Nikkeli-kadmiumakku on tasavirtajännitteen lähde. Ominaisuuksiensa ja etujensa vuoksi se ottaa vallan lyijyhappo -pohjaiset paristot ja suosio viime aikoina. Se on pieni, kompakti, helppo matkustaa paikasta toiseen. Tämän akun yleisiä käyttötarkoituksia ovat pienet lelut, laskimet DC-moottorit jne. Periaatteessa se on sama kuin lyijyakkuihin perustuvat paristot. Metalli valssataan kadmium- ja erotinkerroksilla ja pidetään redoksissa niin, että kemiallinen reaktio tuottaa tasajännitteen. Akut ovat olleet suosittuja jo kauan, ja parantaen akun tehokkuutta käytetään yhä enemmän kemiallisia elementtejä. Tämä tekee rakentamisesta pienikokoisen.
Mikä on nikkeli-kadmiumakku?
Se on laite, joka tuottaa tasavirtajännitettä kyseisten aineiden välisen kemiallisen reaktion perusteella. Nikkeli-kadmiumparistossa redox-materiaalia käytetään pohjana, ja sen ympärillä käytetään nikkelikerrosta ja erotinta. Nikkeli-kadmium-kennojännite on noin 1,2 V. Yhdistettäessä sarjaan yleensä 3-4 kennoa pakataan yhteen 3,6 - 4,8 V: n tehon saamiseksi.
Nikkeli-kadmiumakkujen suunnittelu
Nikkeli-kadmiumakkujen teoria
Nikkeli-kadmiumpariston toimintaperiaate on sama kuin muiden paristojen. Tehokkuuden parantamiseksi käytetään nikkeliä ja kadmiumia. Akku on tasajännitteen lähde, joten sen on koostuttava kahdesta potentiaalipisteestä, toisin sanoen positiivisesta ja negatiivisesta tai kutsutaan myös anodiksi ja katodiksi. Nikkeli-kadmiumparistossa ensin pidetään redoksin ympärillä nikkelioksidikerros NiO2.
Tämä nikkelioksidikerros toimii katodikerroksena. Nikkelioksidikerroksen yläpuolella pidetään KaOH-kerros, joka toimii erottimena. On huomattava, että tämä erotinkerros on kastettava veteen tai kosteaan. Sen tarkoituksena on saada tarvittavat OH-negatiiviset ionit kemialliseen reaktioon. Erotinkerroksen yläpuolelle asetetaan kadmiumia. Kadmiumikerros toimii nikkeli-kadmiumakun anodina. nikkeli-kadmium-paristokaavio näkyy alla.
Nikkeli-kadmiumparistokaavio
Kuten kaaviossa on esitetty, nikkeli toimii positiivisena elektrodina keräilijä ja kadmiumikerros toimii negatiivisen kerroksen kerääjänä. Kahden kerroksen välinen erotinkerros koostuu KOH: sta tai NaOH: sta. Sen tarkoituksena on tuottaa OH-ioneja. Näiden lisäksi se koostuu myös varoventtiilistä, tiivistyslevystä, eristysrenkaasta, eristystiivisteestä ja ulkokotelosta.
Eristysrenkaan tarkoituksena on tarjota eristys kahden kerroksen väliin. Eristystiiviste on paikka, jossa eristysrengasta pidetään lähellä. Erotinkerros on kytketty tähän renkaaseen. Ulkokotelon on suojattava sisäkerroksia ulkoisilta tekijöiltä, kuten akun vaurioilta ja väärinkäytöltä. On huomattava, että taikinan sisällä tapahtuvien kemiallisten reaktioiden vuoksi on aina vaarallista työskennellä pariston kanssa.
Akun koteloa ei koskaan avata, koska kaikki kerrokset ovat alttiina ja se voi vahingoittaa käyttäjää. Vastaavasti, kun sitä ei käytetä, on suositeltavaa poistaa akku laitteesta.
