Nickel-Cadmium-Batterie: Ein Überblick
Die Nickel-Cadmium-Batterie (Ni-Cd-Batterie) ist ein Typ der Sekundärbatterie, der Nickeloxidhydroxid Ni(O)(OH) als Kathode und metallisches Cadmium als Anode verwendet. Obwohl sie eine geringe innere Impedanz und damit hohe Leistungsfähigkeit aufweist, ist ihre Energiespeicherkapazität im Vergleich zu anderen Batteriesystemen niedriger. Sie bietet eine lange Lebensdauer und die Möglichkeit schneller Aufladungen, leidet jedoch unter dem Spannungsabfall- oder Memory-Effekt, was bedeutet, dass die maximale Ladespannung und damit die Energiekapazität bei kontinuierlicher Teilentladung abnimmt.
Chemie und Funktionsweise
Die Chemie der Nickel-Cadmium-Batterien basiert auf folgenden Komponenten: Als Kathode dient eine Nickel(III)-oxid-hydroxid-Positivelektrodenplatte, während die Anode aus einer Cadmium-Negativelektrodenplatte besteht. Zwischen beiden befindet sich ein Separator. Als Elektrolyt wird eine alkalische Lösung, meist Kaliumhydroxid, verwendet.
Die positiven und negativen Elektrodenplatten, durch den Separator voneinander isoliert, werden in der Regel spiralförmig in einem Metallgehäuse angeordnet. Dieses Design ermöglicht es einer Ni-Cd-Zelle, einen wesentlich höheren maximalen Strom als eine alkalische Zelle gleicher Größe zu liefern.
Die chemischen Reaktionen der Ni-Cd-Batterie lassen sich wie folgt zusammenfassen: Beim Entladen reagiert Nickeloxidhydroxid mit Cadmium und Wasser zu Nickelhydroxid und Cadmiumhydroxid (2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2).
Vorteile und Nachteile
Zu den Hauptvorteilen der Nickel-Cadmium-Batterien zählen ihre Fähigkeit, hohe Ströme zu liefern, ihre relative Toleranz gegenüber Überladung und ihre lange Lebensdauer von bis zu 500 Ladezyklen. Auf der anderen Seite stehen jedoch Nachteile wie der umweltschädliche Cadmiumgehalt und der auffällige Memory-Effekt.
Eigenschaften von Nickel-Cadmium-Batterien
Wichtige Kenngrößen einer Batterie sind unter anderem:
- Zellspannung: Ni-Cd-Batterien weisen eine übliche Leerlaufspannung von 1,2V auf.
- Abschaltspannung: Diese definiert den „leeren“ Zustand der Batterie. Für Ni-Cd-Batterien wird normalerweise eine Abschaltspannung von 1,0 V pro Zelle verwendet.
- Kapazität: Die Kapazität von Ni-Cd AA-Batterien liegt im Bereich von 600-1000 mAh.
- C-Rate: Die C-Rate beschreibt, wie schnell eine Batterie im Verhältnis zu ihrer maximalen Kapazität entladen oder geladen wird. Ni-Cd-Batterien, die für schnelles Laden ausgelegt sind, können mit mehrfachem C-Rating ohne übermäßige Wärmeentwicklung geladen werden.
- Selbstentladung: Ni-Cd-Batterien weisen eine Selbstentladungsrate von etwa 10 % pro Monat bei 20 °C auf, die bei höheren Temperaturen auf bis zu 20 % ansteigen kann.
- Abbau: Bei jeder Lade-Entlade-Zyklus kommt es zu einem gewissen Abbau der Batterie.
Andere Batterietypen
Es gibt eine Vielzahl anderer Batterietypen, die in verschiedenen Größen und chemischen Zusammensetzungen für unterschiedliche Anwendungen verfügbar sind. Zu den bekanntesten zählen unter anderem Alkali-Mangan-Batterien, Lithium-Metall-Batterien, Zink-Kohle-Batterien und Blei-Säure-Batterien.
Häufig gestellte Fragen
Was sind die beiden grundlegenden Batterietypen?
Es gibt zwei grundlegende Arten von Batterien: Primär- und Sekundärbatterien. Primärbatterien sind Einwegbatterien und nicht wiederaufladbar. Sekundärbatterien sind wiederaufladbar.
Was ist die Hauptanwendung von Ni-Cd-Batterien?
Spezielle Ni-Cd-Batterien werden in schnurlosen Telefonen, Notbeleuchtung und anderen Anwendungen eingesetzt.
Was sind die Hauptvor- und Nachteile von Ni-Cd-Batterien?
Zu den Vorteilen zählen hohe Stromabgabe und Toleranz gegenüber Überladung. Nachteile sind der umweltschädliche Cadmiumgehalt und der Memory-Effekt.
