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batterie au nickel-cadmium
De haut en bas - batteries "Gumstick", AA et AAA NiCd.
batterie au nickel-cadmium
accumulateur nickel-cadmium, PSA, Museum Autovision, Altlußheim, Allemagne

Remarque batterie batterie au nickel-cadmium (Couramment abrégé NiCd) Est un type très populaire de batterie rechargeable, souvent utilisé dans les équipements portables de 'l'électronique grand public et jouets, et emploie la métaux nickel (Ni), et cadmium (Cd) comme réactifs chimiques. l'abréviation NiCd est un marque déposée SAFT Corporation et ne doit pas être utilisé pour faire référence généralement aux batteries nickel-cadmium. Ils sont souvent utilisés en remplacement; les cellules primaires, tels que les piles de la charge élevée (robuste) ou de remplacer piles alcalines, qu'ils sont souvent disponibles dans la plupart des mêmes mesures piles standard. En outre, les batteries NiCd ont un marché de niche dans les téléphones sans fil (Sans fil, tels que DECT) et sans fil (Sans fil), éclairage de secours, ainsi que dans de nombreux types d'outils électriques.

introduction

Merci au bon poids de l'énergie que les batteries à base de plomb de la technologie et une bonne durabilité, les batteries au nickel-cadmium avec une plus grande capacité avec un électrolyte humide est utilisé pour les voitures électriques et les batteries du moteur d'entraînement pour les avions .

Les cellules nickel-cadmium ont une tension nominale de 1,2 V, inférieure à celle des piles alcalines 1,5 V ou le zinc-carbone, et par conséquent ne sont pas appropriés pour les remplacer dans toutes les utilisations, bien que, contrairement à ceux-ci , NiCd maintenir une tension plus constante au cours de leur cycle utile: étant donné que de nombreux dispositifs électroniques sont conçus pour fonctionner correctement dans un état intermédiaire de la charge, également pour des valeurs inférieures à 0,9 V par cellule, la tension de 1,2 V pour offert par la cellule NiCd est plus que suffisant.
Il convient de noter que le niveau presque constant de la tension de NiCd pendant l'exercice rend plus complexe la détection de leur épuisement, thème traité des moyens plus sophistiqués de circuits de détection dans l'équipement utilisateur.
Par conséquent, en dépit de la valeur nominale plus faible et l'exigence de décharge complète avant une recharge ultérieure, les cellules NiCd sont actuellement le meilleur choix pour les applications nécessitant des courants élevés: grâce à la très faible résistance en série, ils peuvent fournir des courants d'appel élevés qui les rendent aptes aux moteurs de modèles radioguidé (Avions, bateaux, voitures), ainsi que des dispositifs sans fil et flash d'appareil photo.

En plus des éléments individuels de 1,2 V, ils sont « paquets » largement disponibles des éléments connectés en série par un total de 7,2, 9,6 et 12 V avec un facteur de forme identique à celle des batteries communes. Par exemple, la batterie 9 V peut être remplacé par un NiCd 7,2 V similaires (certains fabricants ont des modèles de 8,4 V qui réduisent au minimum la différence).

histoire

En 1899, la Suède a créé Waldemar Jungner la première batterie, le nickel-cadmium. A cette époque, les seuls competitrici directs étaient les batteries plomb-acide. Même les premières batteries au nickel-cadmium étaient physiquement et chimiquement robuste, mais avec les premières petites améliorations aux prototypes, la densité d'énergie a augmenté rapidement d'environ 50%, ce qui à l'avenir prometteur beaucoup plus que les batteries classiques d'acide.

En 1910, il a créé une société pour produire des batteries au nickel-cadmium industriels en Suède. La première production dans la États-Unis il a commencé à 1946. Depuis lors, les piles sont devenues « poche », constituée par un boîtier métallique contenant les lames nickel et cadmium. Au milieu du XXe siècle, ce genre de batteries est devenu très populaire. Les lamelles sont créés par la fusion de la poudre de nickel à une température bien inférieure au point de fusion, mais au contraire, en utilisant des pressions très élevées. Ces lames ont environ 80% de porosité.Elles sont ensuite chargées électriquement (positivement ou négativement) en les immergeant dans du nickel et du cadmium actif. Habituellement, ce genre de plaques sont beaucoup plus minces des boîtiers des batteries classiques, ce qui permet une plus grande surface réactive par unité de volume, pour atteindre courant plus que les batteries traditionnelles de la même taille. En général, plus la surface des matières réactives dans une batterie, plus le résistance interne. Au cours des décennies récentes, ce fait a créé des batteries au nickel-cadmium à faible résistance interne, autant que celles des piles alcalines. Aujourd'hui, tous les consommateurs de nickel-cadmium préfèrent la structure dite « gelée-roll. » Comme on peut l'imaginer, la forme cylindrique permet de soutenir les différentes dispositions de anodes et cathodes, donnant une plus grande polyvalence au produit commercial.

