Преимущества и недостатки Ni - Cd аккумуляторных батарей
Преимущества Ni-Cd аккумуляторных батарей:
• возможность быстрого и простого заряда, даже после длительного хранения аккумулятора;
• большое количество циклов заряд/разряд: при правильной эксплуатации - более 1000 циклов;
• хорошая нагрузочная способность и возможность эксплуатации при низких температурах;
• продолжительные сроки хранения при любой степени заряда;
• сохранение стандартной емкости при низких температурах;
• наибольшая приспособленность для использования в жестких условиях эксплуатации;
• низкая стоимость.
Недостатки Ni-Cd аккумуляторных батарей:
• относительно низкая по сравнению с другими типами аккумуляторных батарей энергетическая плотность;
• присущий этим аккумуляторам эффект памяти и необходимость проведения периодических работ по его устранению;
• токсичность применяемых материалов, что отрицательно сказывается на экологии, и некоторые страны ограничивают использование аккумуляторов этого типа;
• относительно высокий саморазряд - после хранения необходим цикл заряда.
Никель-металлгидридные аккумуляторы в последние десятилетия существенно потеснили никель-кадмиевые во многих областях техники. Особенно широко они применяются в автономных источниках питания портативной аппаратуры, где увеличение их удельных характеристик в 1,5-2 раза по сравнению с никель-кадмиевыми привело к улучшению потребительских свойств этой аппаратуры.
|
|
|
Ni-Cd и Ni-MH источники тока, однако, имеют много общего, так как именно положительный оксидно-никелевый электрод определяет как разрядную емкость аккумулятора, так и в существенной степени его свойства.
Основной процесс, происходящий на положительном оксидно-никелевом электроде в цикле заряда-разряда аккумуляторов, описывается следующим образом:
Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e- (заряд)
NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH- (разряд)
На отрицательном кадмиевом электроде аккумулятора проходит реакция:
Cd(OH)2 + 2e- → Cd + 2OH- (заряд)
Cd + 2OH- → Cd(OH)2 + 2e- (разряд)
Общая реакция в Ni-Cd аккумуляторе имеет вид:
2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 → 2NiOOH + Cd + 2H2O (заряд)
2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 (разряд)
При перезаряде никель-кадмиевых аккумуляторов на положительном электроде идет побочный процесс выделения кислорода:
2OH- → 1/2O2 + H2O + 2e- (перезаряд)
Кислород сквозь пористый сепаратор достигает отрицательного электрода и восстанавливается на нем:
1/2O2 + Cd + H2O → Cd(OH)2 (перезаряд)
Последняя реакция воплощает в жизнь замкнутый кислородный цикл и обеспечивает стабилизацию давления в герметичном никель-кадмиевом аккумуляторе при его перезаряде. Нужно отметить, что давление в аккумуляторе определяется не только скоростями протекания указанных реакций, но, главным образом, скоростью доставки кислорода от положительного электрода к отрицательному. Так же, при перезаряде отрицательного кадмиевого электрода может иметь место реакция выделения водорода:
|
|
|
H2O + e- → OH- + 1/2H2
который окисляется на оксидно-никелевом электроде в соответствии с реакцией:
NiOOH + 1/2H2 → Ni(OH)2
Реакция образования водорода опасна для герметичного аккумулятора, так как она может привести к накоплению водорода из-за низкой скорости реакции его поглощения. Для того чтобы в стандартной ситуации, условий для протекания реакции выделения водорода не возникало, в герметичном аккумуляторе емкость отрицательного электрода объемно заметно превосходит емкость положительного. Поэтому емкость герметичного никель-кадмиевого аккумулятора определяется емкостью его положительного оксидно-никелевого электрода.
Механизмы электродных реакций Ni - Cd аккумулятора
2.4.1Положительный электрод
Исходный гидроксид никеля может существовать в двух формах: α- и β-Ni(OH)2, отличающихся степенью гидратации и плотностью. В разряженном электроде могут присутствовать обе формы Ni(OH)2. При заряде β-Ni(OH)2 переходит в β-NiOOH (при небольших изменениях кристаллической решетки вещества). На последней стадии заряда может образовываться γ-NiOOH. Соотношение β- и γ-фаз NiOOH зависит от условий заряда. γ-Фаза образуется при больших скоростях заряда и/или при существенных перезарядах. Ее образование приводит к коренной перестройке структуры оксидов. Плотность β-NiOOH равна 4,15 г/см3, плотность γ-NiOOH - 3,85 г/см3, поэтому при существенном перезаряде при образовании оксидов высшей валентности объем активной массы оксидно-никелевого электрода изменяется.
|
|
|
Электрохимическое поведение двух форм гидроксида никеля также различное. Заряд γ-NiOOH протекает с меньшей эффективностью, а коэффициент использования по току ниже, чем у β-NiOOH. Разрядный потенциал γ-NiOOH ниже на 50 мВ. Но при хранении его саморазряд в 2 раза медленнее.
Для обеспечения большего ресурса следует вести заряд с небольшим перезарядом до образования β-NiOOH, который обеспечивает малые объемные изменения электрода в цикле заряда-разряда.
2.4.2 Отрицательный электрод
В новых герметичных никель-кадмиевых аккумуляторах емкость кадмиевого электрода обычно выше емкости оксидно-никелевого электрода на 20-70%. Поэтому потенциал кадмиевого электрода в цикле заряда-разряда аккумулятора может считаться неизменным.
|
|
|
2.4.3 Электрические характеристики никель-кадмиевого аккумулятора
Номинальное напряжение герметичных Ni-Cd аккумуляторов - 1,2 В.
Номинальный (стандартный) режим заряда никель-кадмиевого аккумулятора - током 0,1 С в течение 16 ч.
Номинальный режим разряда никель-кадмиевого аккумулятора - током 0,2 С до напряжения 1 В.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 97; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!