Què és una bateria de níquel-cadmi: funcionament i les seves aplicacions

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





La bateria de níquel-cadmi és una font de tensió de corrent continu. A causa de les seves propietats i avantatges, està prenent el relleu àcid de plom amb bateries basades i guanyant popularitat en els darrers temps. És petit, compacte, es pot viatjar fàcilment d’un lloc a un altre. Els usos generals d'aquesta bateria són joguines, calculadores, petites Motors de corrent continu , etc. Per principis, és el mateix que les bateries basades en acumuladors de plom. Un metall es fa rodar amb cadmi i capes separadores i es manté en redox de manera que la reacció química produeixi la tensió CC. Les bateries són populars durant molt de temps i, en un esforç per augmentar l’eficiència de la bateria, s’utilitzen cada cop més elements químics. Això fa que la construcció sigui compacta.

Què és una bateria de níquel-cadmi?

És un dispositiu que produeix voltatge continu basat en la reacció química entre les substàncies implicades. En una bateria de níquel-cadmi, s’utilitza el material redox com a base i al seu voltant s’utilitza la capa de níquel i un separador. El voltatge de les cèl·lules de níquel-cadmi és d’uns 1,2 V. Quan es connecta en sèrie, generalment s’envasen de 3 a 4 cel·les per obtenir una sortida de 3,6 a 4,8 V




Disseny de bateria de níquel-cadmi

Disseny de bateria de níquel-cadmi

Teoria de la bateria de níquel-cadmi

El principi de funcionament d’una bateria de níquel-cadmi és el mateix que la resta de bateries. Per millorar l’eficiència, s’utilitza níquel i cadmi. Una bateria és la font de tensió de corrent continu, per tant ha de constar de dos punts potencials, és a dir, positius i negatius o també anomenats ànode i càtode. En una bateria de níquel-cadmi, primer, es manté una capa d’òxid de níquel NiO2 al voltant del redox.



Aquesta capa d’òxid de níquel actua com a capa de càtode. Per sobre de la capa d’òxid de níquel, es manté una capa de KaOH, que actua com a separador. Cal tenir en compte que aquesta capa separadora s’ha de remullar amb aigua o humida. El seu propòsit és proporcionar ions OH negatius necessaris per a la reacció química. Per sobre de la capa separadora, es col·loca cadmi. La capa de cadmi actua com l’ànode de la bateria de níquel-cadmi. El diagrama de la bateria de níquel-cadmi es mostra a continuació.

Esquema de la bateria de níquel-cadmi

Esquema de la bateria de níquel-cadmi

Com es mostra, al diagrama, el níquel actua com un elèctrode positiu col·leccionista i la capa de cadmi actua com a col·lector de capes negatives. La capa separadora entre les dues capes està formada per KOH o NaOH. El seu propòsit és proporcionar ions OH. A part d’aquests, també consta d’una vàlvula de seguretat, placa de tancament, anell d’aïllament, junta d’aïllament i una caixa exterior.

L'objectiu de l'anell aïllant és proporcionar aïllament entre les dues capes. La junta aïllant és el lloc on es manté l'anell d'aïllament a prop. La capa separadora està connectada a aquest anell. La caixa exterior serveix per protegir les capes interiors de factors externs com ara danys i mal maneig de la bateria. Cal tenir en compte que, a causa de les reaccions químiques que tenen lloc dins de la massa, sempre és perillós treballar amb la bateria.


La caixa de la bateria no s’obre mai, ja que totes les capes estan exposades i poden causar danys a la persona que l’utilitza. De la mateixa manera, quan no s’utilitza, es recomana treure la bateria del dispositiu.

Equacions de la bateria de níquel i cadmi

Les equacions químiques que representen la reacció química es poden donar com a

La primera equació representa la reacció entre la capa de càtode níquel i el separador. Dóna una producció d’ions OH d’òxid de níquel. La necessitat de la capa separadora com s’ha esmentat anteriorment és proporcionar els ions OH necessaris per a la reacció química. Per al subministrament de H20, la capa separadora es xopa amb aigua per a la reacció inicial. Posteriorment s’obté H2O com un dels subproductes.

Pel costat de l’ànode, la capa de cadmi també es combina amb ions OH que s’obtenen de la capa de separadors. Això resulta en òxid de cadmi i electrons. Es pot observar que els electrons de les dues equacions es cancel·len. A més, els ions OH es cancel·len. L’equació de recordatori ve donada per la tercera equació, on el níquel es combina amb cadmi i aigua. Es tradueix en òxid de níquel i òxid de cadmi.

Rang de temperatura de la bateria de níquel-cadmi

El rang de temperatura de la bateria de níquel és de 0 a 45 graus centígrads durant la càrrega i de -20 a 65 graus centígrads durant la descàrrega. Més enllà d’aquest rang de temperatura, la bateria no funciona i fins i tot hi ha possibilitats d’explosió.

Toxicitat de la bateria de níquel-cadmi

La bateria de níquel-cadmi és molt tòxica per al cos humà. El cadmi és un metall pesat que presenta diversos riscos per al cos humà. El cadmi té fins i tot un efecte fisiològic sobre el sistema. La presència mitjana de cadmi al cos humà és d'aproximadament 1 microgram per litre. Té un efecte directe sobre el sistema digestiu. De la mateixa manera, el níquel també és verinós per al sistema respiratori humà.