Nikkeli-kadmiumakkuyhtälöt
Kemiallista reaktiota edustavat kemialliset yhtälöt voidaan antaa muodossa
Ensimmäinen yhtälö edustaa katodikerroksen nikkelin ja erottimen välistä reaktiota. Se antaa nikkelioksidi-OH-ionien tuotoksen. Edellä mainitun erotinkerroksen tarve on saada aikaan kemialliseen reaktioon tarvittavat OH-ionit. H20: n tuottamiseksi erotuskerros kastetaan vedellä ensimmäistä reaktiota varten. Myöhemmin H2O saadaan yhtenä sivutuotteista.
Anodipuolella kadmiumikerros yhdistetään myös erotinkerroksesta saatujen OH-ionien kanssa. Tämä johtaa kadmiumoksidiin ja elektroneihin. Voidaan huomata, että molempien yhtälöiden elektronit perutaan. Myös OH-ionit peruutetaan. Muistutusyhtälö saadaan kolmannesta yhtälöstä, jossa nikkeli yhdistetään kadmiumin ja veden kanssa. Se johtaa nikkelioksidiin ja kadmiumoksidiin.
Nikkeli-kadmiumakun lämpötila-alue
Nikkeliakun lämpötila-alue on 0-45 astetta latauksen aikana ja -20 - 65 astetta purkautumisen aikana. Tämän lämpötila-alueen ulkopuolella akku ei toimi ja jopa räjähdysmahdollisuudet ovat olemassa.
Nikkeli-kadmiumakkujen myrkyllisyys
Nikkeli-kadmiumakku on erittäin myrkyllistä ihmiskeholle. Kadmium on raskasmetalli, joka aiheuttaa useita riskejä ihmiskeholle. Kadmiumilla on jopa fysiologinen vaikutus järjestelmään. Kadmiumin keskimääräinen esiintyminen ihmiskehossa on noin 1 mikrogramma litrassa. Sillä on suora vaikutus ruoansulatuskanavaan. Vastaavasti nikkeli on myrkyllistä myös ihmisen hengityselimille.
Nikkeli-kadmiumakkujännite
Yleensä kukin nikkeli-kadmiumakun jännite olisi noin 1,2 V. Solujen lukumäärä on kytketty sarjaan tai rinnakkain tarvittavan jännitteen saamiseksi. Jännitteen lisäksi sen ominaisenergia on noin 50-60 Wh / kg. Tämä on kohtalaisen korkea kuin nikkeli-rauta, mutta suhteellisen vähemmän kuin nikkeli-sinkki- ja nikkelimetallihydridiakut.
Ominaisteho on 200 W / kg. Tämä on kohtalaisen korkea kuin nikkeli-rauta, mutta suhteellisen vähemmän kuin nikkeli-sinkki- ja nikkeli-metallihydridiakut. Nikkelimetalliparistoille se on noin 170-1000. Rauta-nikkeliparistojen osalta se on noin 100. Energiatehokkuus on noin 70–75%. Tämä on kohtalaisen korkea kuin nikkeli-rauta, mutta suhteellisen vähemmän kuin nikkeli-sinkki- ja nikkeli-metallihydridiakut. Nikkelimetalliparistoissa se on noin 70-80%. Rauta-nikkeliparistoilla se on noin 60-70%.
Nikkeli-kadmiumakun rakenne
Rakennuksessa nikkeli-kadmiumakku on sama kuin lyijyhappopohjaiset paristot. Se koostuu kolmesta peruskerroksesta. Ensimmäinen on nikkelikerros, sitten erotinkerros ja kadmiumikerros. Nikkeli toimii positiivisen elektrodin kerääjänä ja kadmiumikerros toimii negatiivisen kerroksen kerääjänä.
