R4LPEYzC8bVS81

Ilustracja przedstawiająca trzy przykładowe typy akumulatorów niklowo-kadmowych. Dwa z nich to baterie typu paluszki. Trzecia bateria jest płaska.

AkumulatorakumulatorAkumulator $\mathrm{Ni}-\mathrm{Cd}$ to układ złożony z elektrody dodatniej – katodykatodakatody wykonanej z tlenku wodorotlenku nikluzasadowy tlenek niklu(III), NiO(OH)tlenku wodorotlenku niklu, oraz elektrody ujemnej – anodyanodaanody wykonanej z metalicznego kadmu lub stopu kadmu i żelaza (o zawartości ok. 20% $\mathrm{Fe}$). Elektrolitem zaś jest wodny roztwór wodorotlenku potasu lub sodu (najczęściej o stężeniu 6 $\frac{\mathrm{mol}}{{\mathrm{dm}}^3}$). Napięcienapięcie elektryczneNapięcie pojedynczego ogniwaogniwo galwaniczneogniwa w akumulatorze $\mathrm{Ni}-\mathrm{Cd}$ wynosi ok. 1,20 V. Pierwsze akumulatory $\mathrm{Ni}-\mathrm{Cd}$ w postaci paluszków AA (R6) miały pojemnośćpojemność akumulatorapojemność 500 mAh. Obecnie jest to ponad 2000 mAh.

Obecnie akumulatory te są prawie całkowicie wyparte przez ogniwa $\mathrm{Ni}-\mathrm{MH}$ i litowo‑polimerowe.

Anoda:

Katoda:

Reakcja sumaryczna, czyli reakcja ładowania i rozładowania, zachodzi zgodnie z równaniem:

Pomimo obecności jonów ${\mathrm{OH}}^{-}$ w poszczególnych etapach procesów elektrodowych w całkowitym bilansie reakcji, elektrolit nie bierze w nich udziału, w przeciwieństwie do akumulatorów ołowiowych, przez co nie można ocenić stanu naładowania akumulatorów $\mathrm{Ni}-\mathrm{Cd}$ na podstawie pomiarów gęstości elektrolitu. Poza tym przy niepełnym ładowaniu akumulatora $\mathrm{Ni}-\mathrm{Cd}$ powstają nierozpuszczalne wodorotlenki zarówno kadmu, jak i niklu, co prowadzi do zmniejszenia pojemności ogniwa.

R1GHvI5IdxxZ8

Ilustracja przedstawiająca schemat budowy ogniwa w akumulatorze niklowo-kadmowym, Ni-Cd. Na dole legenda. Zwykłe strzałki przedstawione za pomocą nieprzerywanej linii informują o ładowaniu akumulatora, zaś przerywane o wyładowaniu. Po lewej stronie anoda, na niej równania: $\text{Cd}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2$, łukowata strzałka poprowadzona do $\text{Cd}$. W przeciwną stronę poprowadzona łukowata przerywana strzałka od $\text{Cd}$ do $\text{Cd}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2$. W obrębie elektrolitu trzydziestoprocentowego roztworu KOH równanie komplementarne: ${\text{H}}_2\text{O}$, łukowata strzałka poprowadzona do ${\text{OH}}^{-}$. W przeciwnym kierunku poprowadzona łukowata przerywana strzałka. Od anody poprowadzony przewód nad nim symbol ${\text{e}}^{-}$ przerywana strzałka w prawo do katody i strzałka w lewo do anody, dalej łącznik i przewód prowadzący do katody. Na katodzie równania reakcji: $\text{Ni}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2$, łukowata strzałka poprowadzona do $\text{NiOOH}$, w przeciwnym kierunku strzałka przerywana. W obrębie elektrolitu, to jest trzydziestoprocentowego roztworu KOH reakcje komplementarne: ${\text{OH}}^{-}$ łukowata strzałka poprowadzona do ${\text{H}}_2\text{O}$, w przeciwnym kierunku poprowadzona przerywana strzałka. Elektrolit łączy anodę z katodą.

Wiele pozytywnych cech akumulatorów niklowo‑kadmowych, jak wytrzymałość na wstrząsy i drgania, zdolność do pracy w szerokim zakresie temperatur – od ok. -20°C do ok. +40°C – czy odporność na korozję, mogłyby wskazywać, że ogniwa te będą szeroko wykorzystywane w przemyśle. Niestety ze względu na obecność kadmu i możliwość jego niekorzystnego wpływu na zdrowie człowieka czy środowisko, były stopniowo wycofywane na rzecz nowszych akumulatorów, które nie zawierają tego pierwiastka, np. niklowo‑metalowo‑wodorkowych czy niklowo‑wodorkowych nowej generacji.

Akumulatory niklowo‑kadmowe są niekiedy nadal stosowane do zasilnia urządzeń wykorzystywanych w skrajnych warunkach temperaturowych, do oświetleń awaryjnych oraz w modelarstwie.

Słownik

Bibliografia

Czerwiński A., Akumulatory, baterie, ogniwa, Warszawa 2005.

Linden D., Reddy T.B., Handbook of batteries, New York 1993.

Gomółka J., Kowalczyk F., Franke A., Współczesne chemiczne źródła prądu, Warszawa 1977.

Czerwiński A. Akumulatory, baterie, ogniwa, Warszawa 2005.