Tensió de la bateria níquel-cadmi

En general, cada voltatge per a una bateria de níquel-cadmi seria d'aproximadament 1,2 V. El nombre de cel·les està connectat en sèrie o paral·lel per obtenir la tensió necessària. A part del voltatge, la seva energia específica ronda els 50-60 Wh per Kg. Això és moderadament alt que el níquel-ferro, però és relativament inferior a les bateries de níquel-zinc i níquel-hidrur-metall.

La potència específica és de 200 W per kg. Això és moderadament alt que el níquel-ferro, però és relativament inferior a les bateries de níquel-zinc i níquel-metall. Per a les bateries de níquel-metall, ronda els 170-1000. Per a les bateries de níquel-ferro, és al voltant de 100. L'eficiència energètica és del 70-75%. Això és moderadament alt que el níquel-ferro, però relativament inferior a les bateries de níquel-zinc i níquel-hidrur-metall. Per a les bateries de níquel-metall, ronda el 70-80%. Per a les bateries de níquel-ferro, és al voltant del 60-70%.

Construcció de bateries de níquel-cadmi

Constructiva, la bateria de níquel-cadmi és la mateixa que les bateries a base d’àcid de plom. Consta de tres capes fonamentals. La primera és una capa de níquel, després la capa separadora i la capa de cadmi. El níquel actua com a col·lector d’elèctrodes positiu i la capa de cadmi actua com a col·lector de capa negativa.

La capa separadora entre les dues capes està formada per KOH o NaOH. El seu propòsit és proporcionar ions OH. A part d’aquests, també consta d’una vàlvula de seguretat, placa de tancament, anell d’aïllament, junta d’aïllament i una caixa exterior. L'objectiu de l'anell aïllant és proporcionar aïllament entre les dues capes. La junta aïllant és el lloc on es manté l'anell d'aïllament a prop. La capa separadora està connectada a aquest anell.

La caixa exterior serveix per protegir les capes interiors de factors externs com ara danys i mal maneig de la bateria. Cal tenir en compte que, a causa de les reaccions químiques que tenen lloc dins de la massa, sempre és perillós treballar amb la bateria. Les capes juntament amb la capa separadora formen la reacció química necessària i formen la diferència de potencial.

Funcionament de la bateria de níquel i cadmi

El funcionament de la bateria de níquel-cadmi es basa en la reacció química que té lloc entre les capes. La bateria que és una font de voltatge continu consta de dos ports, és a dir, ànode i càtode. Mentre es fabrica la bateria, primer es manté la capa de cadmi al redox. La capa de cadmi actua com a terminal del càtode. El cadmi és un dels materials pesats i té bones propietats conductores. Per sobre de la capa de cadmi, es mantenen les capes separadores.

El propòsit de la capa separadora és proporcionar els ions OH necessaris per al reacció química . Els ions OH són necessaris per a la reacció entre la capa de càtode níquel i el separador. Dóna una producció d’ions OH d’òxid de níquel. La necessitat de la capa separadora com s’ha esmentat anteriorment és proporcionar els ions OH necessaris per a la reacció química. Per al subministrament de H20, la capa separadora es xopa amb aigua per a la reacció inicial.

Posteriorment s’obté H2O com un dels subproductes. Pel costat de l’ànode, la capa de cadmi també es combina amb ions OH que s’obtenen de la capa de separadors. Això resulta en òxid de cadmi i electrons. Es pot observar que els electrons de les dues equacions es cancel·len. A més, els ions OH es cancel·len. L’equació de recordatori ve donada per la tercera equació, on el níquel es combina amb cadmi i aigua. Es tradueix en òxid de níquel i òxid de cadmi. La reacció química és seguida pel flux d’electrons que provoca la diferència de potencial entre dos terminals.

Tipus de bateries de níquel i cadmi

La classificació de les bateries de níquel-cadmi només es fa en funció de la mida i del voltatge disponible. En funció de la mida, pot ser de mida AAA, AA, A, Cs, C, D o F. Totes aquestes mides inclouen diferents especificacions de voltatge de sortida. Alguns tenen forma de canonada cilíndrica i alguns es troben en una caixa exterior en forma de caixa rectangular.

Avantatges i inconvenients

Els avantatges de la bateria de níquel i cadmi són

  • Ofereix una sortida de corrent elevada
  • Tolera la sobrecàrrega
  • Resisteix fins a 500 cicles de càrrega

Els desavantatges de la bateria de níquel i cadmi són

  • El cadmi no és un material ecològic
  • Menor tolerància a la temperatura en comparació amb altres bateries.

Aplicacions de bateries de níquel-cadmi

Té diverses aplicacions com joguines, petits motors de corrent continu, calculadores, ventiladors, ordinadors, etc.

Per tant, hem vist les aplicacions, el funcionament i els detalls de bateria de níquel-cadmi . Cal veure quins altres materials es poden combinar amb el níquel, ja que el cadmi té efectes perillosos.