¿Para qué sirve una pila de níquel-cadmio?
Ya hemos descrito con detalle las pilas de nimH en artículos anteriores. Además de las pilas de níquel-hidruro metálico, algunas pilas basadas en níquel-metal también son comunes en los dispositivos eléctricos, como las pilas de níquel-cadmio, las pilas de níquel-zinc y las pilas de níquel-oxígeno.
Este artículo estará dedicado a una explicación detallada de la batería de níquel-cadmio, presentará los principios, ventajas y desventajas, métodos de carga y mantenimiento de la batería de níquel-cadmio.
Aplicaciones de la batería de níquel-cadmio
La pila de níquel-cadmio se utiliza habitualmente como fuente de energía móvil, por ejemplo en electrónica de consumo y pequeños dispositivos móviles.
Además, también se utiliza ampliamente en comunicaciones, alimentación ininterrumpida de reserva y alimentación estacionaria en trenes y tranvías. Alrededor de 40% de baterías de níquel-cadmio se utilizan para alimentar la iluminación, el aire acondicionado y otros componentes eléctricos de los trenes. La batería de níquel-cadmio tiene una baja densidad energética y un notable efecto memoria.
El efecto memoria suele referirse a que la batería ha estado sometida a una amplitud y modo de carga y descarga específicos durante mucho tiempo. Aunque la batería se cargue y descargue mucho en el futuro, sólo puede liberar la energía de la amplitud de carga y descarga específica anterior (menos que la amplitud de carga y descarga modificada), lo que parece "recordar" la energía anterior.
Por estas razones, la batería de níquel-cadmio es ideal para aplicaciones relativamente constantes, como la electrónica de consumo y la industria ferroviaria, pero rara vez para la electrificación de automóviles.
Principio de la pila de níquel-cadmio
La batería recargable de níquel-cadmio es el primer tipo de batería que se utiliza en teléfonos móviles, ordenadores portátiles y otros equipos. Tiene buenas características de descarga de alta corriente, fuerte resistencia a la carga y descarga y fácil mantenimiento. La ecuación química general de descarga de la batería de níquel-cadmio es la siguiente:
Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2
La reacción es opuesta cuando se carga.
La sustancia activa del cátodo de la batería de níquel-cadmio se compone de polvo de óxido de níquel y polvo de grafito. El grafito no participa en la reacción química y su función principal es mejorar la conductividad eléctrica. La sustancia activa del ánodo se compone de polvo de óxido de cadmio y polvo de óxido de hierro.
La función del polvo de óxido de hierro es hacer que el polvo de óxido de cadmio tenga una gran capacidad de difusión, evitar el apelmazamiento y aumentar la capacidad de la placa.
Las sustancias activas se envuelven en tiras de acero perforadas, que se convierten en cátodo y ánodo de la pila tras formarse a presión.
Las placas están separadas por varillas aislantes de caucho duro resistente a los álcalis o placas onduladas perforadas de PVC.
El electrolito suele ser una solución de hidróxido de potasio.
Las ventajas de la batería de níquel-cadmio
- El ciclo de vida de la batería de níquel-cadmio es de unas 300~700 veces, por lo que puede utilizarse durante mucho tiempo;
- Comparada con otras baterías, es más barata y económica;
- Fabricado con recipientes metálicos, es muy resistente;
- La batería de níquel-cadmio puede descargarse en un amplio rango de temperaturas, entre -20℃~60℃;
- Debido a su pequeña resistencia interna, la batería de níquel-cadmio puede utilizarse para descargas de gran intensidad, y la variación de tensión es muy pequeña durante la descarga;
- Completamente sellado, sin necesidad de mantenimiento;
- El rendimiento de la batería de níquel-cadmio no se ve muy afectado en caso de sobrecarga o sobredescarga y presenta una gran resistencia a la sobrecarga y la sobredescarga.
Desventajas de la pila de níquel-cadmio
El inconveniente más grave de las pilas de níquel-cadmio es que, si no se manipulan correctamente durante la carga y la descarga, se produce un grave "efecto memoria" que acorta mucho su vida útil.
