À quoi sert une pile au nickel-cadmium ?
Nous avons décrit les piles nimH en détail dans des articles précédents. Outre les piles au nickel-métal-hydrure, certaines piles à base de nickel-métal sont également courantes dans les appareils électriques, comme les piles au nickel-cadmium, les piles au nickel-zinc et les piles au nickel-oxygène.
Cet article sera consacré à une explication détaillée de la batterie nickel-cadmium, et présentera les principes, les avantages et les inconvénients, les méthodes de chargement et d'entretien de la batterie nickel-cadmium.
Scénario d'application de la batterie nickel-cadmium
La batterie au nickel-cadmium est couramment utilisée comme source d'énergie mobile, notamment pour l'électronique grand public et les petites sources d'énergie mobiles.
En outre, elle est également largement utilisée dans les communications, l'alimentation de secours sans interruption et l'alimentation stationnaire dans les trains et les tramways. Environ 40% de batteries au nickel-cadmium sont utilisées pour alimenter l'éclairage, la climatisation ou d'autres composants électriques dans les trains. Les batteries nickel-cadmium ont une faible densité énergétique et un effet mémoire remarquable.
L'effet de mémoire fait généralement référence au fait que la batterie a été soumise à une amplitude et à un mode de charge et de décharge spécifiques pendant une longue période. Même si la batterie est chargée et déchargée de manière intensive à l'avenir, elle ne peut libérer que l'énergie de l'amplitude de charge et de décharge spécifique antérieure (inférieure à l'amplitude de charge et de décharge modifiée), ce qui semble "mémoriser" l'énergie antérieure.
Pour ces raisons, la batterie nickel-cadmium est idéale pour des applications relativement constantes telles que l'électronique grand public et l'industrie ferroviaire, mais rarement pour l'électrification automobile.
Principe de la batterie nickel-cadmium
La batterie rechargeable au nickel-cadmium est le premier type de batterie utilisé dans les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et d'autres équipements. Elle présente de bonnes caractéristiques de décharge à courant élevé, une forte résistance à la charge et à la décharge et une maintenance aisée. L'équation chimique générale de décharge de la batterie nickel-cadmium est la suivante :
Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2
La réaction est inverse lors de la charge.
La substance active de la cathode d'une batterie nickel-cadmium est composée de poudre d'oxyde de nickel et de poudre de graphite. Le graphite ne participe pas à la réaction chimique et sa principale fonction est d'améliorer la conductivité électrique. La substance active de l'anode est composée de poudre d'oxyde de cadmium et de poudre d'oxyde de fer.
Le rôle de la poudre d'oxyde de fer est de conférer à la poudre d'oxyde de cadmium une grande capacité de diffusion, d'empêcher le mottage et d'augmenter la capacité de la plaque.
Les substances actives sont enveloppées dans des bandes d'acier perforées, qui deviennent la cathode et l'anode de la batterie après avoir été formées sous pression.
Les plaques sont séparées par des barres isolantes en caoutchouc dur résistant aux alcalis ou par des plaques ondulées en PVC perforé.
L'électrolyte est généralement une solution d'hydroxyde de potassium.
Les avantages de la batterie nickel-cadmium
- La durée de vie des piles au nickel-cadmium est d'environ 300 à 700 fois, ce qui permet une utilisation prolongée ;
- Comparée à d'autres batteries, elle est moins chère et plus économique ;
- Fabriqué à partir de conteneurs métalliques, il est très résistant ;
- Les batteries nickel-cadmium peuvent se décharger dans une large gamme de températures, entre -20℃~60℃ ;
- En raison de sa faible résistance interne, la batterie nickel-cadmium peut être utilisée pour des décharges à courant élevé, et la variation de tension est très faible pendant la décharge ;
- Complètement étanche, aucun entretien n'est nécessaire ;
- Les performances de la batterie nickel-cadmium ne sont pas très affectées en cas de surcharge ou de décharge excessive et elle résiste très bien à la surcharge et à la décharge excessive.
Les inconvénients de la batterie nickel-cadmium
L'inconvénient le plus grave des piles au nickel-cadmium est que si elles ne sont pas manipulées correctement pendant la charge et la décharge, un grave "effet mémoire" se produira, ce qui raccourcira considérablement leur durée de vie.
Comme nous l'avons décrit plus haut dans cet article, ce que l'on appelle "l'effet mémoire", en bref, se produit lorsque la batterie n'est pas complètement déchargée avant d'être rechargée, ce qui entraîne une réduction de la capacité de la batterie au fil du temps.
