Nikel-kadmiyum pil

Nikel-kadmiyum pil (NiCd ve NiCad gibi bilinir) elektrot olarak nikel oksit hidroksit ve metalik kadmiyum kullanan bir şarj edilebilir pil türüdür. NiCd kısaltması, nikel (Ni) ve kadmiyum (Cd) kimyasal sembollerinden türemiştir: NiCad kısaltması, SAFT Corporation'ın tescilli bir ticari markasıdır, ancak bu marka adı tüm Ni-Cd pillerini tanımlamak için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Islak hücreli nikel-kadmiyum piller 1899'da icat edildi. Yeniden şarj edilebilir pil teknolojileri arasında NiCd, 1990'larda NiMH ve Li-ion pillere olan pazar payını hızla kaybetti; Pazar payı% 80 düştü. Bir NiCd pil yaklaşık 1.2 volt deşarj sırasında bir terminal voltajına sahiptir ve bu deşarj neredeyse bitinceye kadar az azalır. NiCd piller, karbon çinko kuru hücrelerle değiştirilebilen taşınabilir sızdırmazlık tiplerinden, bekleme gücü ve harekete geçirici güç için kullanılan geniş havalandırmalı hücrelere kadar çok çeşitli boyut ve kapasitelerde üretilmektedir. Diğer şarj edilebilir pil türleri ile karşılaştırıldığında, düşük sıcaklıklarda düşük sıcaklıklarda iyi bir çevrim ömrü ve performansı sağladığı halde önemli avantajları, yüksek deşarj oranlarında (bir saat içinde veya daha kısa bir sürede boşaltma) tam kapasitelerini sunma yeteneğidir. Bununla birlikte, malzemeler kurşun asit pilinkinden daha pahalıdır ve hücrelerin kendi kendini boşaltma oranları yüksektir.
Mühürlü NiCd hücreleri bir zamanlar taşınabilir elektrikli el aletleri, fotoğraf ekipmanı, el feneri, acil aydınlatma, hobi R / C ve taşınabilir elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Nikel-metal hidrit pillerin üstün kapasitesi ve daha yakın zamanda düşük maliyetleri, kullanımlarını büyük oranda değiştirmiştir.

Tarihi

İlk Ni-Cd pil, 1899 yılında İsveç'teki Waldemar Jungner tarafından kuruldu. O zamanlar, tek doğrudan rakip olan kurşun-asit pil, daha az fiziksel ve kimyasal olarak sağlamdı. İlk prototiplere ufak tefek yeniliklerle enerji yoğunluğu hızla birincil pillerin yarısına ve kurşun asitli pillerden önemli ölçüde arttı. Jungner kadmiyum için değişen miktarlarda demir yerine geçmeyi denedi, ancak demir formülasyonlarını istemek istedi. Jungner'ın çalışmaları ABD'de büyük oranda bilinmiyordu.
Thomas Edison 1902 yılında bir nikel veya kobalt kadmiyum pil patenti aldı ve Ni-iron pilini Jungner'ın kurulumundan iki yıl sonra ABD'ye getirince pil tasarımını uyarladı. 1906 yılında Jungner, Oskarshamn'a yakın bir fabrika kurarak İsveç'e sızdırma dizayn Ni-Cd piller üretti.
1932'de aktif malzemeler gözenekli nikel kaplı bir elektrot içinde biriktirildi ve on beş yıl sonra mühürlü bir nikel-kadmiyum pil üzerinde başladı.
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ilk üretim 1946'da başladı. Bu noktaya kadar, piller, nikel ve kadmiyum aktif maddeleri içeren nikel kaplı çelik ceplerden yapılmış "cep tipi" idi. Yirminci yüzyılın ortalarında sinterlenmiş plaka Ni-Cd pilleri giderek daha popüler hale geldi. Yüksek basınç kullanarak erime noktasının çok altındaki bir sıcaklıkta nikel tozunun eritilmesi sinterlenmiş plakalar oluşturur. Bu şekilde oluşturulmuş plakalar oldukça gözeneklidir, hacimce yüzde 80'dir. Pozitif ve negatif plakalar sırasıyla nikel ve kadmiyum-aktif malzemelerle nikel plakalarının ıslatılarak üretilir. Sinterlenmiş plakalar genellikle cep türüne göre çok daha incedir ve hacim başına daha fazla yüzey alanı ve daha yüksek akımlar sağlar. Genel olarak, bir pilin içindeki reaktif malzeme yüzeyi miktarı arttıkça, iç direnci de düşer.

