니켈-카디움 배터리 작동 방식 : 구성, 특성 및 작동

NICD (Nickel-Cadmium) 배터리는 장난감, 계산기 및 전동 공구와 같은 많은 일상적인 장치에서 사용되는 안정적인 오래 지속되는 전원입니다.이 배터리는 니켈과 카드뮴의 화학 반응을 통해 작동하여 작고 가벼운 설계로 꾸준한 전압을 생성합니다.그들은 내구성이 뛰어나고 빈번한 재충전을 처리 할 수 ​​있으며 필요할 때 높은 전력을 전달할 수 있습니다.그러나 카드뮴으로 인한 환경 위험과 같은 일부 단점이 있습니다.이 안내서는 NICD 배터리가 작동 방식, 이점 및 단점, 실제 용도, 유지 보수 및 수리 팁을 포함하여 알아야 할 모든 것을 다룹니다.

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그림 1. 니켈-카디움 배터리

니켈-카디움 배터리 개요

NICD (Nickel-Cadmium) 배터리는 니켈과 카드뮴 전극 사이의 화학 반응을 통해 직류 (DC) 전압을 생성하는 충전식 에너지 ​​저장 장치입니다.각 셀은 약 1.2 볼트의 공칭 전압을 생성합니다.여러 셀을 직렬로 연결함으로써 3.6 내지 4.8 볼트 범위의 전압을 달성 할 수 있으므로 다양한 응용 분야에서 NICD 배터리를 다재다능하게 만듭니다.

가볍고 휴대용 디자인으로 유명한 NICD 배터리는 장난감, 계산기 및 작은 모터와 같은 장치에 선호되는 선택입니다.그들의 작동은 전극 사이의 직접적인 접촉을 방지하면서 이온 교환을 가능하게하는 분리기에 의해 촉진 된 산화 환원 반응에 의존한다.이 설계는 소형 형태의 효율적인 에너지 생성을 보장합니다.시간이 지남에 따라 NICD 배터리 설계의 발전으로 최신 전자 장치에 전원을 공급하는 데있어 효율성과 휴대 성이 향상되었습니다.

니켈-카디움 배터리 구조

그림 2. 니켈-카디움 배터리 구조

NICD 배터리의 구조에는 안전하고 효율적인 에너지 생성을 가능하게하도록 설계된 계층 구성 요소가 포함됩니다.핵심에는 니켈 산화물 층이 있으며, 캐소드 역할을하는 반면, 카드뮴은 양극으로 작용합니다.이들 층 사이에는 수산화 칼륨 (KOH) 또는 수산화 나트륨 (NAOH)에 담긴 분리기가 있으며, 전극 사이의 전기 접촉을 방지하면서 이온 성 교환을 용이하게한다.

절연 링, 개스킷 및 외부 케이스를 포함한 추가 구성 요소는 구조적 무결성과 안전성을 보장합니다.외부 케이싱은 내부 부품을 물리적 손상으로부터 보호하고 화학 반응을 포함합니다.절연 성분은 단락을 방지하는 반면, 분리기는 전기 화학 반응에 중요한 수산화물 이온을 제공합니다.이 층은 함께 안정적인 전압 생성과 안전한 작동을 보장합니다.

NICD 배터리 충전

충전 NICD 배터리에는 효율을 극대화하고 배터리 수명을 연장하기 위해 전류를 신중하게 제어해야합니다.충전 속도의 범위는 0.05C에서 1C 이상이며, "C"값은 배터리의 배터리 용량을 Ampere-Hours로 나타냅니다.

정확한 전하 종료의 경우 전압 딥 감지 (-ΔV) 및 온도 모니터링이 바람직합니다.1C와 같은 속도로 빠르게 충전하면 1 시간 안에 거의 91%의 효율을 달성 할 수 있습니다.대조적으로, 0.1C에서 느린 충전은 효율을 71%로 줄이고 약 14 시간이 필요합니다.초고속 충전기는 충전 프로세스의 초기 70% 동안 과열없이 에너지를 흡수하는 배터리의 능력을 활용하여 전체 용량을 유지하기 위해 세분 충전으로주기를 완료합니다.

니켈-카디움 배터리 방정식

음극에서의 반응

캐소드에서, 니켈 옥시 하이드 록 사이드 (NioOH)는 물 (HATER) 및 전자와 결합하여 니켈 수산화물 (NI (OH) ₂) 및 수산화 이온 (OHA)을 형성합니다.이 과정은 전자의 음극으로의 이동을 용이하게함으로써 방전 중에 배터리의 전압을 안정화시키는 데 중심적인 역할을합니다.

