باتری‌های نیکل-کادمیوم (Ni-Cd)

باتری‌های نیکل-کادمیوم، یا به اختصار Ni-Cd، نوعی باتری قابل شارژ هستند که در گذشته بسیار پرکاربرد بودند. این باتری‌ها از نیکل (III) اکسید و کادمیوم فلزی به عنوان الکترود استفاده می‌کنند.

ساختار و عملکرد:

-          الکترود مثبت: در الکترود مثبت از هیدروکسید نیکل استفاده می‌شود که در طی فرآیند دشارژ، به نیکل اکسید تبدیل می‌شود.

-          الکترود منفی: در الکترود منفی از کادمیوم استفاده می‌شود که در طی فرآیند دشارژ، به کادمیوم هیدروکسید تبدیل می‌شود.

-          الکترولیت: الکترولیت این باتری‌ها معمولاً محلول آبی هیدروکسید پتاسیم است که به عنوان رسانای یون‌ها عمل می‌کند.

هنگامی که باتری دشارژ می‌شود، یون‌های نیکل و کادمیوم در الکترولیت حرکت کرده و واکنش‌های شیمیایی ایجاد می‌کنند که باعث تولید جریان الکتریکی می‌شود. در هنگام شارژ، این واکنش‌ها در جهت معکوس انجام شده و باتری مجدداً شارژ می‌شود.

مزایا:

-          عمر طولانی: باتری‌های نیکل-کادمیوم دارای عمر طولانی و سیکل‌های شارژ/دشارژ بالایی هستند.

-          اثر حافظه کم: این باتری‌ها نسبت به باتری‌های نیکل-کادمیوم قدیمی‌تر، کمتر دچار اثر حافظه می‌شوند. اثر حافظه به معنای کاهش ظرفیت باتری در صورت شارژ مجدد قبل از تخلیه کامل است.

-          عملکرد خوب در دماهای پایین: این باتری‌ها در دماهای پایین نیز عملکرد خوبی دارند.

-          تحمل شارژ بیش از حد: این باتری‌ها به شارژ بیش از حد حساس نیستند و می‌توانند چندین بار شارژ کامل شوند بدون اینکه آسیب ببینند.

محدودیت ها:

-          سمیت کادمیوم: کادمیوم یک فلز سنگین سمی است و دفع این باتری‌ها به محیط زیست آسیب می‌رساند.

-          هزینه بالا: هزینه تولید این باتری‌ها نسبت به برخی باتری‌های دیگر بیشتر است.

-          اثر حافظه: اگرچه نسبت به باتری‌های قدیمی‌تر کمتر است، اما هنوز هم ممکن است اثر حافظه در این باتری‌ها مشاهده شود.

-          چگالی انرژی پایین: چگالی انرژی این باتری‌ها نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی کمتر است.

کاربردها:

با وجود معایبی که ذکر شد، باتری‌های نیکل-کادمیوم در برخی کاربردهای خاص همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرند:

-          ابزارهای برقی: به دلیل توان بالای جریان دهی، این باتری‌ها در ابزارهای برقی مانند دریل‌ها و اره‌های برقی استفاده می‌شوند.

-          تجهیزات پزشکی: در برخی تجهیزات پزشکی مانند دستگاه‌های ضربان‌ساز قلب استفاده می‌شوند.

-          کاربردهای نظامی: به دلیل قابلیت اطمینان بالا و عملکرد خوب در دماهای پایین، در تجهیزات نظامی استفاده می‌شوند.

جایگزین‌های باتری‌های نیکل-کادمیوم

با توجه به مشکلات زیست محیطی و هزینه بالای باتری‌های نیکل-کادمیوم، باتری‌های لیتیوم-یونی به عنوان جایگزین اصلی برای این باتری‌ها مطرح شده‌اند. باتری‌های لیتیوم-یونی دارای چگالی انرژی بالاتر، وزن کمتر و عمر طولانی‌تری هستند.