Si busqueu una bateria fiable i duradora per al vostre dispositiu, potser haureu sentit a parlar de les bateries de níquel-cadmi (bateries de Ni-Cd abreujades). El primer del món va ser inventat per Waldemar Jungner a Suècia el 1899, i no es va comercialitzar fins l'any 1960. En el mercat actual, les bateries de níquel-hidrur metàl·lic han anat substituint progressivament les bateries de níquel-cadmi per la seva gran capacitat i baix preu.
En aquest article, us presentarem el principi de funcionament, els avantatges i els desavantatges de les bateries de níquel-cadmi i si són aptes per a aplicacions domèstiques d'emmagatzematge d'energia.
Què és una bateria de níquel-cadmi?
Una bateria de níquel-cadmi és un tipus de bateria recarregable que utilitza hidròxid d'òxid de níquel i cadmi metàl·lic com a elèctrodes positius i negatius, respectivament. L'electròlit sol ser hidròxid de potassi, una solució alcalina forta. La reacció química que es produeix en una bateria de níquel-cadmi és la següent:
La bateria de níquel-cadmi va ser inventada per l'enginyer suec Waldemar Jungner el 1899, i millorada per l'inventor nord-americà Thomas Edison el 1901. Va ser una de les primeres bateries recarregables disponibles comercialment, i s'ha utilitzat àmpliament en diverses aplicacions, com ara l'electrònica portàtil, eines elèctriques, equips mèdics, dispositius militars i sistemes aeroespacials.
Característiques estructurals de les bateries de níquel-cadmi
Les bateries de níquel-cadmi (NiCd) han evolucionat significativament des de la seva invenció. En les primeres etapes, el primer desenvolupament clau es va produir el 1932, quan es van dipositar materials actius dins d'un elèctrode porós de níquel. A la dècada de 1940, les bateries de NiCd en forma de "bossa", encapsulades en acer niquelat, van començar a sorgir als EUA
No obstant això, va ser la introducció de les bateries de NiCd de placa sinteritzada la que va aportar millores importants. Aquestes plaques, creades amb pols de níquel fos a alta pressió a baixes temperatures, tenien una alta porositat, al voltant del 80%, la qual cosa permetia un millor flux d'energia i una resistència interna reduïda. Els elèctrodes positius i negatius es van formar submergint plaques de níquel en els seus respectius materials actius, níquel i cadmi.
Les plaques sinteritzades eren més fines i oferien una superfície més gran que els dissenys de la bossa, donant lloc a una major eficiència i sortida de corrent. A partir dels anys 2000, les bateries de NiCd van adoptar la configuració de gelatina, en què els elèctrodes s'enrotllen en forma d'espiral. Aquesta estructura moderna segueix sent la més comuna per a bateries de NiCd de grau de consum, equilibrant compacitat, rendiment i cost.
Avantatges de les bateries NiCad
Estabilitat de tensió durant la descàrrega
Les bateries de níquel-cadmi tenen una sortida de voltatge estable d'uns 1.2 volts durant la major part del cicle de descàrrega, una característica que significa que mantenen un rendiment estable amb només una lleugera caiguda de tensió a mesura que s'acosten a l'esgotament. Això significa que els dispositius alimentats amb bateries de NiCd poden funcionar més temps sense una degradació significativa del rendiment.
Excel·lent rendiment en temps fred
Les bateries de níquel-cadmi són conegudes pel seu excel·lent rendiment a temperatures fredes. Les bateries de níquel-cadmi poden funcionar amb eficàcia a temperatures tan baixes com -20 °C (-4 °F), mentre que molts altres tipus de bateries, com ara bateries de plom-àcid, experimenten una degradació significativa del rendiment en les mateixes condicions.
Alta taxa de descàrrega
Les bateries de NiCd són capaços de proporcionar altes taxes de descàrrega, el que significa que poden descarregar la seva capacitat nominal total en una hora o menys. Les bateries de NiCd poden descarregar aproximadament el 80-100% de la seva capacitat nominal en menys de 60 minuts.
Desavantatges de les bateries NiCad
Cost més elevat
Les bateries NiCad costen significativament més per watt-hora que les bateries de plom-àcid.
Alta taxa d'autodescàrrega
Les bateries NiCad perden la seva càrrega relativament ràpidament quan no s'utilitzen. Aquest fenomen, anomenat autodescàrrega, pot fer que perdin fins a un 10% de la seva càrrega al mes, molt més que les bateries d'ions de liti, que només perden un 2-3% al mes.
Efecte Memòria
Si una bateria es carrega repetidament abans de descarregar-se completament, "recorda" la menor capacitat, la qual cosa fa que el rendiment es degradi amb el temps. L'efecte memòria pot provocar una reducció de la capacitat del 20-30% després d'unes quantes càrregues parcials.
Problemes de cadmi
Les bateries de NiCad contenen cadmi, una substància tòxica que és perjudicial tant per a la salut humana com per al medi ambient. A la UE, l'ús de bateries de NiCad es limita a usos específics, com ara dispositius mèdics, a causa de la preocupació sobre la contaminació per cadmi.