양극에서의 반응

양극에서, 카드뮴 (CD)은 수산화 이온 (OHA)과 반응하여 카드뮴 수산화 카드뮴 (CD (OH) ₂)를 생성하고 전자를 방출한다.이 전자는 외부 회로를 통과하여 연결된 장치에 전원을 공급합니다.

전반적인 세포 반응

이 방정식은 음극과 양극 모두에서의 반응을 결합합니다.니켈 옥시 하이드 록 사이드 (NIOOH), 카드뮴 (CD) 및 물 (HATER)은 상호 작용하여 니켈 수산화물 (NI (OH) ₂) 및 카드뮴 수산화물 (CD (OH) ₂)을 생성합니다.반응의 가역성을 통해 배터리는 효과적으로 충전 및 방전을 수행 할 수 있습니다.

니켈-카듐 배터리 전압의 특징

NICD (Nickel-Cadmium) 배터리는 다양한 응용 분야에 적합한 고유 한 기능 세트를 보유하고 있습니다.이러한 기능에는 작동 온도 범위, 독성 문제 및 전압 특성이 포함됩니다.아래는 이러한 측면에 대한 자세한 분석입니다.

니켈-카디움 배터리의 온도 범위

NICD 배터리는 특정 온도 범위 내에서 효율적으로 작동하도록 설계되었습니다.충전 과정에서 0 ° C에서 45 ° C 사이에서 기능 할 수있는 반면, 방전 중에는 -20 ° C에서 65 ° C로 작동합니다.이러한 온도 임계 값을 초과하면 내부 압력 축적으로 인한 잠재적 폭발을 포함하여 상당한 위험이 발생합니다.이러한 온도 한계 내에서 배터리를 유지하는 것은 안전을 보장하고 수명을 연장하려면 중요합니다.

니켈-카디움 배터리의 독성

NICD 배터리, 특히 카드뮴에 사용되는 재료는 독성이 높고 인간에게 심각한 건강 위험을 초래합니다.중금속 인 카드뮴은 신체의 생화학 적 과정을 방해 할 수 있으며, 인간 건강에 영향을 미치는 리터당 1 마이크로 그램의 농도가 낮습니다.그것은 주로 소화 시스템에 영향을 미치며 상당한 양으로 섭취하거나 흡입하면 장기적인 건강 문제로 이어질 수 있습니다.또한 NICD 배터리의 또 다른 구성 요소 인 니켈은 리드의 유해한 영향과 유사한 호흡기 시스템에 악영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다.이 재료의 독성 특성은 환경 및 건강 위험을 완화하기 위해 신중한 취급과 NICD 배터리의 적절한 처리가 필요합니다.

전압 및 에너지 특성

각각의 NICD 셀은 전형적으로 1.2V의 공칭 전압을 제공합니다. 더 높은 전압을 달성하기 위해, 다중 셀은 애플리케이션 요구 사항에 따라 직렬 또는 병렬 구성으로 연결됩니다.NICD 배터리는 또한 주목할만한 에너지 및 전력 특성을 제공합니다.

• 에너지 밀도 : NICD 배터리는 약 50-60 wh/kg의 에너지 밀도를 제공하며, 이는 니켈-아이언 배터리보다 높지만 니켈-ZINC 및 니켈 메탈 히드 라이드 배터리에 비해 짧습니다.

• 특정 전력 : NICD 배터리의 특정 전력은 약 200 w/kg이며 니켈-아이언 배터리 위에 배치되지만 니켈-제인 및 니켈 금속 히드 라이드 배터리 아래에 배치됩니다.비교를 위해, 니켈 금속 하이드 라이드 배터리는 170 w/kg 내지 1000 w/kg이며, 니켈-아이언 배터리는 약 100 w/kg을 제공합니다.

• 에너지 효율 : NICD 배터리는 70-75%의 에너지 효율을 달성하며, 이는 니켈-아이언 배터리보다 우수하지만 니켈 금속 히드 라이드 배터리 (70-80%) 및 니켈 Zinc 배터리보다 약간 낮습니다.니켈-아이언 배터리는 일반적으로 60-70%의 에너지 효율로 작동합니다.

이러한 특성의 조합 인 통합 전압 출력, 합리적인 에너지 밀도 및 신뢰할 수있는 효율성은 NICD 배터리를 적당한 에너지 저장 및 신뢰할 수있는 성능이 필요한 응용 분야에 실질적인 선택입니다.

