آشنایی با باتری های نیکل کادمیوم

3.9
(103)

 باطری نیکل کادمیوم چیست؟

باتری‌های نیکل–کادمیم (به انگلیسی: Nickel–cadmium battery) (مخفف : NiCd یا NiCad) گونه‌ای از باتری‌های قابل شارژ هستند که در آن از نیکل (III) اکسید و کادمیم به صورت فلز به عنوان الکترود استفاده می شود و به همین دلیل اسم این باتری ها را Ni-Cd قرار داده اند.

در مقایسه با سابر باتری های قابل شارژ، باتری های ni-cd دارای چرخه کار بهتری هستند اما مهمترین مزیت آنها تحویل ظرفیت نامی حتی در نرخ دشارژ بالا است اگرچه این باتری ها دارای قیمت بالاتری نسبت به باتری های سرب اسید هستند و نرخ خود دشارژی این باتری ها بالا است.

باتری نیکل کادمیوم و هر آنچه باید درمورد آن بدانید
باتری نیکل کادمیوم و هر آنچه باید درمورد آن بدانید

تاریخچه تولید باطری Ni-Ca

باتری های نیکل کادمیوم تر (باتری هایی که الکترولیت آن ها مایع است را باتری تر میگویند) در سال ۱۸۹۹ توسط Waldemar Jungner اختراع شدند. این باتری ها به سرعت سهم بازار را در سال ۱۹۹۰ از دست دادند و باتری های نیکل-متال هیدرید و لیتیوم-یون جایگزین آن شدند.

به واسطه پیشرفت تکنولوژی ساخت باتری در نیمه دوم قرن بیستم باتری ها با قیمت بسیار ارزانتر تولید شدند و دستگاه هایی که به وسیله باتری کار میکنند بسیار گسترش پیدا کردتد. به طوری که در سال ۲۰۰۰ حدود ۱٫۵ میلیارد باتری نیکل کادمیوم به طور سالانه تولید شد. تا اواسط سال ۱۹۹۰ باتری های نیکل کادمیوم اکثریت باتری های شارژ پذیر را در کاربردهای خانگی دارا بودند.

ساختار باتری نیل کادمیوم
ساختار باتری نیل کادمیوم

ساختار باتری نیکل کادمیوم

باطری نیکل کادمیوم نوعی باطری قابل شارژ می باشد که در آن اکسید نیکل و کادمیوم بکار رفته و محلول هیدروکسید پتاسیم با غلظت 20 تا 35 درصد از حجم کل محلول الکترولیت را بخود اختصاص داده است. هرچه تعداد دفعات دشارژ باطری افزایش یابد طول عمر آن کاهش می باید، ولی باطری نیکل کادمیوم دارای چرخه دشارژ بیار بیشترری نسبت به دیگر بازری های مشابه هستند.

باتری های نیکل کادمیوم به دلیل خطرات زیست محیطی که کادمیوم دارد تولیدش محدود شده است و جای خود را به باتری های لیتیومی و نیکل هیدریدی داده است. این باتری چگالی جرمی و حجمی بیشتری نسبت به نوع سرب اسید دارد و گران تر است.

مانند باتری های قابل شارژ دیگر مقاومت داخلی کمتری نسبت به نوع اولیه دارد. جریان نشتی این باتری از نوع سرب اسید بیشتر است. این نوع باتری در شکل ها، اندازه ها و ولتاژ های گوناگونی ساخته می شوند.

باطری هایی که این ساختار شیمیایی را دارند معمولا در سایزهای قلمی، نیم قلمی و SC تولید و عرضه می شوند و برای استفاده در جارو شارژی، تلفن بیسیم، دریل شارژی و اسباب بازی های کنترلی به کار می روند.

مشخصات باتری نیکل کادمیوم

ویژگی های باتری Nickel Cadmium
ویژگی های باتری Nickel Cadmium

    ولتاژ سلول باتری نیکل کادمیوم

    سلول های نیکل کادمیوم ولتاژی در حدود ۱٫۲ ولت دارند که کمتر از ولتاژ نامی ۱٫۵ ولت سلول های آلکالاین یا Zn-C است به همین دلیل نمیتوانند در همه کاربردها جایگزین این باتری ها شوند.