Les améliorations technologiques et de production des piles introduites dans la seconde moitié du XXe siècle, les rendait très économique dans la phase de production. En même temps, ils ont augmenté également les produits alimentés par batterie. à partir de 2000, Il a été produit environ 1,5 milliard de batteries au nickel-cadmium chaque année. Malgré les batteries Ni-Cd ne seront jamais utilisés dans les zones où les piles alcalines dominent depuis 1990, une tranche surprenante du marché investit de plus en plus dans la production d'équipements qui prend en charge les piles rechargeables. Récemment, cependant, les piles rechargeables l'hydrure métallique de nickel ou Lithium-ion Ils sont devenus beaucoup moins cher dans le commerce, mais encore plus cher que le cadmium nickel. Toutefois, si un besoin de haute densité d'énergie, ces types de batteries sont préférables aux Ni-Cd, en particulier pour les dispositifs dans lesquels le prix de la batterie n'est pas comparable à celle du même dispositif (à savoir un téléphone)

Nickel-Cadmium (NiCd)

avantages

  • Ils nécessitent moins de soins et sont plus difficiles à endommager.
  • Ils durent généralement très temps (nombre de cycles de charge-décharge)
  • Ils peuvent généralement être téléchargés ou téléchargés plus rapidement que le gel cellules[1] ou les batteries plomb-acide.
  • Ne vous laissez pas endommagé, même vide pendant longtemps.

inconvénients

  • Les batteries NiCd sont relativement chers. par rapport à batteries plomb matériaux et procédés sont plus chers.
  • Ils peuvent développer un effet faux « fond du baril », en refusant d'être plus déchargée, bien que très souvent, la routine Ils sont amenés au même niveau de décharge, puis rechargées (voir plus loin « effet mémoire »).

Taille, capacité et gamme de forfaits

Chaque cellule est nominalement 1,2 V (à vide et la pleine charge arrivent à environ 1,25 ÷ 1,35 V), de sorte que 10 les cellules sont nominalement 12 V (à pleine charge sont de 12,5 ÷ 13,5 V) .

batteries NiCd ont une chance de commencer à fonctionner (dans les circuits électriques habituels à 12 V) en tant que 11 cellules à 13,2 V nominal (13,75 ÷ 14,85 V sous vide) ou (vers la fin de leur téléchargement) comme 12 cellules, qui fournissent 14,4 V (vide sont approximativement 15,0 à 16,2 V). L'explication de l'utilité de cette chose est que dans les applications les plus courantes pratiques servent peu plus de 12 V, et qu'elle peut diminuer la tension (avec une certaine plage de tolérance) en appliquant une résistance variable qui provoque une chute tension.

batteries NiCd destinées à être utilisées à grande échelle sont disponibles dans des tailles standard passant du plus petit type « AAA » à « D » et aussi aux modèles de 9 V. Ils peuvent être construits dans un modèle de batterie 10, 11 ou 12 Cellules , au lieu de la présence d'une seule cellule dans le modèle standard. Versions industrielles baignant dans un matériau inerte sont disponibles dans les tailles avec des capacités de 12,5 Ah, 25 Ah, 100 Ah, et puis certains.

Maximum Charge Champ

Un rôle important est la possibilité de recharger une batterie NiCd de haute qualité avec une égale à 80% du courant de la même capacité de la batterie (par exemple une NiCd AA de bonne qualité a une capacité de 0,9 Ah et nécessite environ quarante-cinq minutes pour charger jusqu'à 1,26 V).

Facteur de débit maximal

Pour les piles AA ordinaires d'environ 18 A, 22 A propos de piles C et D batteries pendant environ 35 A

température

  1. Lors de l'utilisation de -20 ° C / 45 ° C
  2. En charge 0 ° C / 45 ° C

applications typiques

Appareils électroniques portatifs, des ordinateurs, des radios et des jouets.

entretien

batteries NiCd, à une température moyenne de 25 ° C, l'auto-décharge de 5% tous les mois. Par conséquent, doivent souvent charger à nouveau. Ne surchargez pas, car la surchauffe endommager la batterie. Si la batterie est pas utilisé pendant au moins un mois, vous avez souvent besoin de se ressourcer après la période de temps d'arrêt.

