundi. Eespool mainitud eralduskihi vajadus on keemilise reaktsiooni jaoks vajalikud OH-ioonid. H20 saamiseks leotatakse eralduskiht algreaktsiooniks veega.
Hiljem saadakse kõrvalsaadusena H2O. Anoodipoolel kombineeritakse kaadmiumikiht ka eraldaja kihist saadavate OH ioonidega. Selle tulemuseks on kaadmiumoksiid ja elektronid. Võib märkida, et mõlema võrrandi elektronid tühistatakse. Samuti tühistatakse OH-ioonid. Meeldetuletusvõrrandi annab kolmas võrrand, kus nikkel on ühendatud kaadmiumi ja veega. Selle tulemuseks on nikkeloksiid ja kaadmiumoksiid. Keemilisele reaktsioonile järgneb elektronide voog, mis põhjustab potentsiaali erinevuse kahe klemmi vahel.
Nikkelkaadmiumi patareide tüübid
Nikkel-kaadmiumakude klassifitseerimine toimub ainult suuruse ja saadaoleva pinge põhjal. Suuruse järgi võib see olla AAA, AA, A, Cs, C, D või F suurus. Kõigil neil suurustel on erinevad väljundpinge spetsifikatsioonid. Mõned neist on silindrikujulised torukujulised ja mõned ristkülikukujulises karbikujulises väliskarbis.
Eelised ja puudused
Nikkelkaadmiumaku eelised on
- Annab suure voolutugevuse
- See talub ülelaadimist
- See peab vastu kuni 500 laadimistsüklit
Nikkel-kaadmiumaku puudused on
- Kaadmium ei ole keskkonnasõbralik materjal
- Vähem temperatuuri taluvust võrreldes teiste patareidega.
Nikkelkaadmiumi patareirakendused
Sellel on erinevaid rakendusi nagu mänguasjad, väikesed alalisvoolumootorid, kalkulaatorid, ventilaatorid, arvutid jne.
Seega oleme näinud rakendusi, töötamist ja üksikasju nikkel-kaadmiumaku . Tuleb näha, mis on muud materjalid, mida saab nikliga kombineerida, kuna kaadmiumil on ohtlik mõju.