Özellikleri

Ni-Cd pil için maksimum deşarj oranı, boyuta göre değişir. Ortak bir AA boyutlu hücre için maksimum deşarj hızı yaklaşık 1.8 amperdir; D boyutlu bir pil için deşarj oranı 3.5 amper kadar yüksek olabilir.
Model uçak veya tekne üreticileri, çoğunlukla, ana motorları çalıştırmak için kullanılan özel olarak inşa edilmiş Ni-Cd pillerden yüz amper kadar kadar daha büyük akımlar alırlar. 5-6 dakikalık model çalışması, oldukça küçük pillerden kolayca elde edilebilir; bu nedenle, içten yanmalı motorlarla kıyaslandığında, daha düşük bir sürede olsa da, oldukça yüksek bir güç-ağırlık rakamı elde edilir. Bununla birlikte, bunlar büyük oranda daha yüksek enerji yoğunlukları sağlayabilen lityum polimer (Lipo) ve lityum demir fosfat (LiFe) pillerin yerini almışlardır.
Ni-Cd hücrelerinin nominal hücre potansiyeli 1.2 volttur (V). Bu, 1.5 V alkalin ve çinko-karbon primer hücrelerden düşüktür ve bu nedenle, tüm uygulamalarda bir yedek olarak uygun değildir. Bununla birlikte, birincil alkalin pilin 1,5 V'u, ortalamadan ziyade başlangıçtaki voltajına atıfta bulunmaktadır. Alkali ve çinko-karbon birincil hücrelerin aksine, bir Ni-Cd hücresinin terminal voltajı boşaltırken yalnızca biraz değişir. Birçok elektronik cihaz, hücre başına 0,90 ila 1,0 V kadar düşük deşarj sağlayabilecek birincil hücrelerle çalışacak şekilde tasarlandığından, nispeten sabit 1,2 V bir Ni-Cd hücrenin çalışmasına izin vermek için yeterlidir. Bazıları, neredeyse sabit voltajı bir dezavantaj olarak düşünürler, çünkü pil şarjı düşük olduğunda bunu tespit etmek zorlaşmaktadır. 9 V'luk pilleri değiştirmek için kullanılan Ni-Cd piller genellikle 7.2 voltluk bir terminal voltajı için altı hücredir. Çoğu cep telefonu bu voltajda tatmin edici biçimde çalışırken, Varta gibi bazı üreticiler daha kritik uygulamalar için yedi hücreli 8.4 voltluk piller ürettiler.

Doldurma

Ni-Cd piller, hücrenin nasıl üretildiğine bağlı olarak birkaç farklı oranda şarj edilebilir. Şarj oranı, batarya şarj süresince sabit bir akım olarak beslenen amp-saat kapasitesinin yüzdesine dayanarak ölçülür. Şarj hızından bağımsız olarak, şarj esnasındaki enerji kaybını hesaba katmak için, daha hızlı şarjların daha verimli olmasıyla, aküye gerçek kapasitesinden daha fazla enerji sağlanmalıdır. Örneğin, "geceleme" şarjı, 14-16 saat boyunca bir onda bir amper değerine (C / 10) eşit bir akım tedarik etmeyi içerebilir.
1 saatte (1C) pilin nominal kapasitesinin % 100'ünde yapılan hızlı şarj hızında, pil şarjın yaklaşık% 80'ini tutar; bu nedenle 100 mAh'lik bir pil şarj etmek için 125 mAh alır. Bazı özel piller, 4C veya 6C şarj hızında 10-15 dakika kadar kısa bir sürede şarj edilebilir, ancak bu çok nadirdir. Aynı zamanda iç aşırı basınç koşullarından ötürü hücrelerin aşırı ısınma ve havalandırma riskini de büyük ölçüde artırır: Hücrenin sıcaklık artış hızı iç direnci ve şarj oranının karesi tarafından yönetilir. 4C hızında, hücrede üretilen ısı miktarı, 1C hızındaki ısının on altı katından fazladır. Daha hızlı şarj olmanın dezavantajı, aşırı şarj olma riski olup bataryaya zarar verebilir.
Kullanımda güvenli sıcaklık aralığı -20 °C ile 45 °C arasındadır. Şarj işlemi sırasında, pil sıcaklığı tipik olarak ortam sıcaklığının hemen hemen aynı kalır, ancak pil tamamen şarj olduğunda, sıcaklık 45-50 °C'ye yükselir. Bazı pil şarj cihazları, şarjı kesmek ve aşırı şarjı önlemek için bu sıcaklık artışını tespit eder. Yükleme veya şarj olmazsa, Ni-Cd pil 20 °C sıcaklıkta ayda yaklaşık% 10 oranında kendi kendine deşarj olur ve yüksek sıcaklıklarda ayda% 20'ye kadar değişir. Bu deşarj oranını dengelemek için yeterli olan akım seviyelerinde bir damlama şarjı gerçekleştirmek mümkündür.