Akumulator niklowo-kadmowy

Akumulator niklowo-kadmowy (NiCd lub Ni-Cd)

Akumulator niklowo-kadmowy, znany jako NiCd lub Ni-Cd, to typ akumulatora, którego elektrody są zbudowane z zasadowego tlenku niklu(III) NiO(OH) (na katodzie) oraz metalicznego kadmu (na anodzie).

Wydajność i cykle ładowania

Akumulatory Ni-Cd charakteryzują się stosunkowo wysoką wydajnością prądową, jednak występuje w nich problem znany jako efekt pamięci. Zaleca się, aby były one rozładowywane i ładowane w pełnych cyklach, co oznacza, że powinny być całkowicie rozładowane, a następnie niezwłocznie naładowane. Nie powinny pozostawać w stanie rozładowanym przez dłuższy czas. Efekt pamięci można zniwelować, korzystając z ładowarki z funkcją refresh.

Zastosowanie i konkurencja

Do niedawna akumulatory Ni-Cd były szeroko stosowane w różnych urządzeniach przenośnych, takich jak modele zdalnie sterowane (RC), modelarstwo oraz krótkofalarstwo. Obecnie zostały niemal całkowicie wyparte przez ogniwa Ni-MH i litowo-polimerowe. W porównaniu do ogniw Ni-MH, akumulatory Ni-Cd mają mniejszą pojemność na jednostkę objętości.

Pierwsze akumulatory Ni-Cd w postaci paluszków AA (R6) miały pojemność wynoszącą 500 mAh. Współczesne ogniwa o technologii innej niż Ni-Cd w rozmiarze AA osiągają pojemności przekraczające 2000 mAh, a ich napięcie znamionowe wynosi około 1,2 V. Standardowa pojemność dla ogniwa AA KR6 powinna wynosić do około 800 mAh; zbyt wysoka pojemność może obniżyć trwałość i wydajność prądową akumulatora.

Trwałość i koszty

Akumulator Ni-Cd pozostaje jednym z najtrwalszych ogniw miniaturowych, o ile jest odpowiednio użytkowany. Należy jednak pamiętać, że częste doładowywanie może prowadzić do wystąpienia efektu pamięci, co z kolei przyspiesza zużycie ogniwa. Mimo że akumulatory te są tańsze, ich niższa pojemność i większa masa w porównaniu do nowszych typów akumulatorów, takich jak Ni-MH, skłaniają do ich wycofywania z rynku.

Akumulatory Ni-MH oferują niemal identyczne napięcie ogniwa, znacznie większą wydajność prądową oraz podobne ceny w porównaniu do ogniw litowo-jonowych i litowo-polimerowych, które są wykorzystywane w telefonach, laptopach oraz w zasilaniu modeli zdalnie sterowanych. Mimo że te ostatnie wymagają dodatkowych układów zabezpieczających oraz mają ograniczoną trwałość, zyskują na popularności dzięki niskiej masie i dużej pojemności.

Cykl życia i ładowanie

Akumulator Ni-Cd jest w stanie przetrwać około 1000 cykli ładowania i rozładowania. Proces ładowania tych ogniw jest skomplikowany, ponieważ podczas ładowania napięcie na ogniwie nie wzrasta znacząco. Zazwyczaj zaleca się ładowanie przez 16 godzin prądem, który można obliczyć dzieląc pojemność akumulatora w mAh przez 10 (C/10). Możliwe są również procedury szybkiego ładowania, w których natężenie prądu zależy od czasu ładowania oraz temperatury ogniwa.

Problemy z utylizacją

Akumulatory konsumenckie są wycofywane z rynku z trzech powodów: po pierwsze, zużyte akumulatory stanowią zagrożenie dla środowiska, a liczba odpowiednich zakładów utylizacji jest niewystarczająca. Po drugie, ich trwałość nie zapewnia wystarczających zysków dla producentów, ponieważ akumulatory te są bardzo wytrzymałe i stosunkowo tanie. Ponadto ogniwa Ni-Cd mają mniejszą pojemność i większą masę niż nowocześniejsze akumulatory. Obecnie prowadzone są akcje zbiórki oraz skupu akumulatorów niklowo-kadmowych przez firmy zajmujące się produkcją akumulatorów przemysłowych, aby chronić środowisko i ponownie wykorzystać surowce wtórne.

Produkcja przemysłowa

Wiele firm nadal produkuje przemysłowe akumulatory niklowo-kadmowe w postaci pojedynczych ogniw 1,2 V lub w bateriach zawierających od 2 do 10 ogniw (o pojemności do 10 Ah na ogniwo). Są one wykorzystywane w przenośnych narzędziach, takich jak odkurzacze, wkrętarki czy wiertarki, oraz zamontowane na stelażach drewnianych, osiągających pojemności od 10 do 1250 Ah na ogniwo, co znajduje zastosowanie w przemyśle energetycznym, kolejnictwie, telekomunikacji i innych branżach wymagających wysokiej niezawodności.

Właściwości i zalety

Akumulatory te oferują szereg zalet:

Pracują w szerokim zakresie temperatur od -20 °C do +50 °C, z ekstremalnymi wartościami od -50 °C do +70 °C;
Dobrą wydajność w niskich temperaturach;
Odporność na starzenie się w wysokich temperaturach;
Odporność na niewłaściwe wykorzystanie elektryczne;
Odporność na wstrząsy i drgania;
Wymagają jedynie podstawowej obsługi;
Łatwość i niskie koszty instalacji;
Możliwość opcjonalnego wyposażenia w centralny system napełniania wodą;
Do 20 lat niezawodnego działania przy znacznie niższych kosztach w porównaniu z akumulatorami kwasowo-ołowiowymi.

Płyty niklowo-kadmowe są całkowicie niezawodne, nie ma ryzyka rozbiegania termicznego ani nagłej śmierci, ponieważ struktura wspierająca płyty dodatnie i ujemne jest wykonana ze stali, co eliminuje problem korozji, na który cierpią akumulatory kwasowe.

Przyszłość ogniw Ni-Cd

Do niedawna wydawało się, że ogniwa niklowo-kadmowe nie znikną z rynku przez długi czas, ponieważ w przeciwieństwie do ogniw niklowo-metalowo-wodorkowych charakteryzują się znacznie mniejszym samorozładowaniem, co umożliwia ich przechowywanie w stanie naładowanym. Ostatnio jednak pojawiły się nowoczesne ogniwa niklowo-wodorkowe z nowym separatorem, które wykazują minimalne samorozładowanie. Te nowoczesne ogniwa mają jednak niższe pojemności i są droższe od standardowych. W przeciwieństwie do nich akumulatory niklowo-kadmowe są stosunkowo tanie, a wiele osób w domach dysponuje ładowarkami, które nie są w stanie ładować ogniw Ni-MH.

Akumulatory tego typu wciąż znajdują zastosowanie w ekstremalnych warunkach pracy oraz w środowiskach zagrożonych wybuchem. Ich odporność na trudne warunki eksploatacyjne, takie jak wysokie temperatury (do 40 °C) oraz przeładowania, sprawia, że nie mają tendencji do eksplozji w wyniku wysokiej temperatury. Dlatego stanowią one solidne źródło energii w trudnych warunkach operacyjnych.