    اما این ولتاژ ۱٫۵ ولت، ولتاژ شارژ کامل باتری های آلکالاین است و هنگامی که این باتری ها تخلیه میشوند به ولتاژی حدود ۰٫۹ ولت میرسند.

    از طرفی باتری های نیکل کادمیوم تقریبا افت ولتاژ ناچیزی دارند به همین دلیل دستگاه هایی که ولتاژ ۰٫۹ ولت تا ۱٫۵ ولت را تحمل میکنند به راحتی میتوانند با باتری نیکل کادمیوم نیز کار کنند.

    کاربردهای باتری نیکل کادمیوم

    کاربردهای باتری های Nickel Cadmium
    کاربردهای باتری های Nickel Cadmium

    سلول های نیکل کادمیوم میتوانند به صورت تک یا چند سلول پک شوند. سلول های کوچک میتواند برای کاربردهایی نظیر اسباب بازی ها یا وسایل الکترونیکی همراه به کار برده شود.

    به طور عمده باتری های نیکل کادمیوم در تلفن های بی سیم، روشنایی اضطراری، کامپیوترها، اسباب بازی ها استفاده میشود. باتری های نیکل کادمیوم بزرگ در خودروهای الکتریکی، قایق ها، سیستم های برق اضطراری  و استارتر هواپیما استفاده میشود.

    شارژ باتری های نیکاد

    سلول های نیکل کادمیوم میتوانند با سرعت های مختلفی شارژ شوند که بستگی به ساختار باتری دارد. جریان شارژ باتری معمولا متناسب با ظرفیت نامی باتری است و میتواند از ۰٫۱ آمپر ساعت نامی تا ۴ برابر آمپر ساعت نامی باشد که البته بسیار کم مورد استفاده قرار میگیرد.

    هرچه که جریان شارژ باتری بیشتر باشد دمای باتری به سرعت بالا میرود. البته فرآیند شارژ باتری نیکل کادمیوم یک فرآیند گرماگیر است اما هنگامی که باتری نزدیک به شارژ کامل باشد دمای آن به سرعت بالا میرود و به ۴۵ تا ۵۰ درجه میرسد که بعضی از شارژرها از طریق دما متوجه شارژ کامل باتری شده و فرآیند شارژ را متوقف میکنند.

    در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد این نوع باتری ها حدود ۱۰ درصد در ماه دشارژ میشوند اگر میخواهید باتری را به مدت طولانی مورد استفاده قرار ندهید باید شارژ آن را حدود ۴۰ درصد قرار دهید البته بعضی از کمپانی ها اتصال کوتاه باتری کاملا خالی را پیشنهاد میکنند. در ضمن باتری ها باید در جای خشک و خنک باشند.

    دشارژ باتری نیکل کادمیوم

    سرعت دشارژ باتری نیکل کادمیوم به سایز آن بستگی دارد. به عنوان نمونه در سایز AA سرعت تخلیه میتواند ۱٫۸ آمپر باشد و برای سایز D به ۳٫۵ آمپر برسد.

    مثلا در یک هواپیما یا قایق که جریان زیادی تا حدود ۱۰۰ آمپر را برای ۵ تا ۶ دقیقه نیاز است تا موتور را به حرکت درآورده شود میتوا از یک باتری نسبتا کوچک استفاده کرد. البته در کاربردهایی که به چگالی توان بالا نیاز است میتوان از باتری های لیتیوم پلیمر یا لیتیوم-آهن فسفات استفاده کرد.

    شارژ بیش از حد باتری نیکاد

    سلول های نیکل-کادمیوم شامل یک مخزن تحت فشار است که گازهای اکسیژن و هیدروژن را قبل از اینکه بتوانند دوباره به آب ترکیب شوند را در بر می گیرد.

