แบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียมคืออะไร: การทำงานและการใช้งาน

แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมเป็นแหล่งสำหรับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง เนื่องจากคุณสมบัติและข้อดีจึงเข้ามาแทนที่ กรดตะกั่ว - ใช้แบตเตอรี่และได้รับความนิยมในช่วงเวลาที่ผ่านมา มีขนาดเล็กกะทัดรัดเดินทางจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้อย่างง่ายดาย การใช้งานทั่วไปของแบตเตอรี่นี้คือของเล่นเครื่องคิดเลขขนาดเล็ก มอเตอร์กระแสตรง ฯลฯ หลักการที่ชาญฉลาดก็เหมือนกับแบตเตอรี่ที่ใช้สารตะกั่วสะสม โลหะถูกรีดด้วยแคดเมียมและชั้นคั่นและเก็บไว้ในรีดอกซ์เพื่อให้ปฏิกิริยาทางเคมีก่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง แบตเตอรี่เป็นที่นิยมมานานและด้วยความพยายามที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ให้มากขึ้นและใช้องค์ประกอบทางเคมีมากขึ้น ทำให้การก่อสร้างมีขนาดกะทัดรัด

แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมคืออะไร?

เป็นอุปกรณ์ที่ผลิตแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงโดยอาศัยปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างสารที่เกี่ยวข้อง ในแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียมจะใช้วัสดุรีดอกซ์เป็นฐานและรอบ ๆ จะใช้ชั้นของนิกเกิลและตัวคั่น แรงดันไฟฟ้าของเซลล์นิกเกิล - แคดเมียมอยู่ที่ประมาณ 1.2 V เมื่อเชื่อมต่อแบบอนุกรมโดยทั่วไปเซลล์จะรวมกัน 3 ถึง 4 เซลล์เพื่อให้ได้เอาต์พุต 3.6 ถึง 4.8 V

การออกแบบแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียม

ทฤษฎีแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียม

หลักการทำงานของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมเหมือนกับแบตเตอรี่อื่น ๆ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพใช้นิกเกิลและแคดเมียม แบตเตอรี่เป็นแหล่งกำเนิดของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงดังนั้นจึงต้องประกอบด้วยจุดที่มีศักยภาพสองจุดคือบวกและลบหรือเรียกอีกอย่างว่าขั้วบวกและขั้วลบ ในแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมอันดับแรกชั้นของนิกเกิลออกไซด์ NiO2 จะถูกเก็บไว้รอบ ๆ รีดอกซ์

นิเกิลออกไซด์ชั้นนี้ทำหน้าที่เป็นชั้นแคโทด เหนือชั้นนิกเกิลออกไซด์จะมีชั้นของ KaOH ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวคั่น ต้องสังเกตว่าชั้นคั่นนี้ต้องแช่ในน้ำหรือชื้น จุดประสงค์คือเพื่อให้ไอออนลบ OH ที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาทางเคมี ด้านบนของชั้นคั่นมีการวางแคดเมียม ชั้นแคดเมียมทำหน้าที่เป็นขั้วบวกของแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียม แผนภาพแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียม ดังแสดงด้านล่าง

แผนภาพแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียม

ดังแสดงในแผนภาพนิกเกิลทำหน้าที่เป็นขั้วบวก นักสะสม และชั้นแคดเมียมทำหน้าที่เป็นตัวสะสมชั้นลบ ชั้นคั่นระหว่างสองชั้นประกอบด้วย KOH หรือ NaOH มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ไอออนของ OH นอกจากนี้ยังประกอบด้วยวาล์วนิรภัยแผ่นปิดผนึกแหวนฉนวนปะเก็นฉนวนและกล่องด้านนอก

วัตถุประสงค์ของแหวนฉนวนคือเพื่อให้ฉนวนกันความร้อนระหว่างสองชั้น ปะเก็นฉนวนเป็นสถานที่ที่เก็บแหวนฉนวนไว้ใกล้ ๆ ชั้นตัวคั่นเชื่อมต่อกับวงแหวนนี้ ตัวเรือนด้านนอกมีไว้เพื่อป้องกันชั้นในจากปัจจัยภายนอกเช่นความเสียหายและการจัดการแบตเตอรี่อย่างไม่ถูกต้อง ต้องสังเกตว่าเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นภายในแป้งจึงเป็นอันตรายต่อการทำงานกับแบตเตอรี่เสมอ

ห้ามเปิดกรณีของแบตเตอรี่เนื่องจากชั้นทั้งหมดถูกเปิดออกและอาจก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้ใช้ ในทำนองเดียวกันเมื่อไม่ใช้งานขอแนะนำให้ถอดแบตเตอรี่ออกจากอุปกรณ์

สมการแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม

สมการเคมีที่แสดงปฏิกิริยาเคมีสามารถกำหนดได้

สมการแรกแสดงถึงปฏิกิริยาระหว่างนิกเกิลชั้นแคโทดและตัวคั่น ให้ผลลัพธ์ของไอออนนิกเกิลออกไซด์ OH ความจำเป็นสำหรับชั้นคั่นดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้คือการจัดหาไอออนของ OH ที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาทางเคมี สำหรับการจัดหา H20 ชั้นคั่นจะถูกแช่ด้วยน้ำสำหรับปฏิกิริยาเริ่มต้น ต่อมาได้รับ H2O เป็นหนึ่งในผลพลอยได้

ที่ด้านแอโนดชั้นแคดเมียมจะรวมกับไอออนของ OH ซึ่งได้มาจากชั้นตัวคั่น ส่งผลให้เกิดแคดเมียมออกไซด์และอิเล็กตรอน อาจสังเกตได้ว่าอิเล็กตรอนในทั้งสองสมการถูกยกเลิก นอกจากนี้ไอออนของ OH จะถูกยกเลิก สมการเตือนความจำได้มาจากสมการที่สามโดยที่นิกเกิลรวมกับแคดเมียมและน้ำ ส่งผลให้เกิดนิเกิลออกไซด์และแคดเมียมออกไซด์

ช่วงอุณหภูมิของแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียม

ช่วงอุณหภูมิของแบตเตอรี่นิกเกิลคือ 0 ถึง 45 องศาเซนติเกรดระหว่างการชาร์จและ -20 ถึง 65 องศาเซนติเกรดระหว่างการคายประจุ นอกเหนือจากช่วงอุณหภูมินี้แบตเตอรี่จะไม่ทำงานและยังมีโอกาสระเบิดได้อีกด้วย

ความเป็นพิษของแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียม

แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมเป็นพิษร้ายแรงต่อร่างกายมนุษย์ แคดเมียมเป็นโลหะหนักที่ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อร่างกายมนุษย์หลายประการ แคดเมียมยังมีผลทางสรีรวิทยาต่อระบบ ปริมาณแคดเมียมในร่างกายมนุษย์โดยเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 1 ไมโครกรัมต่อลิตร มีผลโดยตรงต่อระบบย่อยอาหาร ในทำนองเดียวกันนิกเกิลยังเป็นพิษต่อระบบทางเดินหายใจของมนุษย์

แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียม

โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าสำหรับแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียมแต่ละก้อนจะอยู่ที่ประมาณ 1.2 V จำนวนเซลล์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือขนานกันเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ นอกเหนือจากแรงดันไฟฟ้าแล้วพลังงานจำเพาะของมันอยู่ที่ประมาณ 50-60 Wh ต่อ Kg นี่คือนิกเกิลเหล็กสูงพอสมควร แต่ค่อนข้างน้อยกว่าแบตเตอรี่นิกเกิล - สังกะสีและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์

กำลังจำเพาะ 200 W ต่อกก. สูงกว่านิกเกิลเหล็กปานกลาง แต่ค่อนข้างน้อยกว่าแบตเตอรี่นิกเกิลสังกะสีและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ สำหรับแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลจะอยู่ที่ประมาณ 170-1000 สำหรับแบตเตอรี่นิเกิลเหล็กจะอยู่ที่ประมาณ 100 ประสิทธิภาพการใช้พลังงานอยู่ที่ประมาณ 70-75% สูงกว่านิกเกิลเหล็กปานกลาง แต่ค่อนข้างน้อยกว่าแบตเตอรี่นิกเกิลสังกะสีและนิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ สำหรับแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลจะอยู่ที่ประมาณ 70-80% สำหรับแบตเตอรี่นิกเกิลเหล็กจะอยู่ที่ประมาณ 60-70%

โครงสร้างของแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียม

โครงสร้างแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียมเหมือนกับแบตเตอรี่ที่ใช้กรดตะกั่ว ประกอบด้วยสามชั้นพื้นฐาน ชั้นแรกคือชั้นนิกเกิลจากนั้นชั้นคั่นและชั้นแคดเมียม นิกเกิลทำหน้าที่เป็นตัวสะสมอิเล็กโทรดบวกและชั้นแคดเมียมทำหน้าที่เป็นตัวเก็บชั้นลบ