Kahden kerroksen välinen erotinkerros koostuu KOH: sta tai NaOH: sta. Sen tarkoituksena on tuottaa OH-ioneja. Näiden lisäksi se koostuu myös varoventtiilistä, tiivistyslevystä, eristysrenkaasta, eristystiivisteestä ja ulkokotelosta. Eristysrenkaan tarkoituksena on tarjota eristys kahden kerroksen väliin. Eristystiiviste on paikka, jossa eristysrengasta pidetään lähellä. Erotinkerros on kytketty tähän renkaaseen.
Ulkokotelon on suojattava sisäkerroksia ulkoisilta tekijöiltä, kuten akun vaurioilta ja väärinkäytöltä. On huomattava, että taikinan sisällä tapahtuvien kemiallisten reaktioiden vuoksi on aina vaarallista työskennellä pariston kanssa. Kerrokset yhdessä erotinkerroksen kanssa muodostavat vaaditun kemiallisen reaktion ja muodostavat potentiaalieron.
Nikkeli-kadmiumakku toimii
Nikkeli-kadmiumpariston toiminta perustuu kerrosten välillä tapahtuvaan kemialliseen reaktioon. Tasavirran lähteenä oleva akku koostuu kahdesta portista eli anodista ja katodista. Paristoa valmistettaessa kadmiumkerros pidetään ensin redoxissa. Kadmiumikerros toimii katodipäätteenä. Kadmium on yksi raskasta materiaalia ja sillä on hyvät johtavat ominaisuudet. Kadmiumkerroksen yläpuolella pidetään erotuskerroksia.
Erotinkerroksen tarkoituksena on tuottaa tarvittavat OH-ionit kemiallinen reaktio . OH-ioneja tarvitaan katodikerrosnikkelin ja erottimen välisessä reaktiossa. Se antaa nikkelioksidi-OH-ionien tuotoksen. Edellä mainitun erotinkerroksen tarve on saada aikaan kemialliseen reaktioon tarvittavat OH-ionit. H20: n tuottamiseksi erotuskerros kastetaan vedellä ensimmäistä reaktiota varten.
Myöhemmin H2O saadaan yhtenä sivutuotteista. Anodipuolella kadmiumikerros yhdistetään myös erotinkerroksesta saatujen OH-ionien kanssa. Tämä johtaa kadmiumoksidiin ja elektroneihin. Voidaan huomata, että molempien yhtälöiden elektronit perutaan. Myös OH-ionit peruutetaan. Muistutusyhtälö saadaan kolmannesta yhtälöstä, jossa nikkeli yhdistetään kadmiumin ja veden kanssa. Se johtaa nikkelioksidiin ja kadmiumoksidiin. Kemiallista reaktiota seuraa elektronivirta, joka aiheuttaa potentiaalieron kahden navan välillä.
Nikkeli-kadmiumakkutyypit
Nikkeli-kadmiumakkujen luokittelu tapahtuu vain koon ja käytettävissä olevan jännitteen perusteella. Koon perusteella se voi olla AAA-, AA-, A-, Cs-, C-, D- tai F-kokoinen. Kaikilla näillä koilla on erilaiset lähtöjännitemääritykset. Jotkut niistä ovat sylinterimäisiä putkenmuotoisia ja osa suorakaiteen muotoisissa laatikkomaisissa ulkokoteloissa.
Hyödyt ja haitat
Nikkeli-kadmiumakun edut ovat
- Tarjoaa korkean virran
- Se sietää ylikuormitusta
- Se kestää jopa 500 lataussykliä
Nikkelikadmiumpariston haitat ovat
- Kadmium ei ole ympäristöystävällinen materiaali
- Vähemmän lämpötilan sietokykyä verrattuna muihin paristoihin.
Nikkeli-kadmiumakkusovellukset
Sillä on erilaisia sovelluksia, kuten lelut, pienet tasavirtamoottorit, laskimet, tuulettimet, tietokoneet jne.
Siksi olemme nähneet sovellukset, työskentelyn ja yksityiskohdat nikkeli-kadmiumakku . On tarkasteltava, mitä muita materiaaleja voidaan yhdistää nikkelin kanssa, koska kadmiumilla on vaarallisia vaikutuksia.
