Eigenschaften von Nickel-Cadmium-Batterien
Grundlegendes zu Ni-Cd-Batterien
Die Nickel-Cadmium-Batterie (Ni-Cd-Batterie) ist eine Art von Sekundärbatterie, die Nickeloxidhydroxid Ni(O)(OH) als Kathode und metallisches Cadmium als Anode verwendet. Der Abkürzung Ni-Cd leitet sich von den chemischen Symbolen für Nickel (Ni) und Cadmium (Cd) ab. Trotz hoher Leistungsfähigkeit aufgrund geringer Innenwiderstände, fällt die Energiespeicherkapazität im Vergleich zu anderen Batteriesystemen geringer aus.
Zykluslebensdauer und Aufladung
Ni-Cd-Batterien zeichnen sich durch eine lange Zykluslebensdauer und die Fähigkeit zur schnellen Aufladung aus. Jedoch neigen sie zur Spannungsdepression oder zum sogenannten Memory-Effekt, was bedeutet, dass die maximale Ladungsspannung und somit die Energiekapazität bei fortwährend oberflächlichen Entladungen abnimmt. Die Gesamtreaktion während der Entladung lautet: 2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2.
Umweltaspekte und Anwendungen
Der größte Nachteil ist der Inhalt von Cadmium, einem äußerst giftigen Element. Daher wird die Ni-Cd-Batterie in modernen Batteriesystemen nicht als Alternative angesehen. Heutzutage findet sie Anwendung in kleinen tragbaren Geräten wie Elektrowerkzeugen, Spielzeug, Notbeleuchtung, medizinischen Instrumenten oder industriellen tragbaren Produkten. Für Niedrigleistungsanwendungen sind sie kostengünstig, jedoch drei- bis viermal teurer als Blei-Säure-Batterien gleicher Kapazität.
Zellspannung und Abschaltspannung
Die Zellspannung von Ni-Cd-Batterien, wie beispielsweise AAA- und AA-Batterien, beträgt üblicherweise 1,2V. Die Abschaltspannung, die den „leeren“ Zustand der Batterie definiert, liegt bei NiMH- oder NiCd-Batterien normalerweise bei 1,0 V pro Zelle, während sie bei Alkalizellen bei 0,9 V liegt.
Kapazität und C-Rate
Die koulometrische Kapazität gibt die Gesamtamperestunden an, die verfügbar sind, wenn die Batterie bei einem bestimmten Entladestrom von 100% SOC auf die Abschaltspannung entladen wird. Ni-Cd AA-Batterien weisen eine Nennspannung von 1,2 Volt und eine durchschnittliche Kapazität von 600-1000 mAh auf. Die C-Rate drückt aus, wie schnell eine Batterie im Verhältnis zu ihrer maximalen Kapazität entladen oder geladen wird. Eine 1C-Rate bedeutet, dass der Entladestrom die gesamte Batterie in einer Stunde entlädt. NiCd-Batterien, die für schnelles Laden ausgelegt sind, können mit Strömen geladen werden, die ein Vielfaches des C-Ratings betragen, ohne übermäßige Wärmeentwicklung.
Selbstentladung und Degradation
Die Selbstentladerate für eine Ni-Cd-Batterie beträgt etwa 10 %/Monat bei 20 °C und steigt bei höheren Temperaturen auf bis zu 20 %. Es wird empfohlen, Ni-Cd-Batterien nicht über längere Zeit zu lagern, ohne sie gelegentlich zu verwenden. Jeder Lade-/Entladezyklus führt zu einer gewissen Degradation der wiederaufladbaren Batterien. Ni-Cd-Batterien können 300 bis mehr als 500 Lade-/Entladezyklen bieten.
Tiefentladung
Die Tiefentladung ist ein Maß dafür, wie viel Energie aus einer Batterie entnommen wurde, und wird als Prozentsatz der vollen Kapazität ausgedrückt. Beispielsweise hat eine 100 Ah-Batterie, aus der 40 Ah entnommen wurden, eine Tiefentladung von 40 % erfahren.
