Pilas o baterías de níquel-cadmio

Las baterías de níquel-cadmio son fuentes secundarias de energía eléctrica inventadas por Waldmar Jungner. A finales del siglo XIX, en Suecia, el dispositivo constaba de una carcasa, dos electrodos (ánodo y cátodo), un separador y un electrolito. Se diferenciaba de otras baterías en el material de fabricación de los electrodos y la solución electrolítica. Estas diferencias influían significativamente en sus características técnicas.

Diseño y principio de funcionamiento

Las baterías de níquel-cadmio (NiCd) funcionan según el principio de convertir la energía química en energía eléctrica mediante reacciones reversibles de hidróxido de níquel (NiOOH), cadmio (Cd), agua (H₂O) Como resultado, se forma hidróxido de níquel Ni(OH).₂ y Cd(OH)₂, aparece Campo electromagnético.

Reacciones químicas que ocurren en una batería:

Durante la carga: 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂ → 2NiOOH + Cd + 2H₂Oh

Durante la descarga: 2NiOOH + Cd + 2H₂O → 2Ni(OH)₂+ Cd(OH)₂

Las baterías de níquel-cadmio se fabrican en una carcasa metálica compacta, dentro de la cual los electrodos de níquel y cadmio están separados por un separador, y una solución alcalina (hidróxido de potasio) actúa como electrolito. El ánodo es una lámina o malla de alambre de acero recubierta con una mezcla de hidróxido de níquel y un material conductor. El cátodo también es una malla o lámina de acero, con cadmio esponjoso metálico prensado en las celdas.

Variedades

Baterías de níquel-cadmio según su forma son:

1. Los cilíndricos recibieron un segundo nombre: "bancos".
2. Departamento - disco o "tableta"

La gama de tamaños cilíndricos consta de varios tipos estándar básicos:

Designación	Diámetro, mm	Longitud, mm	Peso, g
A	17	50	32
Automóvil club británico	14.2	50	21
AAA	10.5	44.5	10
1/2 SC	23	26	30
SC (sub C)	23	43	52
do	26	46	72
D	33	58	105-145
F	33	91	231
SF (súper F)	41.4	89.1	393

 

Las baterías de disco o "tabletas" eran bastante populares en los países de la antigua URSSLos análogos modernos de cadmio de las "tabletas" soviéticas se utilizan en relojes, flashes fotográficos, audífonos, cámaras, linternas.

Características

1. El voltaje nominal de un elemento es 1,2 V.
2. Rango de temperatura de funcionamiento: de +40 a -50^OhCON.
3. La posibilidad de carga-descarga completa es de 100 a 1000, los modelos modernos mejorados alcanzan los 2000 ciclos.
4. La tasa de autodescarga es de aproximadamente el 10% mensual.

Ventajas

Las baterías de níquel-cadmio tienen una serie de ventajas sobre las demás:

• Posibilidad de funcionamiento a temperaturas bajo cero.
• Velocidad de carga rápida y descarga lenta de la batería.
• Funcionamiento en condiciones industriales extremas (resistencia a golpes, impactos, cargas elevadas, aumento de polvo, temperaturas bajo cero).
• Ciclos de carga y descarga múltiples: 1000 o más.
• Larga vida útil: hasta 10 años.
• Larga vida útil, incluso sin carga: aproximadamente 5 años.
• Costo relativamente bajo.

Defectos

Las desventajas incluyen:

• El efecto memoria es la pérdida de capacidad al cargar una batería de cadmio que no está completamente descargada.
• La toxicidad del contenido interno hace que durante su eliminación se deban observar las normas de seguridad medioambiental.
• Autodescarga: después de un año de almacenamiento, una batería de níquel-cadmio completamente cargada se descargará por completo.
• El proceso de recuperación de la batería después de un almacenamiento a largo plazo requiere varios ciclos completos de carga y descarga.
• El voltaje bajo de una sola celda es de 1,2 V. Para aumentar el voltaje de salida de la batería, se conectan varias celdas en serie.

Solicitud

Baterías de cadmio, Por sus características se utilizan en dispositivos con alto consumo de corriente y altas cargas de operación:

• Transporte fluvial y marítimo.
• Transporte aéreo: aviones, helicópteros.
• Transporte eléctrico terrestre: tranvías, trolebuses.
• Equipo militar.
• Producción industrial: coches eléctricos.
• Herramientas eléctricas: taladros, destornilladores.
• Electrodomésticos: afeitadoras eléctricas, linternas.
• Ingeniería de radio: intercomunicadores portátiles, juguetes radiocontrolados.

Conclusiones, recomendaciones

• Las baterías de Ni-CD no se calientan durante su funcionamiento porque las reacciones químicas internas son endotérmicas, lo que significa que el calor generado se absorbe. Esta propiedad reduce el riesgo de sobrecalentamiento y prolonga su vida útil.
• La presencia de una carcasa hermética y sellada, capaz de soportar influencias externas agresivas (cambios de temperatura y presión, destrucción química), hace que las baterías de níquel-cadmio sean resistentes a la combustión espontánea.
• En las plantas industriales, las baterías de cadmio siguen funcionando de forma fiable durante 10 a 20 años, a pesar de sus nuevos análogos modernos, y por lo tanto no es necesario sustituirlas.

Para prolongar la vida útil de las baterías de níquel-cadmio, es necesario cargarlas correctamente:

• Para una carga de alta calidad, es necesario utilizar cargadores especiales (ZU).
• No se recomienda cargar una batería que no esté completamente descargada: se producirá cristalización, la superficie de la sustancia disminuirá y la capacidad.
• La recarga constante, resultante del sobrecalentamiento y de la disminución de la cantidad de agua en el electrolito, provocará la destrucción de los electrodos y del separador.
• La carga insuficiente agotará la vida útil de la batería de NiCd.
• Para eliminar el “efecto memoria” es necesario restaurar la capacidad de la batería realizando varios ciclos de carga-descarga.
• El proceso de carga se realiza mejor a una temperatura de 20^OhCON.