La batteria al nichel-cadmio è una fonte di tensione CC. Grazie alle sue proprietà e vantaggi, sta prendendo il sopravvento piombo acido a base di batterie e guadagnando popolarità negli ultimi tempi. È piccolo, compatto, facilmente trasportabile da un luogo all'altro. Gli usi generali di questa batteria sono giocattoli, calcolatrici, piccoli Motori DC , ecc. Per quanto riguarda il principio, è lo stesso delle batterie al piombo. Un metallo viene laminato con cadmio e strati separatori e mantenuto in redox in modo che la reazione chimica produca la tensione continua. Le batterie sono popolari da molto tempo e nel tentativo di aumentare l'efficienza della batteria vengono utilizzati sempre più elementi chimici. Questo rende la costruzione compatta.
Cos'è una batteria al nichel-cadmio?
È un dispositivo che produce tensione CC in base alla reazione chimica tra le sostanze coinvolte. In una batteria al nichel-cadmio, il materiale redox viene utilizzato come base e attorno ad esso vengono utilizzati lo strato di nichel e un separatore. La tensione delle celle al nichel-cadmio è di circa 1,2 V. Quando sono collegate in serie, generalmente da 3 a 4 celle vengono imballate insieme per ottenere un'uscita da 3,6 a 4,8 V
Design della batteria al nichel-cadmio
Teoria delle batterie al nichel-cadmio
Il principio di funzionamento di una batteria al nichel-cadmio è lo stesso delle altre batterie. Per migliorare l'efficienza, vengono utilizzati nichel e cadmio. Una batteria è la fonte della tensione CC, quindi deve essere costituita da due punti potenziali, ovvero positivo e negativo o anche chiamato anodo e catodo. In una batteria al nichel-cadmio, innanzitutto, uno strato di ossido di nichel NiO2 viene mantenuto attorno al redox.
Questo strato di ossido di nichel funge da strato catodico. Sopra lo strato di ossido di nichel viene mantenuto uno strato di KaOH, che funge da separatore. Va notato che questo strato separatore deve essere immerso in acqua o umido. Il suo scopo è fornire gli ioni negativi OH necessari per la reazione chimica. Sopra lo strato separatore viene posizionato il cadmio. Lo strato di cadmio funge da anodo per la batteria al nichel-cadmio. Il diagramma della batteria al nichel-cadmio è mostrato sotto.
Diagramma della batteria al nichel-cadmio
Come mostrato, nel diagramma, il nichel funge da elettrodo positivo collettore e lo strato di cadmio funge da collettore di strato negativo. Lo strato separatore tra i due strati è costituito da KOH o NaOH. Il suo scopo è fornire ioni OH. Oltre a questi, è costituito anche da una valvola di sicurezza, piastra di tenuta, anello isolante, guarnizione isolante e un involucro esterno.
Lo scopo dell'anello isolante è di fornire isolamento tra i due strati. La guarnizione isolante è il luogo in cui viene tenuto vicino l'anello isolante. Lo strato separatore è collegato a questo anello. L'involucro esterno serve a fornire protezione agli strati interni da fattori esterni come danni e uso improprio della batteria. Va notato che, a causa delle reazioni chimiche che avvengono all'interno della batteria, è sempre pericoloso lavorare con la batteria.
La custodia della batteria non viene mai aperta, poiché tutti gli strati sono esposti e può causare danni alla persona che la utilizza. Allo stesso modo, quando non in uso, si consiglia di rimuovere la batteria dal dispositivo.
Equazioni della batteria al nichel cadmio
Le equazioni chimiche che rappresentano la reazione chimica possono essere fornite come
La prima equazione rappresenta la reazione tra lo strato catodico di nichel e il separatore. Fornisce un'uscita di ioni ossido di nichel OH. La necessità dello strato separatore come accennato prima è di fornire gli ioni OH richiesti per la reazione chimica. Per la fornitura di H20, lo strato separatore viene bagnato con acqua per la reazione iniziale. Successivamente si ottiene H2O come uno dei sottoprodotti.
Sul lato anodico, lo strato di cadmio è anche combinato con ioni OH che si ottengono dallo strato separatore. Ciò si traduce in ossido di cadmio ed elettroni. Si può notare che gli elettroni in entrambe le equazioni vengono cancellati. Inoltre, gli ioni OH vengono cancellati. L'equazione di promemoria è data dalla terza equazione, dove il nichel è combinato con cadmio e acqua. Si traduce in ossido di nichel e ossido di cadmio.
Intervallo di temperatura della batteria al nichel-cadmio
L'intervallo di temperatura per la batteria al nichel va da 0 a 45 gradi centigradi durante la carica e da -20 a 65 gradi centigradi durante la scarica. Al di là di questo intervallo di temperatura, la batteria non funziona e esistono persino possibilità di esplosione.
Tossicità delle batterie al nichel-cadmio
La batteria al nichel-cadmio è molto tossica per il corpo umano. Il cadmio è un metallo pesante che presenta diversi rischi per il corpo umano. Il cadmio ha anche un effetto fisiologico sul sistema. La presenza media di cadmio nel corpo umano è di circa 1 microgrammo per litro. Ha un effetto diretto sul sistema digestivo. Allo stesso modo, il nichel è anche velenoso per il sistema respiratorio umano.