니켈-카디움 배터리 유형

NICD 배터리는 다음과 같은 표준 크기로 제공됩니다 AAA, AA, A, CS, C, D 및 F. , 각각은 뚜렷한 치수와 출력 전압 레벨을 제공합니다.이 크기는 특정 장치 또는 시스템에 대한 적합성을 결정합니다.예를 들어, AAA 및 AA와 같은 작은 크기는 소형 디자인과 가벼운 특성으로 인해 리모콘 및 디지털 카메라와 같은 휴대용 전자 제품에 일반적으로 사용됩니다.대조적으로, D 및 F와 같은 더 큰 크기는 산업 응용 분야 또는 고용량 전동 공구에 선호되며, 더 큰 에너지 저장과 더 긴 작동 시간이 필요합니다.

NICD 배터리의 모양은 의도 된 용도에 따라 다릅니다.많은 NICD 배터리는 균일 한 에너지 분포와 취급 용이성에 이상적인 원통형 형태로 제공되지만 일부는 특정 구성 또는 인클로저에 맞게 직사각형 박스 모양의 케이싱으로 설계되었습니다.이러한 설계 변형은 NICD 배터리가 다양한 응용 프로그램 요구를 충족하면서 효율성과 안정성을 유지할 수 있도록합니다.크기와 모양 외에도 각 크기의 출력 전압 매개 변수는 다르므로 다양한 장치에 맞춤형 에너지 솔루션이 가능합니다.이러한 전압 사양은 주어진 시스템 내에서 배터리의 호환성과 성능을 결정하는 데 중요한 역할을합니다.

다양한 크기와 모양을 제공함으로써 NICD 배터리는 광범위한 사용에 걸쳐 유연성과 적응성을 제공합니다.소규모 가구 가제트에 전원을 공급하는 것부터 산업 시스템 지원에 이르기까지 다양성은 현대 기술에 대한 중요성을 강조합니다.

니켈-카디움 배터리의 장점과 단점

NICD (Nickel-Cadmium) 배터리는 고유 한 이점으로 널리 알려져 있지만 몇 가지 과제도 제시합니다.이러한 강점과 한계를 이해하면 다양한 응용 프로그램에 대한 적합성을 결정하는 데 도움이됩니다.

장점

NICD 배터리의 가장 주목할만한 장점 중 하나는 고전류를 전달하는 능력입니다.이를 통해 전동 공구 및 비상 조명 시스템과 같은 전력 파열이 필요한 장치에 탁월한 선택이됩니다.또한 NICD 배터리는 과충전에 매우 탄력적이며, 이는 정확한 전하 모니터링이 가능하지 않은 시나리오의 신뢰성을 향상시킵니다.또 다른 중요한 이점은 내구성이 최대 500 개의 충전주기를 처리 할 수있어 시간이 지남에 따라 신뢰할 수있는 전력 솔루션을 원하는 사용자에게 장기적인 사용성과 비용 효율성을 보장하기 때문에 내구성입니다.

단점

그들의 장점에도 불구하고 NICD 배터리는 특정 상황에서 호소를 제한하는 단점이 있습니다.주요 관심사는 심각한 환경 위험을 초래하는 독성 금속 인 카드뮴을 사용하는 것입니다.이러한 배터리를 부적절하게 폐기하면 오염이 발생하여 환경 영향이 중요한 문제가됩니다.또한 NICD 배터리는 다른 배터리 유형에 비해 온도 저항이 낮아서 매우 뜨겁거나 추운 환경과 같은 극한의 온도 조건에서 성능을 줄일 수 있습니다.

이러한 장점과 단점을 평가함으로써 사용자는 특정 요구, 운영 조건 및 환경 고려 사항에 따라 NICD 배터리 배치에 대한 정보에 근거한 결정을 내릴 수 있습니다.

니켈-카듐 배터리 전압의 작동 원리

그림 3. NI-CD 배터리 에너지 저장 시스템의 개략도

NICD (Nickel-Cadmium) 배터리의 기능은 층 간의 전기 화학 반응에 뿌리를두고 있으며, 이는 직류 (DC) 전압을 생성합니다.이 전압은 두 개의 별개의 단자, 즉 양극과 음극을 통해 활용됩니다.배터리의 구조 및 재료 특성은 이러한 반응을 용이하게하고 작동에 필요한 전위차를 유지하기 위해 함께 작동합니다.

