Обсуждение темы: «Устройство никель кадмиевых аккумуляторов»

[viktorJ]

Здорово, всем форумчанам!

Вроде такой темы нет, а она нужна. Пусть этот топик будет про устройство никель-кадмиевых аккумуляторов. Эти аккумуляторы постоянно хоронят. Мол, отжили свой век и приходит «литий». Но Ni-Cd батареи живее всех живых. Так, что давайте об их устройстве.

По своей конструкции в общем виде никель-кадмиевые АКБ ничем не выделяются среди прочих аккумуляторов – отрицательный и положительный электроды разделены сепаратором и погружены в электролит. В качестве электролита используется сильная щелочь ─ гидроксид калия (КОН). Такой электролит не пожароопасен и не взрывоопасен. По ГОСТ Р 50711-94, массовая доля в электролите KOH не менее 85 или 45 процентов, в твердом или жидком виде, соответственно. Вся конструкция находится в металлическом корпусе и является герметичной.

В составе положительного электрода присутствует оксид-гидроксид никеля (NiOOH), а у отрицательного ─ кадмий (Cd). Устройство никель-кадмиевых аккумуляторов подразумевает наличие электродов из тонкой фольги. Сепаратор, разделяющий электроды выполняется из нетканого материала, инертного к щелочи. В процессе работы аккумулятора электролит не расходуется и не требует заливки.
Устройство Ni-Cd аккумулятора таково, что напряжение одного элемента примерно 1─1,2 вольта. Чтобы нарастить величину напряжения, никель-кадмиевые элементы объединяют в батареи, энергетическая плотность которых составляет 60 Вт-ч на 1 кг.

[elektoBum]

А я, пожалуй, дополню, эту информацию химическими реакциями. Без них разговор об устройстве никель-кадмиевых аккумуляторов будет неполным.
Положительный электрод
При заряде Ni-Cd аккумулятора там протекают следующие реакции:
Ni(OH)2 + OH- ⇒ NiOOH + H2O + e-
При разряде процесс описывается следующим уравнением:
NiOOH + H2O + e- ⇒ Ni(OH)2 + OH-
Причём оксид-гидроксид никеля (NiOOH) на электроде может существовать в двух видах: α и β.
Отрицательный электрод
При заряде процесс описывается следующим уравнением:
Cd(OH)2 + 2e- ⇒ Cd + 2OH-
А при разряде
Cd + 2OH- ⇒ Cd(OH)2 + 2e-
В умных книжках также пишут, что ёмкость кадмиевого электрода в Ni-Cd батареях выше «плюсового» на величину от 20 до 70%. Поэтому принято считать, что потенциал кадмиевого электрода в процессе заряда-разряда, остается постоянным.

[alexey12]

Ну тогда ещё надо привести суммарные реакции в Ni-Cd аккумуляторе, а не только на электродах.
В процессе заряда аккумуляторной батареи идет реакция:
2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 ⇒ 2NiOOH + Cd + 2H2O
А при разряде
2NiOOH + Cd + 2H2O ⇒ 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2
Если аккумулятор испытывает избыточный заряд, то плюсовом электроде идёт реакция выделения кислорода:
2OH- ⇒ 1/2O2 + H2O + 2e-
Этот кислород проходит сквозь сепаратор и на отрицательном электроде участвует в следующей реакции:
1/2O2 + Cd + H2O ⇒ Cd(OH)2
Эта замкнутая реакция по кислороду позволяет стабилизировать давление в Ni-Cd аккумуляторах, если они перезаряжены. Величина давления во многом зависит от скорости миграции кислорода между электродами. На минусовом электроде (Cd) при перезаряде выделяется водород в соответствии со следующей реакцией:
H2O + e- ⇒ OH- + 1/2H2
Он мигрирует на положительный электрод и там окисляется. Реакция выглядит следующим образом:
NiOOH + 1/2H2 ⇒ Ni(OH)2
Если поглощение водорода будет идти плохо, то он будет накапливаться. Что довольно опасно в замкнутом пространстве. По этой причине ёмкость отрицательного электрода в никель-кадмиевых АКБ делают существенно больше, чем положительного. И общая ёмкость такого аккумулятора определяется величиной ёмкости оксидно-никелевого электрода.