Caratteristiche delle Batterie al Nichel-Cadmio
Le batterie al nichel-cadmio (Ni-Cd) sono un tipo di batteria secondaria che utilizza idrossido di nichel Ni(O)(OH) come catodo e cadmio metallico come anodo. Queste batterie sono note per la loro tensione di circuito aperto comune di 1,2 V, tipica per le dimensioni AAA e AA.
Vantaggi e Svantaggi
Uno dei principali vantaggi delle batterie Ni-Cd è la loro bassa impedenza interna, che si traduce in elevate capacità di potenza. Tuttavia, questo è compensato da una minore capacità di stoccaggio energetico rispetto ad altri sistemi di batterie. Sono rinomate per la loro lunga durata di ciclo e la capacità di ricarica rapida. D’altra parte, possono soffrire di depressione di tensione o effetto memoria, il che significa che la tensione massima di carica e, di conseguenza, la capacità energetica possono diminuire se scaricate continuamente in modo superficiale. La reazione globale durante la scarica è: 2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2.
Svantaggi Ambientali
Il maggiore svantaggio delle batterie Ni-Cd è il contenuto di cadmio. Il cadmio è estremamente tossico, rendendo le batterie Ni-Cd meno desiderabili in un contesto ambientale moderno.
Applicazioni
Oggi, le applicazioni delle batterie al nichel-cadmio si trovano in dispositivi portatili di piccole dimensioni come utensili elettrici, giocattoli, illuminazione di emergenza, strumentazione medica o prodotti portatili industriali. Vengono utilizzate in prodotti di piccole dimensioni poiché il loro costo per applicazioni a bassa potenza è economico, ma sono tre o quattro volte più costose rispetto alle batterie al piombo-acido per la stessa capacità.
Parametri Importanti
Tensione della Cella
La tensione delle batterie elettriche è creata dalla differenza di potenziale dei materiali che compongono gli elettrodi positivi e negativi nella reazione elettrochimica.
Tensione di Cut-off
La tensione di cut-off è la tensione minima consentita, definendo lo stato “vuoto” della batteria. Per testare la capacità di una batteria NiMH o NiCd si utilizza normalmente una tensione di cut-off di 1,0 V per cella, mentre per una cella alcalina si utilizza 0,9 V.
Capacità
La capacità coulometrica rappresenta il totale degli ampere-ora disponibili quando la batteria viene scaricata con una certa corrente di scarica dal 100% dello stato di carica (SOC) alla tensione di cut-off. Le batterie Ni-Cd AA presentano una tensione nominale di 1,2 volt e una capacità media di 600-1000 mAh.
Tasso di C
Il tasso di C viene utilizzato per esprimere la velocità di scarica o carica di una batteria rispetto alla sua capacità massima. Un tasso di 1C significa che la corrente di scarica scaricherà l’intera batteria in 1 ora. Le batterie NiCd progettate per la ricarica rapida possono essere caricate con correnti pari a diverse volte il tasso di C senza generare un eccessivo accumulo di calore.
Auto-scarica
Le batterie si auto-scaricano gradualmente anche se non collegate e non erogano corrente. Questo è dovuto a reazioni chimiche “secondarie” che avvengono all’interno della cella anche quando non è applicato alcun carico. Il
tasso di auto-scarica per una batteria Ni-Cd è di circa il 10% al mese a 20 °C, aumentando fino al 20% a temperature più elevate. Si consiglia di non conservare le batterie Ni-Cd per lunghi periodi senza utilizzarle occasionalmente.
Deperimento
Ogni ciclo di carica-scarica comporta una certa degradazione delle batterie ricaricabili. Questa degradazione si verifica generalmente a causa della migrazione dell’elettrolita lontano dagli elettrodi o perché il materiale attivo si stacca dagli elettrodi. Le batterie Ni-Cd possono fornire 300 o più cicli di carica/scarica.
Profondità di Scarica
La profondità di scarica (DOD) è una misura di quanta energia è stata prelevata da una batteria ed è espressa come percentuale della capacità totale. Ad esempio, da una batteria di 100 Ah dalla quale sono stati prelevati 40 Ah, si è verificata una DOD del 40%.
Conclusione
Le batterie al nichel-cadmio sono state per molto tempo una scelta popolare per applicazioni specifiche, grazie alla loro capacità di erogare alta potenza e alla durata del ciclo di vita. Tuttavia, a causa delle preoccupazioni ambientali legate al cadmio e al progresso nelle tecnologie delle batterie, il loro uso sta diminuendo. Rimangono tuttavia una scelta affidabile per determinate applicazioni, in particolare dove sono richieste ricariche rapide e una robusta tolleranza ai cicli di carica.