카드뮴 층은 양극 층을 형성하여 카드뮴의 우수한 전기 전도성으로 인해 중요한 구성 요소 역할을합니다.이 레이어는 배터리 어셈블리 중에베이스에 배치됩니다.카드뮴 층 위에는 분리기 층이 있으며, 이는 전기 화학 반응에서 중요한 역할을한다.주요 기능은 수산화물 이온 (OHA)을 제공하는 것이며, 이는 양극과 음극 모두에서 발생하는 반응에 필수적이다.이를 보장하기 위해 분리기 층은 물에 미리 담근되어 반응 과정에 필요한 HAT를 공급합니다.

캐소드 말단에서 니켈 층은 분리기의 수산화 이온과 상호 작용합니다.이 반응은 니켈 산화 수산화물 (NIOOH)을 생성하고 부산물로서 추가적인 OH 이온을 방출한다.양극 측에서, 카드뮴은 공급 된 옥 이온과 반응하여 전자를 방출하는 동안 수산화 카드뮴 (Cd (OH) ₂)를 형성한다.분리기 층은 배터리의 에너지 출력에 기본적인 이러한 반응을 유지하기 위해 수산화 이온의 꾸준한 공급을 보장합니다.

전반적인 전기 화학 반응은 부산물 중 하나로 물을 생성합니다.이 공정은 또한 음극에서 소비 된 전자 균형에서 생성 된 전자가 시스템의 전기 평형을 유지하도록 보장합니다.이들 반응의 정점은 세 번째 방정식에 반영되며, 여기서 니켈, 카드뮴 및 물이 결합되어 수산화 니켈 및 수산화 카드뮴 수산화 카드뮴을 최종 생성물로 형성한다.

결과 화학 반응은 전자의 흐름을 생성하여 두 말단 사이에 전위차를 만듭니다.이 전위차는 연결된 장치에 전력을 공급하여 배터리가 안정적인 DC 전압 소스 역할을 할 수 있습니다.재료 특성을 신중하게 관리하고 최적의 반응을 보장함으로써 니켈-카디움 배터리는 광범위한 응용 분야의 전원을 효율적으로 제공합니다.

니켈-카디움 배터리 애플리케이션

NICD (Nickel-Cadmium) 배터리는 내구성, 고전류 출력 및 안정적인 성능으로 인해 다양한 응용 분야에서 광범위한 사용을 발견합니다.이 배터리는 특히 일관된 에너지 전달과 적당한 용량이 필요한 전원 장치에 적합합니다.일반적인 응용 프로그램에는 가볍고 소형 크기가 휴대용 디자인에 이상적인 장난감이 포함됩니다.또한 소형 DC 모터에서 널리 사용되며 핸드 헬드 도구 또는 소규모 기기와 같은 효율적인 작동을위한 꾸준한 전력을 제공합니다.

또한 NICD 배터리는 계산기, 팬 및 기타 가정용 전자 제품에 사용되며, 이는 긴주기 수명과 빈번한 재충전을 처리 할 수있는 능력이 상당한 이점을 제공합니다.컴퓨터 및 기타 백업 시스템은 전력 중단 중에 신뢰할 수있는 에너지 저장 및 전달이 필요한 상황에서 NICD 배터리에 의존 할 수 있습니다.

니켈-카디움 배터리의 수리 방법

NICEL (Nickel-Cadmium) 배터리를 수리하려면 특히 배터리가 성능 저하 또는 전압 강하를 경험할 때 기능을 복원하는 특정 단계가 필요합니다.다음은 수명이 끝나는 NICD 배터리 수리 및 활성화를위한 자세한 안내서입니다.

1 단계 : 12V 전원 공급 장치를 사용한 초기 활성화

NICD 배터리의 표준 전압은 1.2V입니다.이를 부활 시키려면 활성화를 위해 12V 데스크탑 컴퓨터 스위치 전원 공급 장치를 사용하십시오.

• 전원 공급 장치 준비 : 전원 공급 장치의 녹색과 검은 색 전선을 짧게하여 12V 출력을 가능하게합니다.검은 색 와이어를 배터리의 네거티브 터미널에 연결하십시오.노란색 와이어를 배터리의 포지티브 터미널에 간단히 닿으십시오.

• 전원 공급 장치를 다시 시작하십시오 : 전원 공급 장치는 단락을 감지하고 12V 출력을 중지 할 수 있습니다.녹색과 검은 색 전선 사이의 단락을 분리 한 다음 다시 연결하여 12V 출력을 복원하십시오.

• 프로세스를 반복하십시오 : 멀티 미터로 측정 된대로 배터리 전압이 몇 볼트로 증가 할 때까지 위의 단계를 계속하십시오.배터리에 전압 회복 징후가 표시되면 따로 설정하고 활성화가 필요한 다음 배터리로 진행하십시오.

