Опыт промышленного и бытового использования никель-кадмиевых аккумуляторов насчитывает не один десяток лет. В современных моделях техники они все чаще вытесняются с рынка более совершенными и более безопасными литий-ионными элементами, но в некоторых отраслях применения по-прежнему остаются востребованными и незаменимыми. Одной из областей использования Ni-Cd батарей является автономный электроинструмент: дрели-шуруповерты, гайковерты, лобзики, пилы, строительные миксеры и степлеры.
Подобные инструменты имеются в арсенале многих домашних умельцев. Большинство из них не задумываются о типе и характеристиках источника питания до тех пор, пока аккумулятор надежно и безотказно выполняет свою функцию. Если АКБ перестала нормально принимать заряд или стала быстро разряжаться, не стоит сразу искать ей замену. Для разного типа батарей существуют различные, в том числе народные, способы продления ресурса. Восстановление никель-кадмиевых аккумуляторов имеет свои особенности, связанные с конструкцией и химическими свойствами ее элементов.
В чем проблема при эксплуатации ni cd аккумуляторов
В зависимости от назначения никель-кадмиевые аккумуляторы изготавливаются в цилиндрической («банки») или плоской («таблетки») форме. Катодом в них служит гидрат закиси никеля Ni(OH)2 с графитовым порошком, анодом — гидрат закиси кадмия Cd(OH)2 или металлический кадмий, электролитом — гидроксид калия KOH с добавкой гидроксида лития LiOH. Конструктивное исполнение и происходящие химические процессы определяют технические характеристики устройства, преимущества и недостатки в сравнении с другими типами АКБ.
К достоинствам Ni-Cd аккумуляторов относятся:
- большая по сравнению с NiMH и Li-ion типами мощность, большие токи заряда и разряда;
- возможность эксплуатации в широком температурном диапазоне, в том числе возможность зарядки при низких температурах;
- способность выдерживать полную разрядку при больших нагрузках без последствий;
- возможность длительного хранения в разряженном состоянии без потери способности к зарядке;
- более низкая стоимость.
Основным недостатком Ni-Cd элементов, вызывающим проблемы и требующим внимания при эксплуатации, является явление «эффекта памяти». Если поставить на зарядку разряженный не полностью аккумулятор, на поверхности электродов идет процесс образования кристаллов металлического Cd, что приводит к росту внутреннего сопротивления и снижению емкости. Для профилактики этой проблемы необходимо не менее одного раза в месяц производить полную разрядку АКБ с последующей полной зарядкой.
Еще одна проблема Ni-Cd батарей — явление «терморазгона» при зарядке. При повышении температуры электролита в процессе зарядки происходит рост емкости, при этом зарядное устройство может перезарядить элемент, что приведет к дальнейшему росту температуры и снижению рабочих параметров. Более предпочтительной для Ni-Cd АКБ является быстрая импульсная зарядка с контролем температуры электролита.
Кроме перечисленных, можно назвать и другие недостатки Ni-Cd аккумуляторных элементов:
- низкая удельная емкость таких батарей;
- большие массогабаритные характеристики по сравнению с другими типами при одинаковой емкости;
- проблемы с переработкой и утилизацией в связи с высокой токсичностью кадмия.
Распространенный метод восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов
При эксплуатации любого типа аккумуляторной батареи в ней происходят необратимые физико-химические процессы, приводящие к снижению уровня разряда в ноль. Их причинами является уменьшение рабочей поверхности и потеря активной массы электродов, изменение состава и объема электролита, образование кислорода и связанные с этим окислительные процессы.
Для Ni-Cd элементов характерной причиной выработки ресурса является образование дендритов кадмия, снижающих внутреннее сопротивление. На предотвращении этого процесса основан один из распространенных методов восстановления ni- cd аккумуляторов, способный вернуть к работе полностью разряженную и отказывающуюся воспринимать зарядку батарею. Метод основан на прожиге и разрушении дендритов под действием импульсного воздействия высокого тока.
Для восстановления аккумулятора требуется следующий набор оборудования и материалов:
- рабочая и до конца заряженная АКБ с сильным током;
- набор зарядных проводов с зажимами;
- контрольный мультиметр;
- защитные перчатки и очки.
Обе батареи соединяются по минусовым клеммам, к плюсу рабочей также подсоединяется провод, свободный конец которого нужно в течение нескольких секунд быстро и кратковременно (2─3 раза в секунду) замыкать на плюс нерабочей АКБ. Замыкание не обязательно выполнять на саму клемму, ее можно предварительно подключить к проводу, а замыкания производить в удобном положении через зажим или металлическую пластину.
Для прожига кристаллов может понадобиться несколько циклов до появления напряжения на мультиметре. После этого батарею можно поставить на зарядку, но ожидать от нее набора полной емкости не стоит. Этот способ не устраняет другие источники и причины разряда, поэтому является временной мерой и способен улучшить состояние на короткий период.
Улучшенный метод восстановления
Для владельцев домашнего электроинструмента существует еще один способ отремонтировать аккумулятор шуруповерта, основанный на восстановлении электролита. При работе элемента в режиме разрядки в нем происходит пиролиз воды с ее разложением на водород и кислород. Уменьшение количества воды в составе электролита напрямую снижает его эксплуатационные характеристики.
Принцип восстановления с добавлением в электролит дистиллированной воды знаком многим автовладельцам. Для Ni-Cd элементов он имеет свои технические особенности, связанные и их небольшими размерами и закрытым типом корпуса.
В качестве инструмента используется дрель с тонким сверлом и медицинский шприц. В корпусе батареи высверливается отверстие и шприцем вводится 1 кубик дистиллированной воды. Элемент должен отстояться, после чего на его контактах измеряется напряжение. Так же, как и при предыдущем способе, элемент можно прожечь импульсным током.
Повторный замер напряжения проводится через несколько дней. Если батарея ожила, нужно запаять или заделать герметиком отверстия и поставить ее на зарядку. Если напряжения на клеммах по-прежнему нет, повторить всю процедуру с добавлением еще одной порции дистиллированной воды.
Современные генераторы
Высокие показатели мощности и тока позволяют никель-кадмиевым аккумуляторам оставаться безальтернативным источником питания в авиации и при проведении подводных работ. Они продолжают совершенствоваться преимущественно за счет конструкции кадмиевого анода.
Одним из способов повышения эксплуатационных характеристик является применение чистой кадмиевой активной массы отрицательного электрода без добавок оксида железа, что уменьшает окислительную способность анода.
Более долгим сроком службы, до 20-25 лет, отличаются современные Ni-Cd аккумуляторы длительного режима разряда с ламельными электродами, выполненными из слоев перфорированной металлической ленты, пространство между которыми заполняется активной никелевой или кадмиевой массой. Такая конструкция позволяет снизить разбухание активной массы и продлить срок ее полезной работы.
Спонсоры статьи: