ニッケル・カドミウム電池の概要
ニッケル・カドミウム電池（Ni-Cd電池）は、ニッケル酸化物水酸化物Ni(O)(OH)を正極に、金属カドミウムを負極に使用する二次電池の一種です。この電池は内部インピーダンスが低く、高い出力能力を持ちますが、他の電池システムに比べてエネルギー貯蔵容量は低めです。長いサイクル寿命と迅速な充電能力を持っていますが、浅い放電を繰り返すことで電圧抑制やメモリー効果に悩まされることがあります。これは、最大充電電圧が減少し、結果としてエネルギー容量が減ることを意味します。
放電中の全体的な反応式は以下の通りです：
2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2
Ni-Cd電池の化学と作動原理
充電済みのNi-Cd電池には以下が含まれます：
正極：ニッケル(III)酸化物-水酸化物の正極プレート
負極：カドミウムの負極プレート
セパレータ
電解液：アルカリ性電解液（水酸化カリウム）
Ni-Cd電池は通常、自己密封式安全弁が装備された金属ケースで構成されています。正負極プレートはセパレータによって互いに隔てられ、ケース内でスパイラル状に巻かれています。これはジェリーロールデザインと呼ばれ、同等サイズのアルカリ電池よりも高い最大電流をNi-Cd電池に供給させることができます。
放電状態での正極は、ニッケル水酸化物で構成されており、電池要件に合わせてドープされ改変されています。また、導電媒体としてグラファイトが使用されています。充電と放電の間で、ニッケルは2つの酸化状態間を循環します。充電時には、ニッケル水酸化物がニッケルオキシ水酸化物（NiOOH）に変換されます：
2Ni(OH)2 + 2OH– → 2NiOOH + 2H2O + 2e–
放電時のニッケル酸化電極での反応は以下の通りです：
2NiOOH + 2H2O + 2e– → 2Ni(OH)2 + 2OH–
負極はカドミウム水酸化物、Cd(OH)2で構成され、充電中に金属カドミウムに還元されます。放電過程ではこの反応が逆転し、カドミウムの酸化状態が0から2+に変化し、反応に参加するカドミウム原子あたり2つの電子が放出されます。
Ni-Cd電池の利点と欠点
利点：
高いCレート
放電後の再充電が可能
環境にやさしい（繰り返し使用が可能で、長期的には廃棄物が少ない）
500回の充電サイクルに耐える
高出力を供給
欠点：
カドミウムの環境への影響
目立つ充電メモリー効果
自己放電
初期コストが高い
Ni-Cd電池の特性
ニッケル・カドミウム電池は、他の電池タイプと比較して理解するためにいくつかの重要なパラメータがあります。これらのパラメータは、特定の品質が必要な場合に参考にされます。ニッケル・カドミウム電池の特性には以下が含まれます：
単位電圧：一般的な開回路電圧は1.2V
カットオフ電圧：通常、NiMHまたはNiCd電池の容量をテストする際に使用されるカットオフ電圧は1.0V/セル
容量：Ni-Cd AA電池の公称電圧は1.2ボルトで、平均容量は600-1000mAh
Cレート：バッテリーが放電または充電される速度を表す
自己放電：Ni-Cd電池の自己放電率は約10%/月（20°Cで）
劣化：充電/放電サイクルごとに若干の劣化が発生
放電深度：バッテリーから抽出されたエネルギーの量を表す
その他の電池タイプ
以下に、電気バッテリーの主なタイプを要約します：
サイズ別分類：AA、AAA、AAAA、C、D、CR1220など
主電池：アルカリ、リチウム金属、亜鉛炭素、亜鉛塩化物、酸化銀、亜鉛空気電池
二次電池：リチウムイオン、リチウムポリマー、リチウムコバルト酸化物、リチウムマンガン酸化物、LiFePo4、NMC、NCA、ニッケル水素、ニッケルカドミウム、鉛蓄電池
電圧別：1.2V、3V、6V、9V、12V、24V
これらの電池は、UPS、電気自動車、携帯電話、ノートパソコンなど、さまざまな用途で使用されています。