2 단계 : 휴대폰 충전기로 충전

초기 활성화 후 5V 휴대 전화 충전기를 사용하여 여러 배터리를 동시에 충전하십시오.

• 충전기 연결 : 충전기의 5V 출력을 사용하여 3 개의 NICD 배터리를 직렬로 충전하십시오.약 8 시간 동안 충전을 허용하십시오.

• 전압 모니터 : 멀티 미터를 사용하여 각 배터리의 전압을 주기적으로 측정하십시오.각 배터리의 전압이 1.2V에 도달하거나 초과하는지 확인하십시오.

• 필요한 경우 재 활성화 : 배터리가 다른 배터리보다 전압이 상당히 낮은 경우 1 단계를 반복하여 다시 충전하기 전에 재 활성화하십시오.

3 단계 : 방전 및 전압 밸런싱

수리 된 배터리를 사용하고 모니터링하여 일관된 전압 레벨을 유지하십시오.

• 배터리 배출 : 배터리가 완전히 배출 될 때까지 완전히 사용하십시오.

• 전압 수준 확인 : 멀티 미터로 각 배터리의 전압을 측정하십시오.특히 낮은 전압이있는 배터리 또는 전압 강하가 0으로 식별하십시오.

• 활성화 단계를 다시 적용하십시오 : 1 단계의 12V 활성화 방법을 사용하여 이러한 배터리를 복원하십시오.

• 과정을 반복하십시오 : 충전, 배출 및 재 활성화 단계를 여러 번 반복하십시오.이를 통해 전압 레벨의 균형을 맞추고 모든 배터리가 최적의 성능으로 복원되도록합니다.

결론

니켈-카디움 배터리는 장난감부터 전동 공구에 이르기까지 많은 장치의 신뢰할 수있는 전원입니다.그들은 내구성이 뛰어나고 쉽게 재충전하며 꾸준한 성능을 제공합니다.그러나 카드뮴의 환경 위험과 같은 단점이 있습니다.이러한 배터리가 어떻게 작동하는지, 이점 및 관리 방법을 이해함으로써보다 효과적으로 사용하여 더 오래 지속될 수 있습니다.올바른 접근 방식으로 NICD 배터리는 신뢰할 수 있고 유용한 전원 솔루션으로 유지 될 수 있습니다.

자주 묻는 질문 [FAQ]

1. 니켈-카디움 배터리에 사용되는 것은 무엇입니까?

Nickel-Cadmium (NICD 또는 NICAD) 배터리는 일관된 전원 전달이 필요한 휴대용 장치에서 일반적으로 사용되는 충전식 전원입니다.일반적인 응용 프로그램에는 휴대용 컴퓨터, 드릴, 캠코더 및 기타 소형 배터리 작동 장치가 포함됩니다.배터리의 구조는 수산화 칼륨의 알칼리 전해질과 쌍을 이루는 니켈 산화 수산화물 및 금속 카드뮴을 전극으로 사용합니다.이 재료는 안정적인 성능과 오래 지속되는 전력 출력을 가능하게하여 NICD 배터리가 도구 및 가제트에 적합한 신뢰성과 내구성을 필요로합니다.

2. 니켈-카드미듐 배터리는 얼마나 오래 지속됩니까?

NICD 배터리는 일반적으로 15 년에서 20 년 사이에 있으며, 백업 전원 시스템에 일반적으로 사용되는 가혹한 환경 조건에서도 지속됩니다.경우에 따라 이러한 배터리는 예상 수명을 35%이상 초과하여 탁월한 내구성과 가치를 제공합니다.정기적 인 유지 보수 및 적절한 충전 관행은 배터리의 운영 수명을 더욱 확장하여 수십 년 동안 신뢰할 수있는 성능을 보장 할 수 있습니다.

3. 니켈-카디움 충전식 배터리를 어떻게 재충전합니까?

NICD 배터리를 재충전하는 가장 비용 효율적인 방법은 16 시간 동안 C/10 (배터리 정격 용량의 10%)의 일정한 전류 속도를 사용하는 것입니다.예를 들어, 100mAh 배터리는 16 시간 동안 10mA로 충전되어야합니다.이 접근법은 간단하며 특수 충전 종료 센서가 필요하지 않으므로 과충전을 방지하면서 완전한 충전을 보장합니다.적절한 충전 관행은 배터리의 성능을 유지하고 수명을 연장하는 데 도움이됩니다.