История никель-кадмиевых аккумуляторов

Никель-кадмиевые аккумуляторы изобретены шведом Вальдмаром Юнгнером (Waldmar Jungner) в 1899 году. В те времена материал для никель-кадмиевых аккумуляторных батарей был дорогим по сравнению с другими аккумуляторами и использование этого типа батарей ограничилось небольшим числом мест применения. Начало герметичным никель-кадмиевым батареям положило изыскание в 1932 году расположение активного материала внутри пористого никелевого электрода.

С 1947 стали серийно выпускаться герметичные никель-кадмиевые батареи, не сильно отличающиеся от современных. В этих батареях образующиеся при зарядке газы рекомбинируют и не выходят за пределы батареи, что исключает необходимость слежения за уровнем и периодического долива электролита.

Правила эксплуатации NiCd аккумуляторов

Несмотря на то, что никель-кадмиевые аккумуляторы с этого года запрещены к производству в странах Евросоюза, эти неустанные труженики до сих пор используются во многих недорогих и мощных автономных устройствах (шуруповерты, электробритвы, фонари).

Даже если в инструкции по эксплуатации о типе аккумулятора устройства ничего не сказано, определить то, что именно никель-кадмиевый аккумулятор служит источником тока достаточно просто — чаще всего время зарядки указывается в диапазоне 5-12 часов и присутствует указание на необходимость самостоятельного отключение зарядного по истечению времени заряда.

Для никель-кадмиевых батарей предпочтительнее быстрая импульсная зарядка чем медленная постоянным током. Эти батареи могут выдать большую мощность, что что определяет их выбор для мощных автономных устройств. Никель-кадмиевые батареи единственный тип батарей, который выдерживает полную разрядку при большой нагрузке без каких-либо последствий. Остальные типы батарей требуют неполной разрядки при относительно невысоких мощностных нагрузках.

Никель-кадмиевые батареи не любят длительной зарядки при эпизодической небольшой нагрузке. Периодическая полная разрядка необходима для них как воздух для человека - при отсутствии полной разрядки на электродах образуются большие кристаллы металла (что приводит к проявлению так называемого "эффекта памяти") - аккумулятор скачкообразно теряет свою емкость. Для долгой и эффективной работы NiCd батарей необходимы циклы обслуживания батареи - полная разрядка с последующей полной зарядкой, исходя из большинства рекомендаций - раз в месяц, в крайнем случае раз в 2-3 месяца.

Никель-кадмиевые аккумуляторы являются самыми «дуракоустойчивыми» из современных массовых аккумуляторов — для их использования не требуется даже системы мониторирования параметров аккумулятора, что определяет их использование в недорогих и мощных устройствах.

Зарядка малыми токами за 5-12 часов позволяет обойтись без каких-либо предосторожностей в виде систем контроля заряда-разряда. При перезаряде аккумулятор просто медленно будет терять емкость (на радость производителя). Необходимо помнить об этом при использовании «bad-boy» зарядных устройств (зарядных без механизма автоматического контроля заряда). Поэтому, лучше всего заряжать полностью разряженный аккумулятор и строго соблюдать время зарядки, что позволит сохранить емкость NiCd аккумулятора достаточно долгое время.

При использовании «быстрой» зарядки (со временем заряда менее 5 часов) желательно иметь зарядное устройство с температурным датчиком, поскольку при заряде повышается температура аккумулятора, вместе с температурой растет емкость, с ростом емкости зарядный прибор может перезарядить батарею свыше необходимого уровня, что приводит к еще большему росту температуры (явление «терморазгона» аккумулятора) и, как минимум, к ухудшению параметров батареи. Подобная ситуация существует и при заряде батареи при низких температурах. Температурный датчик позволяет сдвинуть параметры заряда в зависимости от температуры аккумулятора, а также отключить батарею от заряда при превышении скорости роста температуры выше 1 градуса Цельсия в минуту или по достижении температуры батареи в 60 градусов Цельсия что позволяет избежать трагических последствий терморазгона.

В качестве иллюстрации необходимости термодатчика в зарядном могу привести пример двухлетней давности заряда никель-кадмиевой батареи для профессионального шуруповерта на зарядном без термодатчика (на фото - это самое зарядное устройство), позволяющего заряжать батарею ускоренным темпом – за час. В то время была температура в квартире около 30°C, зарядное автоматически должно заряжать аккумулятор до достижения целевого напряжения и автоматически отключаться, что английским по-белому было сказано в инструкции в разделе безопасность. Утром первый аккумулятор из комплекта был заряжен без всяких эксцессов – через 50 минут зарядное отключилось, ближе к вечеру второй аккумулятор при заряде преподнес сюрприз: из-за отсутствия термодатчика в зарядном, батарея вошла в режим терморазгона. Так как заряд был ускоренным проблема была замечена поздно – когда аккумулятор пошел дымом и стал разбрызгивать горячий электролит. Быстро отключенный от сети зарядник удалось спасти. Аккумулятор же еще долго сопел в агонии, пытаясь причинить как можно больше вреда при отходе в мир иной, однако ему это не удалось и вред ограничился стоимостью самого аккумулятора – 15USD. С тех пор зарядное подключается к сети через таймер.

Несмотря на свои недостатки, никель-кадмиевые аккумуляторы до сих пор существуют среди нас. Надеюсь, немного теории и практического опыта, изложенного в статье, позволят читателю получить от никель-кадмиевого аккумулятора своего устройства максимум того, на что он способен.

Преимущества и недостатки NiCd батарей

Никель-кадмиевые аккумуляторы - первые из герметизированных аккумуляторов, появившиеся на рынке. Несмотря на длительную историю и проблемы с экологией, применение никель-кадмиевых аккумуляторов все еще актуально в некоторых областях. Знание преимуществ и недостатков позволит читателю осознанно подойти к выбору типа аккумулятора.

Преимущества

• быстрый и простой процесс заряда, даже после длительного хранения
• большое количество циклов заряда/разряда при соблюдении правильного ухода - более 1000 циклов
• прекрасная переносимость большой мощностной нагрузки
• возможность длительного хранения в разряженном состоянии без потери характеристик - до 5-10 лет
• простая возможность транспортировки - авиакомпании перевозят без всяких предварительных условий
• прекрасная сохранность показателей при низких температурах
• прощают полный разряд - по этому показателю NiCd аккумуляторы наиболее надежный выбор из всех существующих
• экономически выгодны - представляют одну из наименьших цен на один цикл заряда/разряда

Недостатки

• относительно низкая плотность энергии
• эффект памяти - NiCd батареи требуют периодической тренировки (цикла полного разряда/заряда аккумулятора)
• компоненты батареи токсичны для окружающей среды и переработка этих батарей затруднительна, из-за чего многие страны ограничивают их использование
• Относительно высокий саморазряд батарей