    از آن جایی که تولید این گازها به طور متعارف طی شارژ و تخلیه سریع و در شرایط آور شارژ اتفاق می افتد، اگر فشار بیش از حد افزایش یابد شیر دریچه اطمینان عمل کرده و بخار آب کاهش می یابد.

    از آن جایی که مجراها برای حاوی مقدار دقیق الکترولیت طراحی گشته اند این کاهش بخار آب به سرعت در ظرفیت سلول ها و توانایی آنها برای دریافت و ارسال جریان را تحت تاثیر قرار می دهد.

    تشخیص اورشارژ باتری بر عهده شارژر است بنابراین انتخاب یک شارژر ارزان و بی کیفیت یا شارژر نامناسب به سلول های باتری آسیب می رساند. شارژر باتری نیکل کادمیوم با شارژ باتری های سیلد اسید متفاوت است.

    اثر حافظه در باتری های نیکل کادمیوم

    منظور از اثر حافظه در باتری های ثانویه
    منظور از اثر حافظه در باتری های ثانویه

    باتری های نیکل کادمیوم مشکلی به نام “اثر حافظه” دارند که اگر صدها بار تا درصد مشخصی دشارژ و دوباره شارژ شوند باتری آن نقطه را در حافظه خود نگه میدارد و هنگامی که شارژ باتری به آن نقطه برسد به طور ناگهانی ولتاژ باتری کاهش میابد.

    در استفاده های بعدی، ولتاژ در آن نقطه افت می کند، انگار که تخلیه شارژ صورت گرفته باشد. به این دلیل است که بهتر است باتری نیکاد را قبل از شارژ مجدد، تا انتها تخلیه کنید. با این نوع استفاده مناسب، پیش از اینکه ظرفیت از بین برود، باتری نیکل کادمیوم می تواند بیش از 1000 چرخه دوام بیاورد.

    البته این امر لزوما به معنای کاهش ظرفیت باتری نیست زیرا تقریبا بسیاری از تجهیزاتی که از این باتری ها تغذیه میکنند میتوانند این کاهش ولتاژ را تحمل کنند و باز هم توان مورد نیاز خود را از باتری دریافت کنند.

    اگر تقریبا هر ماه یک بار باتری را به طور کامل تخلیه کنید تقریبا میتوان گفت اثر حافظه از بین میرود. این مورد باز هم میتواند به ویژگی های شارژر برگردد و یک شارژر خوب باید به طور خودکار این موارد را انجام دهد تا باتری بیشترین طول عمر ممکن را داشته باشد.

    تاثیرات زیست محیطی

    باتری های نیکل کادمیوم شامل ۶ درصد (در موارد صنعتی) یا ۱۸ درصد (در موارد تجاری) کادمیوم هستند که یک فلز سنگین و سمی است. بنابراین دفع باتری نیازمند مراقبت های ویژه است. کادمیوم یک فلز سنگین است که هنگام دفن یا سوزانده شدن باعث ایجاد آلودگی قابل توجه میشود به همین دلیل امروزه بسیاری از کشورها در تلاش هستند تا باتری های کهنه را دوباره بازیافت و قابل استفاده کنند.

    قیمت باتری های نیکل کادمیوم

    باتری های نیکل کادمیوم حدودا بین ۲ تا ۴ بار گرانتر از نمونه مشابه خود از نوع سرب اسیدی هستند. البته با توجه به کیفیت و تکنیک ساخت آن این امکان وجود دارد که به بیشتر از ۵ برابر نیز برسد. ولی مصرف کنندگان بیشتری به سمت باتری های نیکل کادمیوم می روند.

    باتری نیکل کادمیوم ups

    باتری یو پی اس نیکل کادمیوم
    باتری یو پی اس نیکل کادمیوم

    درون یو پی اس‌ ها یک باتری قرار گرفته است که یو پی اس در حالت عادی که ولتاژ به طور مناسب وجود دارد، با استفاده از جریان برق، این باتری یو پی اس را شارژ می‌کند. در صورتی که قطعی برق یا افت ولتاژ اتفاق بیفتد، به‌ طور خود به خودی منبع تغذیه­ دستگاه­ها توسط یو پی اس از برق شهر به این باتری تغییر پیدا می‌کند.

