Qu'est-ce qu'une batterie au nickel-cadmium: fonctionnement et ses applications

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La batterie au nickel-cadmium est une source de tension continue. En raison de ses propriétés et avantages, il prend le relais plomb-acide à base de batteries et gagne en popularité ces derniers temps. Il est petit, compact, facilement transportable d'un endroit à un autre. Les utilisations générales de cette batterie sont les jouets, les calculatrices, les petits Moteurs à courant continu , etc. En principe, c'est la même chose que les batteries à base d'accumulateurs au plomb. Un métal est laminé avec du cadmium et des couches de séparation et maintenu en redox de sorte que la réaction chimique produit la tension continue. Les batteries sont populaires depuis longtemps et, dans le but d'augmenter l'efficacité de la batterie, de plus en plus d'éléments chimiques sont utilisés. Cela rend la construction compacte.

Qu'est-ce qu'une batterie au nickel-cadmium?

C’est un appareil qui produit une tension continue basée sur la réaction chimique entre les substances impliquées. Dans une batterie nickel-cadmium, le matériau redox est utilisé comme base, et autour de lui, la couche de nickel et un séparateur sont utilisés. La tension des cellules nickel-cadmium est d'environ 1,2 V.Lorsqu'elles sont connectées en série, 3 à 4 cellules sont généralement regroupées pour obtenir une sortie de 3,6 à 4,8 V




Conception de batterie au nickel-cadmium

Conception de batterie au nickel-cadmium

Théorie des piles au nickel-cadmium

Le principe de fonctionnement d'une batterie au nickel-cadmium est le même que pour les autres batteries. Pour améliorer l'efficacité, le nickel et le cadmium sont utilisés. Une batterie est la source de tension continue, elle doit donc être constituée de deux points de potentiel, c'est-à-dire positif et négatif ou également appelés anode et cathode. Dans une batterie au nickel-cadmium, tout d'abord, une couche d'oxyde de nickel NiO2 est conservée autour du redox.



Cette couche d'oxyde de nickel fait office de couche cathodique. Au-dessus de la couche d'oxyde de nickel, une couche de KaOH est conservée, qui joue le rôle de séparateur. Il est à noter que cette couche de séparation doit être trempée dans l'eau ou humide. Son but est de fournir les ions négatifs OH nécessaires pour la réaction chimique. Au-dessus de la couche de séparation, du cadmium est placé. La couche de cadmium joue le rôle d'anode pour la batterie nickel-cadmium. Le schéma de la batterie nickel-cadmium est illustré ci-dessous.

Schéma de la batterie au nickel-cadmium

Schéma de la batterie au nickel-cadmium

Comme le montre le schéma, le nickel agit comme une électrode positive collectionneur et la couche de cadmium agit comme un collecteur de couche négative. La couche séparatrice entre les deux couches est constituée de KOH ou NaOH. Son but est de fournir des ions OH. En dehors de ceux-ci, il se compose également d'une soupape de sécurité, d'une plaque d'étanchéité, d'une bague isolante, d'un joint isolant et d'un boîtier extérieur.

Le but de la bague isolante est de fournir une isolation entre les deux couches. Le joint isolant est l'endroit où la bague isolante est maintenue à proximité. La couche séparatrice est reliée à cet anneau. Le boîtier extérieur sert à protéger les couches intérieures contre les facteurs externes tels que les dommages et la mauvaise manipulation de la batterie. Il convient de noter qu'en raison des réactions chimiques qui se produisent dans la pâte, il est toujours dangereux de travailler avec la batterie.


Le boîtier de la batterie n'est jamais ouvert, car toutes les couches sont exposées et cela peut blesser la personne qui l'utilise. De même, lorsqu'il n'est pas utilisé, il est recommandé de retirer la batterie de l'appareil.

Équations de la batterie au nickel-cadmium

Les équations chimiques représentant la réaction chimique peuvent être données comme

La première équation représente la réaction entre la couche cathodique de nickel et le séparateur. Il donne une sortie d'ions oxyde de nickel OH. Le besoin de la couche de séparation comme mentionné précédemment est de fournir les ions OH nécessaires à la réaction chimique. Pour la fourniture de H20, la couche de séparation est imbibée d'eau pour la réaction initiale. Plus tard, H2O est obtenu comme l'un des sous-produits.

Côté anode, la couche de cadmium est également associée à des ions OH qui sont issus de la couche séparatrice. Il en résulte de l'oxyde de cadmium et des électrons. Il peut être noté que les électrons dans les deux équations sont annulés. En outre, les ions OH sont annulés. L'équation de rappel est donnée par la troisième équation, où le nickel est combiné avec du cadmium et de l'eau. Il en résulte de l'oxyde de nickel et de l'oxyde de cadmium.

Plage de température de la batterie au nickel-cadmium

La plage de température de la batterie au nickel est de 0 à 45 degrés centigrades pendant la charge et de -20 à 65 degrés centigrades pendant la décharge. Au-delà de cette plage de température, la batterie ne fonctionne pas et même des risques d'explosion existent.

Toxicité des batteries au nickel-cadmium

La batterie au nickel-cadmium est très toxique pour le corps humain. Le cadmium est un métal lourd présentant plusieurs risques pour le corps humain. Le cadmium a même un effet physiologique sur le système. La présence moyenne de cadmium dans le corps humain est d'environ 1 microgramme par litre. Il a un effet direct sur le système digestif. De même, le nickel est également toxique pour le système respiratoire humain.