Como hemos descrito anteriormente en este artículo, el llamado "efecto memoria", en pocas palabras, se produce cuando la energía de la batería no se descarga completamente antes de la carga, lo que provocará la reducción de la capacidad de la batería con el paso del tiempo.
En el proceso de carga y descarga de la batería (la descarga es más evidente), se producirán algunas pequeñas burbujas en la placa de la batería, durante un largo período las burbujas que se acumulan reducen la superficie de la placa de la batería y también afectan indirectamente a la capacidad de la batería.
Si una batería de níquel-cadmio no se descarga por completo y luego se recarga, no podrá descargar toda su carga la próxima vez, como cuando se carga por completo después de descargar 80% de su carga, lo que se denomina efecto memoria. Por supuesto, podemos reducir el "efecto memoria" dominando los métodos adecuados de carga y descarga.
Otro inconveniente es que, durante la carga y la descarga, en el cátodo crecen cristales de cadmio en forma de aguja, que a veces penetran en el separador y provocan cortocircuitos internos de cristales dendríticos. Además, el cadmio es tóxico, porque la batería de níquel-cadmio contiene cadmio, que debe reciclarse después de su uso.
Así pues, la pila de níquel-cadmio no favorece la protección del medio ambiente ecológico.
Uso y método de mantenimiento de la pila de níquel-cadmio
La clave para mejorar el rendimiento de la batería y prolongar su vida útil es evitar el efecto memoria. Por lo tanto, en el proceso de uso de la batería de níquel-cadmio, se debe prestar atención a:
1. Después del uso normal, es necesario descargar hasta el agotamiento total antes de cargar, para garantizar la vida útil.
2. Después de unos 10 ciclos de carga y descarga, se puede realizar una descarga completa y una sobrecarga para evitar el efecto memoria. El método de sobrecarga consiste en prolongar el tiempo de carga más del doble del tiempo de carga normal para reducir el efecto memoria.
3, la carga y descarga de la batería debe ser en la medida de lo posible de acuerdo con el método de mantenimiento de la operación, no sobrecargue, sobre descarga o con frecuencia la carga insuficiente. Y trate de no interrumpir en el proceso de carga, espere hasta que la carga de una sola vez se ha completado y luego desconecte la fuente de alimentación. Cuando la batería se utiliza después de mucho tiempo, primero debe cargarse completamente.
No lo haga: la descarga incompleta, la descarga profunda de pequeña corriente a largo plazo o el cortocircuito durante el uso de la batería son factores importantes que provocan la reducción de la capacidad de la batería y acortan su vida útil. Durante mucho tiempo, el funcionamiento incorrecto no sólo afectará al uso, sino que también afectará inevitablemente a la capacidad y la vida útil de la batería.
Otras pilas de níquel-metal
Otras baterías basadas en níquel-metal, como las de níquel-zinc y las de níquel-oxígeno, también tienen aplicaciones maduras. Las baterías de níquel-zinc se utilizan en herramientas eléctricas, máquinas de jardinería, vehículos eléctricos ligeros, electrónica de consumo y algunos vehículos eléctricos híbridos.
En comparación con otras pilas de níquel-metal, la tasa de autodescarga y el coste de las pilas de níquel-zinc son relativamente bajos y, lo que es más importante, las pilas de níquel-zinc contaminan menos el medio ambiente que las de níquel pot y las de níquel-hidruro metálico.
La batería de níquel metal hidruro gaseoso (NiH2) se utiliza ampliamente en el campo aeroespacial, entre cuyos representantes típicos se encuentran los satélites de órbita terrestre baja y geosíncronos. A pesar de su elevado coste y su densidad energética relativamente baja, las baterías de nimH tienen un ciclo y una vida útil prolongados.
Los satélites de órbita terrestre baja suelen necesitar 3.500 ciclos y 6 años de vida de calendario. Los satélites geoestacionarios requieren una vida útil inferior, de unos 2.000 ciclos, pero la duración del calendario llega a los 20 años. Las baterías de níquel-hidruro metálico tienen ventajas insustituibles en este campo especial.
Aunque se han desarrollado y aplicado otras baterías similares de níquel-metal, sus ventajas no son superiores a las de níquel-cadmio, níquel-hidrógeno, níquel-zinc y níquel-hidrógeno existentes en el mercado.