Conditions de bureau

Les batteries NiCd de haute qualité ont un système d'isolation thermique qui arrête la charge si la température est trop élevée. Aussi, si un NiCd est en charge pendant qu'il est encore chaud après utilisation, il ne sera pas atteint sa charge maximale. Dans ces cas, il est utile de laisser la batterie pour se reposer à la température ambiante à charger plus tard.

chimie

batteries NiCd contiennent une électrode positif oxyde de nickel nickel noir et métallique, une électrode négative l'hydroxyde de cadmium, un séparateur et un électrolyte alcalin. Les batteries NiCd ont généralement un récipient métallique avec une plaque d'étanchéité avec un soupape de sécurité auto-obturante. Les électrodes, isolées de tout le reste à travers le séparateur, sont enveloppés dans spirale à l'intérieur du récipient.

la réaction chimique qui se produit dans une batterie NiCd est:

Cette réaction va de gauche à droite lorsque la batterie est déchargée et de droite à gauche quand elle est rechargée. L'électrolyte alcalin (habituellement KOH) n'est pas consommé dans cette réaction.

Lorsque Jungner construit les premières batteries au nickel-cadmium, l'oxyde de nickel utilisé dans la cathode et fer nell'anodo et le cadmium. Peu de temps après avoir commencé à utiliser le cadmium pur et de l'hydroxyde de nickel. Jusque vers 1960, la réaction dans les batteries nickel-cadmium n'étaient pas entièrement chiara.C'erano beaucoup d'aspects à connaître en profondeur, tels que les produits de la réaction. Le débat a finalement été réglé par spectrométrie.

Une autre innovation importante à la base des piles NiCd ajoutait l'hydroxyde de lithium l'électrolyte d'hydroxyde de potassium. On croyait cette façon d'être en mesure de rendre les gens plus résistants batteries, prolongeant ainsi la durée de vie des batteries. Cependant, les batteries au nickel-cadmium batterie dans sa forme moderne est extrêmement durable elle-même, cette pratique a été abandonnée.

La surcharge fait maintenant partie de la même conception des batteries. Dans le cas de NiCd, il y a deux effets possibles de la surcharge. Si 'anode est surchargé, il produit hydrogène; si le cathode est surchargé, il produit oxygène. Pour cette raison, l'anode est toujours conçu pour avoir une plus grande capacité de la cathode, afin d'éviter le dégagement d'hydrogène. Les batteries à piles nickel-cadmium sont ventilés, avec les vannes qui ouvrent passé une certaine température interne. Ce mécanisme complexe, pas nécessaire dans les piles alcalines, contribue à leur coût plus élevé.

batteries NiCd contiennent cadmium, dont elle est métal lourd toxique et nécessitent donc une attention particulière lors de sa disposition. en États-Unis en fait, une partie du prix d'une batterie NiCd est utilisé pour l'élimination de la même à la fin de son cycle de vie.

Problèmes avec les batteries NiCd

effet mémoire

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Batteria_ricaricabile § Effetto_memoria.

Beaucoup disent que les batteries NiCd sont les soi-disant effet mémoire et que leur capacité de charge totale diminue si elles sont rechargées avant qu'ils ne soient complètement déchargées. Le phénomène est évident que la batterie il semble se rappeler le point où son chargement a commencé et pendant l'utilisation ultérieure aura une chute soudaine de la tension fournie à partir de ce moment-là, comme si la batterie avait été presque complètement déchargée. En fait, en dehors d'un point spécifique, la capacité de la batterie n'a pas été sensiblement réduite. Certains appareils électroniques conçus pour être alimentés à partir NiCd peuvent résister à la réduction de la tension pendant un temps suffisant pour permettre la tension revient à la normale. Au lieu de cela, si le dispositif n'a pas la capacité de fonctionner pendant cette période de tension a diminué, et, par conséquent, si un appareil qui nécessite beaucoup d'énergie (comme un 'voiture électrique) Ne peut l'obtenir à ce moment-là, on peut dire même si mal que la batterie a subi une diminution de sa capacité. Il y a un différend quant à l'existence de effet mémoire, et sa criticité. Certains pensent qu'il représente un moyen de promouvoir les accumulateurs NiMH, qui semble souffrir beaucoup moins de ce phénomène. De nombreux fabricants de batteries au nickel-cadmium refuser ou se taisent sur cet aspect. Un très similaire à l'effet ci-dessus est la soi-disant « effet de la batterie paresseuse ». Cet effet est le résultat de sovraccaricamenti répétées; Le symptôme est que la batterie semble être complètement chargée, mais est déchargé immédiatement après une très courte période d'utilisation. Parfois, une grande partie de la capacité perdue peut être récupérée par un cycle de décharge à court et intense par certains chargeurs automatiques. En tout état de cause, si elle est utilisée correctement, une batterie NiCd peut être facturé pour plus de 1000 fois avant sa capacité globale a été réduite de 50%.