Voltaggio della batteria al nichel-cadmio
In generale, ogni tensione per una batteria al nichel-cadmio sarebbe di circa 1,2 V. Il numero di celle sono collegate in serie o in parallelo per ottenere la tensione richiesta. La sua energia specifica, a parte il voltaggio, è di circa 50-60 Wh per Kg. Questo è moderatamente alto rispetto alle batterie al nichel-ferro, ma relativamente inferiore alle batterie al nichel-zinco e al nichel-metallo idruro.
La potenza specifica è di 200 W per kg. Questo è moderatamente alto rispetto alle batterie al nichel-ferro ma relativamente inferiore alle batterie al nichel-zinco e al nichel-metallo idruro. Per le batterie al nichel-metallo, è di circa 170-1000. Per le batterie al nichel-ferro, è di circa 100. L'efficienza energetica è di circa il 70-75%. Questo è moderatamente alto rispetto alle batterie al nichel-ferro ma relativamente inferiore alle batterie al nichel-zinco e al nichel-metallo idruro. Per le batterie al nichel-metallo, è intorno al 70-80%. Per le batterie al nichel-ferro, è intorno al 60-70%.
Costruzione della batteria al nichel-cadmio
Dal punto di vista costruttivo, la batteria al nichel-cadmio è la stessa delle batterie al piombo. Consiste di tre strati fondamentali. Il primo è uno strato di nichel, quindi lo strato separatore e lo strato di cadmio. Il nichel funge da collettore di elettrodi positivi e lo strato di cadmio funge da collettore di strato negativo.
Lo strato separatore tra i due strati è costituito da KOH o NaOH. Il suo scopo è fornire ioni OH. Oltre a questi, è costituito anche da una valvola di sicurezza, piastra di tenuta, anello isolante, guarnizione isolante e un involucro esterno. Lo scopo dell'anello isolante è di fornire isolamento tra i due strati. La guarnizione isolante è il luogo in cui viene tenuto vicino l'anello isolante. Lo strato separatore è collegato a questo anello.
L'involucro esterno serve a fornire protezione agli strati interni da fattori esterni come danni e uso improprio della batteria. Va notato che, a causa delle reazioni chimiche che avvengono all'interno della batteria, è sempre pericoloso lavorare con la batteria. Gli strati insieme allo strato separatore formano la reazione chimica richiesta e formano la differenza di potenziale.
Batteria al nichel cadmio funzionante
Il funzionamento della batteria al nichel-cadmio si basa sulla reazione chimica che avviene tra gli strati. La batteria che è una fonte di tensione CC è costituita da due porte, ovvero anodo e catodo. Durante la fabbricazione della batteria, prima lo strato di cadmio viene mantenuto sul redox. Lo strato di cadmio funge da terminale del catodo. Il cadmio è uno dei materiali pesanti e ha buone proprietà conduttive. Sopra lo strato di cadmio vengono mantenuti gli strati separatori.
Lo scopo dello strato separatore è fornire gli ioni OH richiesti per il reazione chimica . Gli ioni OH sono necessari per la reazione tra lo strato catodico di nichel e il separatore. Fornisce un'uscita di ioni ossido di nichel OH. La necessità dello strato separatore come accennato prima è di fornire gli ioni OH richiesti per la reazione chimica. Per la fornitura di H20, lo strato separatore viene bagnato con acqua per la reazione iniziale.
Successivamente si ottiene H2O come uno dei sottoprodotti. Sul lato anodico, lo strato di cadmio è anche combinato con ioni OH che si ottengono dallo strato separatore. Ciò si traduce in ossido di cadmio ed elettroni. Si può notare che gli elettroni in entrambe le equazioni vengono cancellati. Inoltre, gli ioni OH vengono cancellati. L'equazione di promemoria è data dalla terza equazione, dove il nichel è combinato con cadmio e acqua. Si traduce in ossido di nichel e ossido di cadmio. La reazione chimica è seguita dal flusso di elettroni che causa la differenza di potenziale tra due terminali.
Tipi di batterie al nichel cadmio
La classificazione delle batterie al nichel-cadmio viene effettuata solo in base alle dimensioni e alla tensione disponibile. In base alle dimensioni, può essere AAA, AA, A, Cs, C, D o F. Tutte queste dimensioni hanno specifiche di tensione di uscita diverse. Alcuni di loro sono a forma di tubo cilindrico e alcuni di loro sono in un involucro esterno a forma di scatola rettangolare.
Vantaggi e svantaggi
I vantaggi della batteria al nichel cadmio sono
- Fornisce un'elevata corrente di uscita
- Tollera il sovraccarico
- Resiste fino a 500 cicli di ricarica
Gli svantaggi della batteria al nichel-cadmio sono
- Il cadmio non è un materiale ecologico
- Minore tolleranza alla temperatura rispetto ad altre batterie.
Applicazioni per batterie al nichel cadmio
Ha varie applicazioni come giocattoli, piccoli motori CC, calcolatrici, ventilatori, computer, ecc.
Quindi abbiamo visto le applicazioni, il funzionamento ei dettagli di batteria al nichel-cadmio . Si deve vedere quali sono altri materiali che possono essere combinati con il nichel poiché il cadmio ha effetti pericolosi.