    این کار تقریباً آنی انجام می­شود و زمان لازم برای آن در حدود یک یا دو هزارم ‌ثانیه است. و در نتیجه دستگاه‌های الکتریکی اصلاً متوجه قطع جریان الکتریکی نمی‌شوند و بدون آسیب به کار عادی خود ادامه می‌دهند. باتری‌های لیتیوم و سیلور آلکالین، سرب اسید و نیکل کادمیوم از پرکاربردترین انواع باتری‌ قابل استفاده در یو پی اس می‌باشند.

    یو پی اس چیست ؟ نقش سیستم ups

    ویژگی های باتری های یو پی اس کادمیوم عبارتند از:

    1. طول عمر و زمان کارکرد بسیار بالا (دارای بیش از 1000 چرخه‌ی شارژ و دشارژ هستند. )
    2. دوام و استقامت بسیار زیاد در برابر تنش‌های الکتریکی و مکانیکی که یو پی اس را در محیط‌های مختلف تهدید می‌کند.
    3. میزان دشارژ خود به خودیِ کم
    4. میزان مقاومت داخلی اندک
    مزیت‌های باتری ups نیکل کادمیوم نسبت به سایر باتری‌ها
    • استقامت بیشتر
    • نگهداری آسان‌تر
    • عمر موثر بیشتر
    • اشغال فضای کمتر
    • وزن کمتر
    معایب باطری یو پی اس نیکل کادمیوم نسبت به سایر باتری‌ها
    • ولتاژ کمتر هر یک از سلول‌ها
    • افت ولتاژ در حالت دشارژ
    • راندمان آن‌ها حدود60 تا 75 درصد است و به نسبت می‌توان گفت که مصرف شارژ قابل ملاحظه ای دارند.
    • مصرف بالاتر آب مقطر
    • هرچند سال یک بار لازم است اقدام به تعویض الکترولیت آن‌ها کرد.
    • قیمت بیشتر
    • حساسیت بیشتر نسبت به دماهای زیاد

    اصول نگهداری و افزایش عمر مفید باتری نیکل کادمیوم

     نگهداری باتری نیکل کادمیوم
    نگهداری باتری کادمیوم

    باتری های نیکل کادمیوم با تعویض الکترولیت مربوطه و احیا باتری می توانند تا ۲۵ سال طول عمر داشته باشند. که دستیابی به این موضوع در گرو سرویس و نگهداری علمی و اصولی می باشد. لازم به توضیح است باتری های نیکل کادمیوم در صنایع نفت و پتروشیمی، ناوگان حمل و نقل راه آهن و مترو کاربرد فراوان دارد. که نیازمند سرویس های دوره ای منظم می باشند.

    نگهداری و مراقبت از باتری های نیکل کادمیوم و استفاده مطلوب تا مرز ۲۵ سال بستگی به عوامل متعددی از جمله: کیفیت ساخت باتری، چگونگی شارژ و دشارژ و پارامترهای دیگری، بویژه تعویض الکترولیت باتری دارد.

    طول عمر باتری های نیکل کادمیوم

    یک قانون کلی در ارتباط با طول عمر اکثر باتریها وجود دارد و آن اینکه با افزایش تعداد دشارژ باتری طول عمر آن کم خواهد شد. اما باتری های نیکل کادمیوم به عمق دشارژ نیز حساس هستند. به این معنی که اگر فرضا باتری به طور متوسط ۳۰ درصد دشارژ شود طول عمر آن بسیار بیشتر از حالتیست که به طور متوسط تا ۸۰ درصد دشارژ می گردد.

