La batería de níquel-cadmio es una fuente de voltaje CC. Por sus propiedades y ventajas, se está apoderando plomo-ácido -basadas en baterías y ganando popularidad en los últimos tiempos. Es pequeño, compacto, se viaja fácilmente de un lugar a otro. Los usos generales de esta batería son juguetes, calculadoras, pequeños Motores DC , etc. En principio, es lo mismo que las baterías de acumulador de plomo. Un metal se lamina con cadmio y capas de separación y se mantiene en redox para que la reacción química produzca el voltaje de CC. Las baterías han sido populares durante mucho tiempo y, en un esfuerzo por aumentar la eficiencia de la batería, se utilizan cada vez más elementos químicos. Esto hace que la construcción sea compacta.
¿Qué es una batería de níquel-cadmio?
Es un dispositivo que produce voltaje de CC basado en la reacción química entre las sustancias involucradas. En una batería de níquel-cadmio, el material redox se utiliza como base y, a su alrededor, se utiliza la capa de níquel y un separador. El voltaje de la celda de níquel-cadmio es de alrededor de 1,2 V. Cuando se conectan en serie, generalmente se empaquetan de 3 a 4 celdas para obtener una salida de 3,6 a 4,8 V
Diseño de batería de níquel-cadmio
Teoría de la batería de níquel-cadmio
El principio de funcionamiento de una batería de níquel-cadmio es el mismo que el de otras baterías. Para mejorar la eficiencia, se utilizan níquel y cadmio. Una batería es la fuente de voltaje de CC, por lo tanto, debe constar de dos puntos potenciales, es decir, positivo y negativo o también llamados ánodo y cátodo. En una batería de níquel-cadmio, primero, se mantiene una capa de óxido de níquel NiO2 alrededor del redox.
Esta capa de óxido de níquel actúa como capa de cátodo. Por encima de la capa de óxido de níquel, se mantiene una capa de KaOH, que actúa como separador. Cabe señalar que esta capa separadora debe empaparse en agua o humedecerse. Su propósito es proporcionar los iones OH negativos necesarios para la reacción química. Sobre la capa separadora, se coloca cadmio. La capa de cadmio actúa como ánodo de la batería de níquel-cadmio. los diagrama de batería de níquel-cadmio se muestra a continuación.
Diagrama de batería de níquel-cadmio
Como se muestra en el diagrama, el níquel actúa como un electrodo positivo coleccionista y la capa de cadmio actúa como un colector de capa negativa. La capa de separación entre las dos capas está formada por KOH o NaOH. Su propósito es proporcionar iones OH. Aparte de estos, también consta de una válvula de seguridad, placa de sellado, anillo de aislamiento, junta de aislamiento y una carcasa exterior.
El propósito del anillo aislante es proporcionar aislamiento entre las dos capas. La junta del aislante es el lugar donde se mantiene cerca el anillo de aislamiento. La capa separadora está conectada a este anillo. La carcasa exterior sirve para proteger las capas interiores de factores externos, como daños y mal manejo de la batería. Cabe señalar que, debido a las reacciones químicas que tienen lugar dentro de la masa, siempre es peligroso trabajar con la batería.
La carcasa de la batería nunca se abre, ya que todas las capas están expuestas y puede causar daños a la persona que la usa. Del mismo modo, cuando no esté en uso, se recomienda quitar la batería del dispositivo.
Ecuaciones de la batería de níquel-cadmio
Las ecuaciones químicas que representan la reacción química se pueden dar como
La primera ecuación representa la reacción entre la capa de cátodo de níquel y el separador. Da una salida de iones OH de óxido de níquel. La necesidad de la capa separadora como se mencionó anteriormente es proporcionar los iones OH requeridos para la reacción química. Para el suministro de H2O, la capa de separación se empapa con agua para la reacción inicial. Posteriormente se obtiene H2O como uno de los subproductos.
En el lado del ánodo, la capa de cadmio también se combina con iones OH que se obtienen de la capa de separación. Esto da como resultado óxido de cadmio y electrones. Cabe señalar que los electrones en ambas ecuaciones se cancelan. Además, los iones OH se cancelan. La ecuación de recordatorio viene dada por la tercera ecuación, donde el níquel se combina con cadmio y agua. Da como resultado óxido de níquel y óxido de cadmio.
Rango de temperatura de la batería de níquel-cadmio
El rango de temperatura para la batería de níquel es de 0 a 45 grados centígrados durante la carga y de -20 a 65 grados centígrados durante la descarga. Más allá de este rango de temperatura, la batería no funciona e incluso existen posibilidades de explosión.
Toxicidad de la batería de níquel-cadmio
La batería de níquel-cadmio es muy tóxica para el cuerpo humano. El cadmio es un metal pesado que presenta varios riesgos para el cuerpo humano. El cadmio incluso tiene un efecto fisiológico en el sistema. La presencia promedio de cadmio en el cuerpo humano es de aproximadamente 1 microgramo por litro. Tiene un efecto directo sobre el sistema digestivo. Del mismo modo, el níquel también es venenoso para el sistema respiratorio humano.
