باتری نیکل کادمیوم

آشنایی با باتری نیکل کادمیوم

باتری‌های نیکل-کادمیوم (NiCd) نوعی باتری قابل شارژ هستند که از نیکل هیدروکسید (NiO(OH)) به عنوان کاتد و کادمیوم (Cd) به عنوان آند استفاده می‌کنند. این باتری‌ها به دلیل توانایی در تحمل جریان‌های بالا و عمر چرخه طولانی، در گذشته کاربردهای فراوانی داشتند، اما به دلیل مشکلات زیست محیطی مرتبط با کادمیوم (که سمی است) استفاده از آنها به طور قابل توجهی کاهش یافته است.

در اینجا برخی از ویژگی‌های کلیدی باتری‌های نیکل-کادمیوم ذکر شده است:

• مزایا:

  • مقاومت بالا در برابر جریان‌های بالا: این باتری‌ها می‌توانند جریان‌های زیاد را تحمل کنند، که آن‌ها را برای کاربردهایی که نیاز به قدرت فوری و بالا دارند، مانند ابزارهای برقی، مناسب می‌سازد.
  • عمر طولانی چرخه: باتری‌های NiCd می‌توانند صدها یا حتی هزاران بار شارژ و دشارژ شوند.
  • مقاومت به دما: این باتری‌ها در محدوده دمایی وسیعی عملکرد قابل قبولی دارند.
  • خود تخلیه پایین: در مقایسه با برخی از انواع دیگر باتری‌های قابل شارژ، این باتری‌ها به آرامی تخلیه می‌شوند.

• معایب:

  • سمیت کادمیوم: کادمیوم یک فلز سمی است که می‌تواند برای محیط زیست و سلامتی مضر باشد. به همین دلیل، بازیافت صحیح این باتری‌ها بسیار مهم است.
  • اثر حافظه: این اثر به این معنی است که اگر باتری NiCd قبل از تخلیه کامل شارژ شود، ظرفیت آن ممکن است در دراز مدت کاهش یابد. این اثر در باتری‌های NiCd مدرن تا حد زیادی کاهش یافته است.
  • وولتاژ پایین‌تر نسبت به باتری‌های لیتیومی: در مقایسه با باتری‌های لیتیوم یونی، ولتاژ خروجی باتری‌های NiCd پایین‌تر است.
  • هزینه نسبتا بالا: این باتری‌ها به طور نسبی گران‌تر از برخی از انواع دیگر باتری‌ها هستند.

به طور کلی، با وجود مزایای قبلی، به دلیل مشکلات زیست محیطی مرتبط با کادمیوم، باتری‌های نیکل کادمیوم جای خود را به باتری‌های قابل شارژ جدیدتری مانند باتری‌های نیکل-هیدرید فلزی (NiMH) و لیتیوم-یونی (Li-ion) داده‌اند که به طور وسیع‌تر استفاده می‌شوند. اگرچه هنوز هم در برخی از کاربردهای خاص از این باتری‌ها استفاده می‌شود.

ساختار باتری نیکل کادمیم

باتری‌های نیکل-کادمیوم (NiCd) از ساختار ساده‌ای تشکیل شده‌اند و شامل اجزای زیر می‌شوند:

1. آند (منفی): از کادمیوم (Cd) ساخته شده است. در زمان عملکرد باتری، این قطب، الکترون‌ها را فراهم می‌کند.
2. کاتد (مثبت): از نیکل هیدروکسید (NiO(OH)) تشکیل شده است. این ماده در واکنش شیمیایی باتری شرکت می‌کند و انرژی را ذخیره یا آزاد می‌کند.
3. الکترولیت: معمولاً محلول قلیایی مانند هیدروکسید پتاسیم (KOH) است که بین آند و کاتد قرار دارد و به انتقال یون‌ها کمک می‌کند.
4. ساختار و جنس: باتری‌های NiCd معمولاً به شکل استوانه‌ای یا مستطیلی ساخته می‌شوند و یک عایق برای جلوگیری از اتصال کوتاه دارند.

هنگام شارژ، انرژی الکتریکی وارد باطری می‌شود و واکنش‌های شیمیایی در آند و کاتد رخ می‌دهد که باعث ذخیره انرژی می‌شود. در هنگام دشارژ، این فرآیند معکوس می‌شود و انرژی ذخیره‌شده به شکل الکتریسیته آزاد می‌گردد.

این باتری‌ها به دلیل مقاومت در برابر جریان‌های بالا و عمر چرخه طولانی، در گذشته کاربردهای فراوانی داشتند، اما به دلیل خطرات زیست‌محیطی ناشی از کادمیوم، استفاده از آنها کاهش یافته است.

کاربرد باتری نیکل کادمیوم

به طور کلی، باطری‌های نیکل کادمیم (NiCd) به دلیل ویژگی‌هایی مانند طول عمر بالا، قابلیت شارژ و دشارژ مکرر و توانایی ارائه جریان بالا، در گذشته کاربردهای گسترده‌ای داشتند. برخی از این کاربردها عبارتند از:

• ابزارهای برقی: مانند دریل‌ها، پیچ‌گوشتی‌ها و سایر ابزارهای دستی که نیاز به منبع تغذیه قابل حمل دارند.
• تجهیزات اضطراری: مانند چراغ‌های اضطراری و سیستم‌های پشتیبان برق.
• دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل: مانند رادیوها، دوربین‌ها و سایر دستگاه‌های مشابه.
• اسباب‌بازی‌ها و مدل‌ها: به دلیل قابلیت تامین جریان بالا و عمر طولانی.
• هواپیماها: در سیستم‌های باتری هواپیما برای استارت موتور و تامین برق اضطراری.

اما با توجه به مسائل زیست‌محیطی مربوط به کادمیوم، استفاده از این باتری‌ها در بسیاری از کاربردها با باطری‌های جایگزین مانند نیکل-متال هیدرید (NiMH) و لیتیوم-یون (Li-ion) جایگزین شده است.