    گرچه باتری های نیکل کادمیوم بسیار گرانتر از باتری های سرب اسیدی هستند. اما تعداد سیکل هایی که می توان آنها را دشارژ کرد بسیار بیشتر از باتری های سربی است.

     نحوه شارژ باتری نیکل کادمیوم
     نحوه شارژ باتری نیکل کادمیوم
    نحوه شارژ باتری نیکاد

    ولتاژ نامی سل این باتری 1. 2 ولت و با کنترل سطح ولتاژ و دمای آن شارژ می شود. ولتاژ در حین شارژ از ولتاژ بعد از اتمام شارژ بیشتر است (یعنی وقتی باتری از مدار شارژ خارج می شود ولتاژ کمتری نسبت به موقعی که داخل مدار است دارد).

    نحوه دشارژ باتری نیکاد

    این باتری در  مقابل اتصال کوتاه حساس است و به راحتی آسیب می بیند. همچنین  مانند بقیه باتری ها در مقابل نرخ دشارژ بیشتر از 1C و کاهش بیشتر از ولتاژ EODV حساس است و طول عمرش کاهش می یابد. علاوه بر آن این باتری در مقابل اضافه شارژ حساسیت بیشتری نسبت به نوع سرب اسید دارد.

    نحوه دشارژ باتری نیکاد
    نحوه دشارژ باتری نیکاد

    این باتری نباید به مدت طولانی بصورت شارژ شده انبار شود. و بهتر است که قبل از شارژ شدن مجدد کامل تا ولتاژ تخیله کامل پایین آید. دمایی که می تواند در آن کار کند از از 20- تا 70 درجه سانتی گراد است. چرخه ی شارژ و دشارژ بهتری نسبت به نیکل هیدرید دارد ولی نسبت به اضافه جریان شارژ حساس تر است؛ پس ولتاژ اعمال شده به آن باید تنظیم شده باشد.

     احیا باتری نیکل کادمیوم

    احیای باتری های Ni-Ca
    احیای باتری های Ni-Ca

    یکی از مواد متشکله الکترولیت باتری های نیکل کادمیوم ماده Potassium Hydroxide یا پتاس(KOH) است. این عنصر شیمیایی در تمام دوران حیات باتری و بخصوص زمانیکه باتری در حالت Flot charge بسر می برد، تمام گازهای انیدرید کربنیک (CO2) موجود در اطراف هوای باتری را از طریق منافذ درب باتری جذب نموده و آنرا وارد سلول می کند.

    و در اثر ترکیب با خود ماده جدیدی به نام کربنات پتاسیم (Potassium Carbonate) بوجود می آورد، که اصولا این ماده مزاحم الکترولیت و باتری است. و می تواند در دراز مدت به حداکثر غلظت خود برسد. که در چنین حالتی الکترولیت کاملا آلوده می گردد و به تدریج موجبات افزایش مقاومت داخلی باتری و کاهش ظرفیت آنرا فراهم می نماید.

    لذا جهت جلوگیری از پیشرفت چنین روندی و بهره گیری حدود ۲۵ سال از باتری نیکل کادمیوم، بایستی هر ۲/۵ الی ۳ سال یکبار مقدار ماده کربنات پتاسیم تشکیل یافته در داخل باتری را اندازه گیری کرد.  تا در صورتی که غلظت آن از مرز بحرانی ۶۰ گرم در لیتر تجاوز کرده باشد. به شستشوی شیمیایی PLATE و تعویض محلول الکترولیت باتری اقدام شود.

    از آنجا که غلظت ماده کربنات پتاسیم بعد از گذشت حدود ۳ سال به میزان قابل توجهی می رسد. اغلب سازندگان باتریهای نیکل کادمیوم توصیه کرده اند که بهتر است پس از انقضای مدت فوق تعویض الکترولیت انجام بشود.