Au cours du processus de charge et de décharge de la batterie (la décharge est plus évidente), de petites bulles se forment sur la plaque de la batterie. Sur une longue période, les bulles qui s'accumulent réduisent la surface de la plaque de la batterie et affectent aussi indirectement la capacité de la batterie.
Si une batterie nickel-cadmium n'est pas complètement déchargée puis rechargée, elle ne pourra pas décharger toute sa charge la fois suivante, comme lorsqu'elle est complètement chargée après avoir déchargé 80% de sa charge, ce que l'on appelle l'effet de mémoire. Bien entendu, nous pouvons réduire l'effet de mémoire en maîtrisant les méthodes de charge et de décharge appropriées.
Un autre inconvénient est que, pendant la charge et la décharge, la cathode développe des cristaux de cadmium en forme d'aiguille, qui pénètrent parfois dans le séparateur et provoquent des courts-circuits internes de cristaux dendritiques. En outre, le cadmium est toxique, car les batteries nickel-cadmium contiennent du cadmium, qui doit être recyclé après utilisation.
Les piles au nickel-cadmium ne sont donc pas favorables à la protection de l'environnement.
Méthode d'utilisation et d'entretien de la batterie au nickel-cadmium
La clé pour améliorer les performances et prolonger la durée de vie de la batterie est d'éviter l'effet de mémoire. Par conséquent, lors de l'utilisation d'une batterie au nickel-cadmium, il convient de prêter attention à ce qui suit :
1. Après une utilisation normale, il est nécessaire de décharger l'appareil jusqu'à ce qu'il soit complètement à plat avant de le recharger, afin de garantir sa durée de vie.
2. Après environ 10 cycles de charge et de décharge, une décharge complète et une surcharge peuvent être effectuées pour éviter l'effet de mémoire. La méthode de surcharge consiste à prolonger le temps de charge par rapport au temps de charge normal d'environ deux fois, afin de réduire l'effet de mémoire.
3. La charge et la décharge de la batterie doivent se faire autant que possible en fonction de la méthode d'entretien, ne pas surcharger, ne pas décharger excessivement et ne pas sous-décharger souvent. Essayez de ne pas interrompre le processus de charge, attendez que la charge unique soit terminée, puis déconnectez l'alimentation électrique. Lorsque la batterie est utilisée après une longue période, elle doit d'abord être complètement rechargée.
Ne pas faire : une décharge incomplète, une décharge profonde à long terme à faible courant ou un court-circuit pendant l'utilisation de la batterie sont des facteurs importants qui entraînent une réduction de la capacité de la batterie et une diminution de sa durée de vie. Pendant une longue période, un fonctionnement incorrect n'affectera pas seulement l'utilisation, mais aussi inévitablement la capacité et la durée de vie de la batterie.
Autres piles à base de nickel-métal
D'autres piles à base de nickel-métal, telles que les piles nickel-zinc et les piles nickel-oxygène, ont également des applications bien établies. Les batteries nickel-zinc sont utilisées dans les outils électriques, les machines de jardinage, les véhicules électriques légers, l'électronique grand public et certains véhicules électriques hybrides.
Par rapport aux autres piles nickel-métal, le taux d'autodécharge et le coût des piles nickel-zinc sont relativement faibles et, surtout, les piles nickel-zinc polluent moins l'environnement que les piles nickel-pot et nickel-métal-hydrure.
Les batteries à hydrure métallique de nickel (NiH2) sont largement utilisées dans le domaine aérospatial, dont l'orbite terrestre basse et les satellites géosynchrones sont des représentants typiques. Malgré leur coût élevé et leur densité énergétique relativement faible, les batteries NiH2 ont un long cycle et une longue durée de vie.
Les satellites en orbite basse ont généralement besoin de 3 500 cycles et d'une durée de vie de 6 ans. Les satellites géostationnaires ont besoin d'une durée de vie plus faible d'environ 2000 cycles, mais la durée de vie calendaire peut atteindre 20 ans. Les batteries nickel-métal-hydrure présentent des avantages irremplaçables dans ce domaine particulier.
Bien que d'autres piles nickel-métal similaires aient été développées et appliquées, leurs avantages ne sont pas supérieurs à ceux des piles nickel-cadmium, nickel-hydrogène, nickel-zinc et nickel-hydrogène existantes sur le marché.
