Batterie al Nichel-Cadmio: Una Panoramica
Introduzione
Le batterie al nichel-cadmio (Ni-Cd) sono un tipo di batteria secondaria che utilizza idrossido di nichel ossido Ni(O)(OH) come catodo e cadmio metallico come anodo. Queste batterie si distinguono per la loro bassa impedenza interna, che si traduce in elevate capacità di potenza, sebbene abbiano una capacità di immagazzinamento energetico inferiore rispetto ad altri sistemi di batterie.
Caratteristiche Principali
Le batterie Ni-Cd vantano una lunga vita utile e la capacità di ricarica rapida. Tuttavia, possono soffrire di depressione di tensione o effetto memoria, il che significa che la tensione di carica massima diminuirà e di conseguenza la capacità energetica se scaricate continuamente in modo superficiale. La reazione complessiva durante lo scarico è: 2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2.
Problemi Ambientali e Applicazioni
Uno svantaggio maggiore è il contenuto di cadmio, un metallo estremamente tossico, il che rende le batterie Ni-Cd non una scelta ideale per i sistemi di batterie moderni. Oggi, le applicazioni delle batterie al nichel-cadmio sono limitate a dispositivi portatili di piccole dimensioni come utensili elettrici, giocattoli, illuminazione di emergenza, strumentazione medica o prodotti industriali portatili.
Chimica delle Batterie al Nichel-Cadmio
Una cella Ni-Cd completamente carica contiene:
– Catodo: una piastra dell’elettrodo positivo in idrossido di nichel(III)
– Anodo: una piastra dell’elettrodo negativo in cadmio
– Separatore
– Elettrolita: un elettrolita alcalino (idrossido di potassio)
Le batterie Ni-Cd di solito hanno un involucro metallico con una piastra di tenuta dotata di una valvola di sicurezza autosigillante. L’elettrodo positivo nel suo stato scarico è composto da idrossido di nichel, modificato per soddisfare i requisiti della batteria, e grafite come mezzo conduttivo. Il nickel alterna tra due stati di ossidazione durante la carica e la scarica; durante la carica, l’idrossido di nichel viene convertito in ossiidrossido di nichel (NiOOH): 2Ni(OH)2 + 2OH– →2NiOOH +2 H2O + 2e–.
Vantaggi e Svantaggi
I vantaggi principali delle batterie ricaricabili sono che possono essere ricaricate dopo la scarica, rendendole più ecocompatibili rispetto alle batterie primarie. Inoltre, producono meno rifiuti nel lungo termine, soprattutto in caso di dispositivi ad alto consumo di energia. Le batterie Ni-Cd offrono diversi vantaggi specifici, tra cui l’alta capacità di erogazione di corrente, la tolleranza alla sovraccarica e la resistenza fino a 500 cicli di carica. D’altro canto, presentano alcuni svantaggi specifici, come la non eco-compatibilità del cadmio e l’effetto memoria evidente.
Caratteristiche delle Batterie al Nichel-Cadmio
Per confrontare e comprendere le capacità di ciascuna batteria, alcuni parametri importanti caratterizzano ogni batteria:
– Tensione di Cella: La tensione comune a circuito aperto per le batterie Ni-Cd (ad es. AAA e AA) è di 1,2V.
– Tensione di Taglio: La tensione di taglio è la tensione minima consentita, che generalmente definisce lo stato “vuoto” della batteria.
– Capacità: La capacità coulometrica è il totale di Ampere-ore disponibili quando la batteria viene scaricata a una certa corrente di scarico dal 100% SOC alla tensione di taglio.
– Tasso di Autodiscarica: Le batterie si scaricano gradualmente anche se non connesse e non erogano corrente. La velocità di autodiscarica per una batteria Ni-Cd è di circa il 10%/mese a 20 °C.
Conclusione
Le batterie al nichel-cadmio, nonostante i loro vantaggi in termini di alta corrente di uscita e tolleranza alla sovraccarica, stanno diventando meno popolari a causa dei loro svantaggi ambientali e dell’emergere di tecnologie alternative più ecocompatibili e efficienti.