Tension de la batterie au nickel-cadmium

En général, chaque tension pour une batterie au nickel-cadmium serait d'environ 1,2 V. Nombre de cellules sont connectées en série ou en parallèle pour obtenir la tension requise. Outre la tension, son énergie spécifique est d'environ 50 à 60 Wh par kg. C'est modérément élevé que les batteries nickel-fer, mais relativement moins que les batteries nickel-zinc et nickel-hydrure métallique.

La puissance spécifique est de 200 W par kg. Ce taux est modérément élevé par rapport au nickel-fer mais relativement inférieur à celui des batteries nickel-zinc et nickel-hydrure métallique. Pour les batteries nickel-métal, il se situe autour de 170-1000. Pour les batteries nickel-fer, il est d'environ 100. L'efficacité énergétique est d'environ 70 à 75%. Ce taux est modérément élevé par rapport au nickel-fer mais relativement inférieur à celui des batteries nickel-zinc et nickel-hydrure métallique. Pour les batteries nickel-métal, il est d'environ 70 à 80%. Pour les batteries nickel-fer, il est d'environ 60 à 70%.

Construction d'une batterie au nickel-cadmium

De construction, la batterie au nickel-cadmium est la même que les batteries au plomb-acide. Il se compose de trois couches fondamentales. La première est une couche de nickel, puis la couche de séparation et la couche de cadmium. Le nickel agit comme un collecteur d'électrode positive et la couche de cadmium agit comme un collecteur de couche négative.

La couche séparatrice entre les deux couches est constituée de KOH ou NaOH. Son but est de fournir des ions OH. En dehors de ceux-ci, il se compose également d'une soupape de sécurité, d'une plaque d'étanchéité, d'une bague isolante, d'un joint isolant et d'un boîtier extérieur. Le but de la bague isolante est de fournir une isolation entre les deux couches. Le joint isolant est l'endroit où la bague isolante est maintenue à proximité. La couche séparatrice est reliée à cet anneau.

Le boîtier extérieur sert à protéger les couches intérieures contre les facteurs externes tels que les dommages et la mauvaise manipulation de la batterie. Il convient de noter qu'en raison des réactions chimiques qui se produisent dans la pâte, il est toujours dangereux de travailler avec la batterie. Les couches avec la couche de séparation forment la réaction chimique requise et forment la différence de potentiel.

Fonctionnement de la batterie au nickel-cadmium

Le fonctionnement de la batterie nickel-cadmium est basé sur la réaction chimique qui se produit entre les couches. La batterie qui est une source de tension continue se compose de deux ports, à savoir l'anode et la cathode. Lors de la fabrication de la batterie, la couche de cadmium est d'abord conservée sur le redox. La couche de cadmium joue le rôle de borne de cathode. Le cadmium est l'un des matériaux lourds et possède de bonnes propriétés conductrices. Au-dessus de la couche de cadmium, des couches de séparation sont conservées.

Le but de la couche de séparation est de fournir les ions OH nécessaires pour le réaction chimique . Les ions OH sont nécessaires à la réaction entre la couche cathodique de nickel et le séparateur. Il donne une sortie d'ions oxyde de nickel OH. Le besoin de la couche de séparation comme mentionné précédemment est de fournir les ions OH nécessaires à la réaction chimique. Pour la fourniture de H20, la couche de séparation est imbibée d'eau pour la réaction initiale.

Plus tard, H2O est obtenu comme l'un des sous-produits. Côté anode, la couche de cadmium est également associée à des ions OH qui sont issus de la couche séparatrice. Il en résulte de l'oxyde de cadmium et des électrons. Il peut être noté que les électrons dans les deux équations sont annulés. En outre, les ions OH sont annulés. L'équation de rappel est donnée par la troisième équation, où le nickel est combiné avec du cadmium et de l'eau. Il en résulte de l'oxyde de nickel et de l'oxyde de cadmium. La réaction chimique est suivie du flux d'électrons qui provoque la différence de potentiel entre deux bornes.

Types de piles au nickel-cadmium

La classification des batteries au nickel-cadmium est uniquement basée sur la taille et la tension disponible. En fonction de la taille, il peut être de taille AAA, AA, A, Cs, C, D ou F. Toutes ces tailles sont livrées avec des spécifications de tension de sortie différentes. Certains d'entre eux sont en forme de tuyau cylindrique et certains d'entre eux sont dans un boîtier extérieur rectangulaire en forme de boîte.

Avantages et inconvénients

Les avantages de la batterie au nickel-cadmium sont

  • Fournit une sortie de courant élevée
  • Il tolère la surcharge
  • Il résiste jusqu'à 500 cycles de charge

Les inconvénients de la batterie au nickel-cadmium sont

  • Le cadmium n'est pas un matériau écologique
  • Moins de tolérance à la température par rapport aux autres batteries.

Applications de batterie au nickel-cadmium

Il a diverses applications comme les jouets, les petits moteurs à courant continu, les calculatrices, les ventilateurs, les ordinateurs, etc.

Par conséquent, nous avons vu les applications, le fonctionnement et les détails de batterie nickel-cadmium . Il faut voir quels sont les autres matériaux qui peuvent être associés au nickel car le cadmium a des effets dangereux.