ชั้นคั่นระหว่างสองชั้นประกอบด้วย KOH หรือ NaOH มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ไอออนของ OH นอกจากนี้ยังประกอบด้วยวาล์วนิรภัยแผ่นปิดผนึกแหวนฉนวนปะเก็นฉนวนและกล่องด้านนอก วัตถุประสงค์ของแหวนฉนวนคือเพื่อให้ฉนวนกันความร้อนระหว่างสองชั้น ปะเก็นฉนวนเป็นสถานที่ที่เก็บแหวนฉนวนไว้ใกล้ ๆ ชั้นตัวคั่นเชื่อมต่อกับวงแหวนนี้

ตัวเรือนด้านนอกมีไว้เพื่อป้องกันชั้นในจากปัจจัยภายนอกเช่นความเสียหายและการจัดการแบตเตอรี่อย่างไม่ถูกต้อง ต้องสังเกตว่าเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นภายในแป้งจึงเป็นอันตรายต่อการทำงานกับแบตเตอรี่เสมอ ชั้นพร้อมกับชั้นคั่นจะสร้างปฏิกิริยาเคมีที่ต้องการและสร้างความต่างศักย์

แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมทำงาน

การทำงานของแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียมขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างชั้น แบตเตอรี่ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงประกอบด้วยสองพอร์ต ได้แก่ แอโนดและแคโทด ในขณะที่สร้างแบตเตอรี่ขั้นแรกชั้นแคดเมียมจะถูกเก็บไว้ที่รีดอกซ์ ชั้นแคดเมียมทำหน้าที่เป็นขั้วแคโทด แคดเมียมเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีน้ำหนักมากและมีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี เหนือชั้นแคดเมียมจะมีชั้นคั่น

วัตถุประสงค์ของชั้นตัวคั่นคือเพื่อจัดหาไอออน OH ที่จำเป็นสำหรับ ปฏิกิริยาเคมี . ไอออนของ OH จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาระหว่างนิกเกิลชั้นแคโทดกับตัวคั่น ให้ผลลัพธ์ของไอออนนิกเกิลออกไซด์ OH ความจำเป็นสำหรับชั้นคั่นดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้คือการจัดหาไอออนของ OH ที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาทางเคมี สำหรับการจัดหา H20 ชั้นคั่นจะถูกแช่ด้วยน้ำสำหรับปฏิกิริยาเริ่มต้น

ต่อมาได้รับ H2O เป็นหนึ่งในผลพลอยได้ ที่ด้านแอโนดชั้นแคดเมียมจะรวมกับไอออนของ OH ซึ่งได้มาจากชั้นตัวคั่น ส่งผลให้เกิดแคดเมียมออกไซด์และอิเล็กตรอน อาจสังเกตได้ว่าอิเล็กตรอนในทั้งสองสมการถูกยกเลิก นอกจากนี้ไอออนของ OH จะถูกยกเลิก สมการเตือนความจำได้มาจากสมการที่สามโดยที่นิกเกิลรวมกับแคดเมียมและน้ำ ส่งผลให้เกิดนิเกิลออกไซด์และแคดเมียมออกไซด์ ปฏิกิริยาเคมีตามมาด้วยการไหลของอิเล็กตรอนซึ่งทำให้เกิดความต่างศักย์ข้ามขั้วทั้งสอง

ประเภทแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม

การจำแนกประเภทแบตเตอรี่นิกเกิล - แคดเมียมทำได้ตามขนาดและแรงดันไฟฟ้าที่มีเท่านั้น ขึ้นอยู่กับขนาดอาจเป็นขนาด AAA, AA, A, Cs, C, D หรือ F ขนาดทั้งหมดนี้มาพร้อมกับข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้าขาออกที่แตกต่างกัน บางส่วนมีลักษณะเป็นท่อทรงกระบอกและบางส่วนอยู่ในกล่องด้านนอกรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ข้อดีและข้อเสีย

ข้อดีของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมคือ

• ให้กระแสไฟสูง
• ทนต่อการชาร์จไฟมากเกินไป
• ทนทานต่อการชาร์จได้ถึง 500 รอบ

ข้อเสียของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมคือ

• แคดเมียมไม่ใช่วัสดุที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
• ความทนทานต่ออุณหภูมิน้อยกว่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่อื่น ๆ

การใช้งานแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม

มีแอพพลิเคชั่นต่างๆเช่นของเล่นมอเตอร์กระแสตรงขนาดเล็กเครื่องคิดเลขพัดลมคอมพิวเตอร์ ฯลฯ

ดังนั้นเราจึงได้เห็นแอปพลิเคชันการทำงานและรายละเอียดของ แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม . ต้องดูว่าอะไรคือวัสดุอื่นที่สามารถรวมกับนิกเกิลได้เนื่องจากแคดเมียมมีผลอันตราย