Voltaje de la batería de níquel-cadmio
En general, cada voltaje para una batería de níquel-cadmio sería de aproximadamente 1,2 V. El número de celdas se conectan en serie o en paralelo para obtener el voltaje requerido. Aparte del voltaje, su energía específica ronda los 50-60 Wh por Kg. Esto es moderadamente alto que el de las baterías de níquel-hierro, pero relativamente menor que el de las baterías de níquel-zinc e hidruro metálico de níquel.
La potencia específica es de 200 W por kg. Esto es moderadamente alto que el de las baterías de níquel-hierro pero relativamente menor que el de las baterías de níquel-zinc e hidruro metálico de níquel. Para las baterías de níquel-metal, es alrededor de 170-1000. Para las baterías de níquel-hierro, es de alrededor de 100. La eficiencia energética es de alrededor del 70-75%. Esto es moderadamente alto que el de las baterías de níquel-hierro pero relativamente menor que el de las baterías de níquel-zinc e hidruro metálico de níquel. Para las baterías de níquel-metal, es de alrededor del 70-80%. Para las baterías de níquel-hierro, es de alrededor del 60-70%.
Construcción de la batería de níquel-cadmio
De construcción, la batería de níquel-cadmio es la misma que las baterías de plomo-ácido. Consta de tres capas fundamentales. La primera es una capa de níquel, luego la capa separadora y la capa de cadmio. El níquel actúa como un colector de electrodo positivo y la capa de cadmio actúa como un colector de capa negativa.
La capa de separación entre las dos capas está formada por KOH o NaOH. Su propósito es proporcionar iones OH. Aparte de estos, también consta de una válvula de seguridad, placa de sellado, anillo de aislamiento, junta de aislamiento y una carcasa exterior. El propósito del anillo aislante es proporcionar aislamiento entre las dos capas. La junta del aislante es el lugar donde se mantiene cerca el anillo de aislamiento. La capa separadora está conectada a este anillo.
La carcasa exterior sirve para proteger las capas interiores de factores externos, como daños y mal manejo de la batería. Cabe señalar que, debido a las reacciones químicas que tienen lugar dentro de la masa, siempre es peligroso trabajar con la batería. Las capas junto con la capa separadora forman la reacción química requerida y forman la diferencia de potencial.
Funcionamiento de la batería de níquel-cadmio
El funcionamiento de la batería de níquel-cadmio se basa en la reacción química que tiene lugar entre las capas. La batería, que es una fuente de voltaje de CC, consta de dos puertos, es decir, ánodo y cátodo. Mientras se fabrica la batería, primero se mantiene la capa de cadmio en el redox. La capa de cadmio actúa como terminal del cátodo. El cadmio es uno de los materiales pesados y tiene buenas propiedades conductoras. Por encima de la capa de cadmio, se mantienen las capas de separación.
El propósito de la capa separadora es proporcionar iones OH requeridos para la reacción química . Los iones OH son necesarios para la reacción entre la capa de cátodo de níquel y el separador. Da una salida de iones OH de óxido de níquel. La necesidad de la capa separadora como se mencionó anteriormente es proporcionar los iones OH requeridos para la reacción química. Para el suministro de H2O, la capa de separación se empapa con agua para la reacción inicial.
Posteriormente se obtiene H2O como uno de los subproductos. En el lado del ánodo, la capa de cadmio también se combina con iones OH que se obtienen de la capa de separación. Esto da como resultado óxido de cadmio y electrones. Cabe señalar que los electrones en ambas ecuaciones se cancelan. Además, los iones OH se cancelan. La ecuación de recordatorio viene dada por la tercera ecuación, donde el níquel se combina con cadmio y agua. Da como resultado óxido de níquel y óxido de cadmio. La reacción química es seguida por el flujo de electrones que causa la diferencia de potencial entre dos terminales.
Tipos de baterías de níquel-cadmio
La clasificación de las baterías de níquel-cadmio solo se realiza según el tamaño y el voltaje disponible. Según el tamaño, puede ser de tamaño AAA, AA, A, Cs, C, D o F. Todos estos tamaños vienen con diferentes especificaciones de voltaje de salida. Algunos de ellos tienen forma de tubo cilíndrico y algunos de ellos están en una caja exterior rectangular en forma de caja.
Ventajas y desventajas
Las ventajas de la batería de níquel cadmio son
- Ofrece una salida de alta corriente
- Tolera la sobrecarga
- Soporta hasta 500 ciclos de carga
Las desventajas de la batería de níquel cadmio son
- El cadmio no es un material ecológico
- Menor tolerancia a la temperatura en comparación con otras baterías.
Aplicaciones de la batería de níquel-cadmio
Tiene varias aplicaciones como juguetes, pequeños motores de CC, calculadoras, ventiladores, computadoras, etc.
Por lo tanto, hemos visto las aplicaciones, el funcionamiento y los detalles de batería de níquel-cadmio . Hay que ver qué otros materiales se pueden combinar con el níquel ya que el cadmio tiene efectos peligrosos.