    نظر شما در مورد این مقاله چیست؟

    بین 1 تا 5 ستاره نمره دهید

    عضو شوید
    آگاه شوید
    guest
    10 نظرات
    قدیمی ترین
    جدیدترین بیشترین رای
    فید بک نظرسنجی داخل متن
    مشاهده تمام نظرات
    رضایی
    رضایی
    3 سال پیش

    سلام روز بخیر، باتری نیکل کادیوم برای چه مواردی استفاده میشه ما شرکت هستیم میخواستم ببینم مناسبه برای شرکت؟

    کیان باتری
    کیان باتری
    در جواب  رضایی
    3 سال پیش

    با سلام باتریهای نیکل کادمیوم از پرکاربرد ترین انواع باتری ها در صنعت یو پی اس می‌باشندباتری نیکل کادمیوم (Nickel Cadmium): هیدرات نیکل (NiOOH) بخش عمده قطب مثبت را تشکیل می‌دهد در حالیکه کادمیوم اسفنجی (Cd) عنصر غالب در مواد تشکیل دهنده قطب منفی است. محلول هیدروکسید پتاسیم (KOH) در آب نیز نقش الکترولیت باتری را دارد. غلظت هیدروکسید پتاسیم عموما بین ۲۰ تا ۳۵ درصد از کل محلول الکترولیت است. باتریهای نیکل کادمیوم نسبت به تغییر دما حساسیت کمی از خود نشان می‌دهند. بویژه در مواردی که باتری می‌بایست در دماهای پایین مورد استفاده قرار گیرد بهترین گزینه استفاده… خواندن ادامه ...

    هاشمی
    هاشمی
    2 سال پیش

    با سلام.
    در مورد تعویض 3 ساله الکترولیت آیا در مدارک فنی باتری ها قید شده؟ یا استانداردی براش هست.
    اگر هست لطف میکنید به اشتراک بگذارید تا بهش استناد کنیم

    سجاد کرمیان
    سجاد کرمیان
    2 سال پیش

    سلام قیمت هر سل از این باطری ها در کوچکترین سایز چقدر است؟؟

    علی
    1 سال پیش

    باعرض سلام بنده خریدار ضایعات باطریهای نیکل کادمیوم هستم

    shoa
    shoa
    1 سال پیش

    سلام ….
    ایا باطریهای نیکل کادیوم نیاز به اسید دارند یا فقط اب مقطراضافه میشوند؟؟؟؟
    ممنون میشم جواب بدید.متشکرم

    کیان باتری
    کیان باتری
    در جواب  shoa
    1 سال پیش

    با سلام باتری نیکل کادمیوم (Nickel cadmium) : هیدرات نیکل (NiOOH) بخش عمده قطب مثبت را تشکیل می دهد. در حالیکه کادمیوم اسفنجی عنصر غالب در مواد تشکیل دهنده قطب منفی است. محلول هیدروکسید پتاسیم در آب نیز نقش الکترولیت باتری را داردغلظت هیدروکسید پتاسیم عموما بین ۲۰ تا ۳۵ درصد از کل محلول الکترولیت است. هرچه تعداد دفعات دشارژ باتری افزایش یابد طول عمر آن کاهش می باید، ولی باتری نیکل کادمیوم دارای چرخه دشارژ بسیار بیشتری نسبت به دیگر باتری های مشابه هستند. در باتری های نیکل کادمیوم، باتری هایی که الکترولیت آن ها مایع است را باتری… خواندن ادامه ...

    مهرداد زند
    مهرداد زند
    در جواب  shoa
    1 سال پیش

    این باتری ها الکترولیت قلیایی دارن

    داود ناهید کلتپه
    داود ناهید کلتپه
    1 سال پیش

    با سلام وخسته نباشید لطفا علت شارژ خالی کردن باتری نیکل کادمیوم 20 آمپر موقع تست لود زیر یک ساعت چیست

    مرادی
    مرادی
    1 سال پیش

    باسلام من خرید ضایعات این نوع باطری ها را دارم در صورت موجود با قیمت عالی خرید دارم ۰۹۰۵۸۹۴۱۵۴۵

    سبد خرید
    اسکرول به بالا
    مشاوره رایگان و ثبت سفارش