Court-circuit

batteries NiCd lorsqu'elles ne sont pas utilisées régulièrement ont tendance à produire en eux, beaucoup plus tôt que déclarer les producteurs, dendrites (Cristaux conducteurs minces) qui provoquent des courts-circuits et souvent une rupture de la pile. Parfois, les dendrites peuvent être enlevés par une forte décharge à haute tension aux cellules individuelles de la pile, mais une fois que le processus de formation a à peine commencé la pile peut être effectué correctement.

Pour réduire ce problème, il convient de préserver les batteries.

conséquences environnementales

la cadmium, car il est métal lourd, peut provoquer une pollution importante, à la fois quand il est jeté dans mise en décharge des déchets à la fois quand il est incinérés. Pour cette raison, de nombreux pays ont des programmes existants recyclage de renoncer, retraitent ou entreposer dans des endroits sûrs batteries NiCd.

sécurité

  • pas court-circuit jamais la batterie car elle pourrait exploser. avec court-circuit Il fait référence à la connexion directe des pôles positif et négatif de la batterie, par exemple avec un fil (cette exigence s'applique à chaque accumulateur).
  • Ne pas brûler des piles NiCd; en plus de la possibilité d'une explosion, il peut y avoir la sortie de cadmium, substance toxique dans l'environnement. Il est recommandé, par opposition à recycler la batterie.
  • Ne laissez pas tomber, frapper ou dent la batterie car cela peut causer des dommages internes, y compris un court-circuit de la cellule.
  • Une charge excessive d'éviter rapide; Cela pourrait causer une perte d'électrolyte, une fuite de gaz ou une explosion.

Comparaison avec d'autres batteries

Les piles rechargeables acide sont les plus utilisés à grande échelle (pratiquement sur toutes les voitures). Cependant, ils ont une densité de charge beaucoup plus faible que NiCd. Malgré les coûts élevés de ces derniers, dans les cas où des questions telles que la taille et le poids semblent être fondamentales, NiCd sont préférés à d'autres types.

batteries NiCd ont une capacité plus faible de leurs principaux concurrents, le classique alcalin. Cependant, la durée de vie moyenne d'un NiCd est certainement plus, puisque la plupart des alcalins ne peut pas être rechargée. en années nonante, le Rayovac a lancé sur le marché une pile alcaline rechargeable, la renouvellement, qui, bien que plus cher, elle avait commencé à remplacer NiCd. Cependant, après quelques années, ce produit a été abandonné.

les batteries NiMH Ils sont semblables à la NiCd, mais beaucoup moins toxiques et plus grande capacité. Depuis sa mise sur le marché en 1990, les batteries NiMH ont gagné une grande part du marché. Cependant, NiCd ont encore trois avantages majeurs par rapport NiMh. Tout d'abord, le coût le plus bas. En second lieu, le facteur de décharge automatique de 20% par mois pour NiCd, NiMh 30%. Enfin, le fait que le NiCd maintenir une tension constante, de sorte que l'appareil puisse fonctionner correctement.

À l'avenir, une autre nouvelle technologie des piles alcalines, super batterie de fer, Il pourrait prendre le relais. Jusqu'à présent, il n'a été produit des prototypes de travail, mais on pense que ces batteries ont une capacité de plus de 50% alcaline, et peut être rechargée plus de 300 fois.

notes

  1. ^ batteries au plomb-acide avec électrolyte en gel

bibliographie

  • (FR) Bergstrom, Sven. "Les piles au nickel-cadmium - Type de poche". Journal of the Electrochemical Society, Septembre 1952 La Société 1952. Electrochemical.
  • (FR) Ellis, G. B., Mandel, H. et Linden, D. "Plate frittés batteries nickel-cadmium". Journal of the Electrochemical Society, Septembre 1952 La Société 1952. Electrochemical.

Articles connexes

  • accumulateur nickel-fer
  • nickel-hydrure métallique
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