Nikkel-cadmium batteri er en kilde til jævnstrømsspænding. På grund af dets egenskaber og fordele overtager den bly-syre -baserede batterier og vinder popularitet i nyere tid. Det er lille, kompakt, let at rejse fra et sted til et andet. Generelle anvendelser af dette batteri er legetøj, lommeregnere, små DC-motorer osv. Principmæssigt er det det samme som blyakkumulatorbaserede batterier. Et metal rulles med cadmium og separatorlag og opbevares i redox, så den kemiske reaktion producerer jævnstrømsspændingen. Batterier har været populære i lang tid, og i et forsøg på at øge effektiviteten af batteriet anvendes flere og flere kemiske grundstoffer. Dette gør konstruktionen kompakt.
Hvad er et nikkel-cadmium batteri?
Det er en enhed, der producerer jævnstrømsspænding baseret på den kemiske reaktion mellem de involverede stoffer. I et nikkel-cadmium-batteri bruges redox-materialet som base, og omkring det anvendes laget af nikkel og en separator. Nikkel-cadmium-cellespændingen er omkring 1,2 V. Når der er tilsluttet en serie, pakkes normalt 3 til 4 celler sammen for at få en output på 3,6 til 4,8 V
Design af nikkel-cadmium batteri
Teori om nikkel-cadmiumbatteri
Funktionsprincippet for et nikkel-cadmium batteri er det samme som andre batterier. For at forbedre effektiviteten anvendes nikkel og cadmium. Et batteri er kilden til jævnstrømsspænding, derfor skal det bestå af to potentielle punkter, dvs. positive og negative eller også kaldet anode og katode. I et nikkel-cadmium-batteri opbevares først et lag nikkeloxid NiO2 omkring redoxen.
Dette lag af nikkeloxid fungerer som et katodelag. Over nikkeloxidlaget holdes et lag af KaOH, der fungerer som en separator. Det skal bemærkes, at dette separatorlag skal gennemblødes i vand eller være fugtigt. Dens formål er at tilvejebringe nødvendige OH-negative ioner til den kemiske reaktion. Over separatorlaget placeres cadmium. Cadmiumlaget fungerer som anoden til nikkel-cadmium-batteriet. Det nikkel-cadmium batteri diagram er vist nedenfor.
Diagram over nikkel-cadmiumbatteri
Som vist i diagrammet fungerer nikkel som en positiv elektrode samler og cadmiumlaget fungerer som en negativ lagopsamler. Separatorlaget mellem de to lag består af KOH eller NaOH. Dens formål er at tilvejebringe OH-ioner. Bortset fra disse består den også af en sikkerhedsventil, tætningsplade, isoleringsring, isoleringspakning og en ydre kasse.
Formålet med isolatorringen er at tilvejebringe isolering mellem de to lag. Isolatorpakningen er det sted, hvor isoleringsringen holdes i nærheden. Separatorlaget er forbundet til denne ring. Den ydre kasse er at beskytte de indre lag mod eksterne faktorer såsom skader og forkert håndtering af batteriet. Det skal bemærkes, at det på grund af kemiske reaktioner, der finder sted i røren, altid er farligt at arbejde med batteriet.
Batteriets kabinet åbnes aldrig, da alle lag er eksponeret, og det kan skade den person, der bruger. Tilsvarende anbefales det, når det ikke er i brug, at tage batteriet ud af enheden.
Nikkelkadmium-batteriligning
De kemiske ligninger, der repræsenterer den kemiske reaktion, kan gives som
Den første ligning repræsenterer reaktionen mellem katodelaget nikkel og separatoren. Det giver et output af nikkeloxid OH-ioner. Behovet for separatorlaget som tidligere nævnt er tilvejebringelsen af de OH-ioner, der kræves til den kemiske reaktion. Til tilvejebringelse af H20 gennemblades separatorlaget med vand til den indledende reaktion. Senere H2O opnås som et af biprodukterne.
På anodesiden kombineres cadmiumlaget også med OH-ioner, der opnås fra separatorlaget. Dette resulterer i cadmiumoxid og elektroner. Det kan bemærkes, at elektronerne i begge ligninger bliver annulleret. Også OH-ioner bliver annulleret. Påmindelsesligningen er givet ved den tredje ligning, hvor nikkel kombineres med cadmium og vand. Det resulterer i nikkeloxid og cadmiumoxid.
Nikkel-cadmium batteri temperaturområde
Temperaturområdet for nikkelbatteri er 0 til 45 grader celsius under opladning og -20 til 65 grader celsius under afladning. Ud over dette temperaturområde fungerer batteriet ikke, og der er endda chancer for eksplosion.
Nikkel-cadmium-batteritoksicitet
Nikkel-cadmium batteri er meget giftigt for menneskekroppen. Cadmium er et tungmetal, der udgør flere risici for menneskekroppen. Cadmium har endda en fysiologisk virkning på systemet. Den gennemsnitlige tilstedeværelse af cadmium i menneskekroppen er ca. 1 mikrogram pr. Liter. Det har en direkte effekt på fordøjelsessystemet. På samme måde er nikkel også giftigt for det menneskelige åndedrætssystem.