Usos de la bateria de níquel-cadmi
Les bateries de níquel-cadmi ja no s'utilitzen gaire en l'electrònica de consum, però encara són efectives en determinades aplicacions a causa de la seva alta velocitat de descàrrega, durabilitat i capacitat de funcionar en condicions dures. A mesura que la tecnologia ha millorat, les noves tecnologies de bateries com ara l'ió de liti i l'hidrur metàl·lic de níquel (NiMH) han substituït gradualment les bateries de níquel-cadmi en moltes aplicacions.
eines elèctriques
- Trepans sense fil, serradores i altres eines: Les bateries de NiCd encara s'utilitzen habitualment en eines elèctriques sense fil més antigues a causa de la seva capacitat de proporcionar una gran potència de sortida per a ràfegues curtes, així com la seva durabilitat en entorns difícils.
- Ús pesat: Es prefereixen en eines elèctriques que requereixen cicles de càrrega i descàrrega freqüents, ja que poden suportar aquestes condicions millor que alguns altres tipus de bateries.
Dispositius Metges
- Equip mèdic portàtil: Les bateries de NiCd s'utilitzen en determinats dispositius mèdics, com ara desfibril·ladors i concentradors d'oxigen portàtils. Aquests dispositius requereixen una potència fiable durant períodes prolongats, i la capacitat de NiCd per funcionar en un rang de temperatures els converteix en una bona opció.
- Cadires de rodes: Alguns models més antics de cadires de rodes elèctriques o patinets de mobilitat encara utilitzen bateries de NiCd, ja que són duradores i poden suportar un ús freqüent.
Aplicacions aeroespacials i militars
- Sistemes d'alimentació per satèl·lit: Les bateries de NiCd s'han utilitzat en aplicacions espacials com els satèl·lits, a causa de la seva capacitat per manejar temperatures extremes i la seva fiabilitat en cicles de llarga durada.
- Ràdios i equipament militar: L'exèrcit ha utilitzat durant molt de temps bateries de NiCd en equips de comunicació, a causa de la seva capacitat de funcionar en condicions dures i la seva robustesa.
Joguines i Electrònica de Consum
- Joguines recarregables: Algunes joguines recarregables més antigues, especialment les que funcionen amb piles més grans, encara utilitzen bateries de NiCd per la seva capacitat d'oferir una gran potència.
- Dispositius electrònics portàtils: Tot i que s'han substituït en gran mesura per ions de liti, les bateries de NiCd es van utilitzar habitualment en l'electrònica de consum portàtil com les ràdios portàtils, els walkie-talkies i els dispositius de joc portàtils.
Fonts d'alimentació ininterrompuda (UPS)
- Sistemes SAI per a ordinadors i servidors: Les bateries de NiCd s'han utilitzat àmpliament en fonts d'alimentació ininterrompuda, ja que poden proporcionar energia de seguretat fiable quan falla el subministrament elèctric principal.
- Centres de dades: Els sistemes SAI més antics dels centres de dades i dels equips de telecomunicacions encara utilitzen bateries de NiCd com a energia de reserva.
Vehicles híbrids i elèctrics (models antics)
- Bateries de vehicles híbrids: NiCd es va utilitzar una vegada en vehicles elèctrics híbrids (HEV) com a font d'energia principal, tot i que s'ha substituït en gran mesura per bateries d'ió de liti més eficients energèticament en els vehicles moderns. Alguns models híbrids més antics, com el Toyota Prius de primera generació, utilitzaven bateries de NiCd.
Equipament de jardí amb bateria
- Tallages de gespa, talladores i bufadors de fulles sense fil: Algunes eines de jardí encara utilitzen bateries de NiCd per la seva potència i rendiment, tot i que els models més nous estan canviant cada cop més a bateries d'ions de liti per a un temps d'execució més llarg i un pes més lleuger.
Models RC (control remot).
- Cotxes, vaixells i helicòpters RC: Les bateries de NiCd s'han utilitzat àmpliament en models de control remot per aficions durant anys. Proporcionen un bon equilibri de potència de sortida i cicles de càrrega, tot i que les opcions basades en liti són cada cop més populars a causa de la seva densitat d'energia més alta.
Equipament fotogràfic
- Unitats de flaix de càmera: Les unitats de flaix de càmera més antigues de vegades utilitzaven bateries de NiCd, ja que podien proporcionar les ràfegues ràpides d'energia necessàries per a la fotografia amb flaix.
- Paquets de bateries per a càmeres de cinema: Algunes càmeres de pel·lícula més antigues i els seus paquets de bateries utilitzaven bateries de NiCd.
Les bateries de níquel-cadmi són adequades per a l'emmagatzematge d'energia domèstica?
Les bateries de níquel-cadmi no són la millor opció per a l'emmagatzematge d'energia domèstic per diversos motius.
Tenen una baixa densitat d'energia, el que significa que són més voluminosos i menys eficients que altres opcions. També pateixen l'efecte memòria, que redueix la seva capacitat amb el temps si no es descarreguen completament. Les bateries de NiCd tenen una alta taxa d'autodescàrrega, el que significa que perden càrrega fins i tot quan no s'utilitzen.
Tot i que poden ser més barats per endavant, la seva vida útil més curta els fa més cars a la llarga. Ions de liti i les bateries de plom-àcid són molt més adequades per a l'emmagatzematge d'energia domèstic modern a causa de la seva major eficiència, vida útil més llarga i millor rendiment general.
Si esteu buscant un dispositiu adequat per a l'emmagatzematge d'energia domèstic, Emmagatzematge d'energia a casa de Shielden és una de les vostres millors opcions.