Nikkel-cadmium batterispænding
Generelt vil hver spænding for et nikkel-cadmium-batteri være ca. 1,2 V. Antal celler er forbundet i serie eller parallelt for at få den krævede spænding. Bortset fra spændingen er dens specifikke energi omkring 50-60 Wh pr. Kg. Dette er moderat højt nikkel-jern, men relativt mindre end nikkel-zink og nikkel-metalhydridbatterier.
Den specifikke effekt er 200 W pr. Kg. Dette er moderat højt end nikkel-jern, men relativt mindre end nikkel-zink- og nikkel-metalhydrid-batterier. For nikkelmetalbatterier er det omkring 170-1000. For nikkel-jern-batterier er det omkring 100. Energieffektiviteten er omkring 70-75%. Dette er moderat højt end nikkel-jern, men relativt mindre end nikkel-zink- og nikkel-metalhydrid-batterier. For nikkelmetalbatterier er det omkring 70-80%. For nikkel-jern-batterier er det omkring 60-70%.
Konstruktion af nikkel-cadmium batteri
Konstruktionsmæssigt er nikkel-cadmium-batteriet det samme som blysyrebaserede batterier. Den består af tre grundlæggende lag. Den første er et nikkellag, derefter separatorlaget og cadmiumlaget. Nikkel fungerer som en positiv elektrodesamler, og cadmiumlaget fungerer som en negativ lagopsamler.
Separatorlaget mellem de to lag består af KOH eller NaOH. Dens formål er at tilvejebringe OH-ioner. Bortset fra disse består den også af en sikkerhedsventil, tætningsplade, isoleringsring, isoleringspakning og en ydre kasse. Formålet med isolatorringen er at tilvejebringe isolering mellem de to lag. Isolatorpakningen er det sted, hvor isoleringsringen holdes i nærheden. Separatorlaget er forbundet til denne ring.
Den ydre kasse er at beskytte de indre lag mod eksterne faktorer såsom skader og forkert håndtering af batteriet. Det skal bemærkes, at det på grund af kemiske reaktioner, der finder sted i røren, altid er farligt at arbejde med batteriet. Lagene sammen med separatorlaget danner den krævede kemiske reaktion og danner den potentielle forskel.
Nikkel cadmium batteri fungerer
Nikkel-cadmium-batteriets arbejde er baseret på den kemiske reaktion, der finder sted mellem lagene. Batteriet, der er en kilde til jævnstrømsspænding, består af to porte, dvs. anode og katode. Mens du laver batteriet, holdes cadmiumlaget først på redoxen. Cadmiumlaget fungerer som katodeterminal. Cadmium er et af det tunge materiale og har gode ledende egenskaber. Over cadmiumlaget holdes separatorlag.
Formålet med separatorlaget er at tilvejebringe nødvendige OH-ioner til kemisk reaktion . OH-ionerne er nødvendige til reaktionen mellem katodelaget nikkel og separatoren. Det giver et output af nikkeloxid OH-ioner. Behovet for separatorlaget som tidligere nævnt er tilvejebringelsen af de OH-ioner, der kræves til den kemiske reaktion. Til tilvejebringelse af H20 gennemblades separatorlaget med vand til den indledende reaktion.
Senere H2O opnås som et af biprodukterne. På anodesiden kombineres cadmiumlaget også med OH-ioner, der opnås fra separatorlaget. Dette resulterer i cadmiumoxid og elektroner. Det kan bemærkes, at elektronerne i begge ligninger bliver annulleret. Også OH-ioner bliver annulleret. Påmindelsesligningen er givet ved den tredje ligning, hvor nikkel kombineres med cadmium og vand. Det resulterer i nikkeloxid og cadmiumoxid. Den kemiske reaktion efterfølges af strømmen af elektroner, som forårsager den potentielle forskel over to terminaler.
Nikkelkadmium-batterityper
Nikkel-cadmium-batteriklassificering udføres kun baseret på størrelse og tilgængelig spænding. Baseret på størrelse kan den have AAA, AA, A, Cs, C, D eller F størrelse. Alle disse størrelser leveres med forskellige specifikationer for udgangsspænding. Nogle af dem er cylindriske rørformede, og nogle af dem er i en rektangulær kasseformet ydre kasse.
Fordele og ulemper
Fordelene ved nikkelkadmiumbatteri er
- Leverer høj strømudgang
- Det tåler overopladning
- Den tåler op til 500 opladningscyklusser
Ulemperne ved nikkelkadmiumbatteri er
- Cadmium er ikke et miljøvenligt materiale
- Mindre tolerance over for temperatur sammenlignet med andre batterier.
Anvendelser af nikkelkadmiumbatteri
Det har forskellige applikationer som legetøj, små jævnstrømsmotorer, regnemaskiner, blæsere, computere osv.
Derfor har vi set applikationer, arbejde og detaljer om nikkel-cadmium batteri . Det skal ses, hvad der er andet materiale, der kan kombineres med nikkel, da cadmium har farlige virkninger.
