镍镉电池

镍镉电池（NiCd 电池）是一种蓄电池（所谓的二次电池）。

在基本设计方面，必须区分开放式和气密式电池。 气密电池通常与市售电池相同，因此可用作这些所谓的原电池的替代品。开放式电池用于固定应用。

NiCd 蓄电池的标称电压为 1.2V，比普通电池的 1.5V 低 20%。 然而，这通常不是问题，因为大多数设备都是为 0.9-1.0 V 的低电压放电电池设计的。由于其低内阻，NiCd 电池可以提供高电流。例如 因此更适合用于模型构建和其他高电流应用。 NiCd电池必须在剩余电压（放电终止电压）为0.85-0.9V时再充电。 进一步放电导致深度放电，其效果类似于铅酸电池。 记忆效应较弱。

在其他技术中很少遇到的一个特性是 NiCd 蓄电池出色的低温性能。 即使在-40℃，采用纤维结构极板技术的电池在室温下仍有超过标称容量的50%。

充电时，NiCd 蓄电池的电极由极板组成，这些极板在负极负载有细碎的镉，在正极负载有氧化镍 (III)。 20%的氢氧化钾溶液用作电解液。 这种组合提供了 1.3V 的电压。

如果蓄电池过度充电，负极会产生氢气，正极会产生氧气装饰 电池被称为“客人”。 在封闭的，即气密的电池中，由于爆炸的危险，必须不惜一切代价防止这种情况发生。 为此，负极镉电极尺寸过大，用作负极放电储备。 正镍电极含有一些氢氧化镉作为“反极性物质”。 当以较低的充电率（约 0.1 C）过度充电时，会在氧气释放和消耗之间建立平衡，不会产生氢气。

在气密纤维结构 NiCd 电池中，产生的氧气在纤维结构复合电极的催化活性表面上复合得如此之快，以至于在运行期间甚至会产生轻微的负压。

NiCd 蓄电池由以下部件组成：

• 电解质，通常是 20% 的氢氧化钾溶液
• 负极：Cd
• 正极：NiO(OH)
• 分隔符

放电过程：镉在阳极/阴极被氧化成氢氧化镉（Cd(OH)2）。 释放的电子然后通过消耗器流向阴极/正极。 在那里，氧化镍 (III) 氢氧化物 NiOOH 被还原为氢氧化镍 (II) Ni(OH)2。

标准电极电位：E(Cd/Cd) = −0.81 V（在碱性溶液中）； E(NiO(OH)/Ni(OH)2)= +0.49V

反应：

→ {\displaystyle \rightarrow } : 放电← {\displaystyle \leftarrow } : 充电

充电过程：反应发生在相反的方向，镉电极也是负极，但阴极，因为它在这里被还原，镍电极是相应的正极/阳极，发生氧化。

过度充电：在充电周期结束时，电池电压增加，从大约 1.55 到 1.6 V，超过电池条件下水的分解电压，发生放气：

气密镍镉电池中使用过量的氢氧化镉 (II)。 过充会在正极产生氧气，而Cd仍在负极被还原。 然后氧气与镉反应形成氢氧化镉 (II)，因此立即再次消耗。

NiCd 电池含有有毒的重金属镉，因此必须使用特殊的回收系统单独处理（参见处理部分）。

过度充电的 NiCd 蓄电池可能会损坏：

• 由于过热/过度充电而放气（不可逆）
• γ-NiOOH 的形成和随之而来的电压降 (44-50 mV)
• 金属间化合物 Ni5Cd21 的形成和产生的电压降 (120 mV)

不正确的充电（反极性）也会通过阳极放气损坏电池。 这也会产生高度易燃的氢气。 电池组内电池的错误极性已经在深度放电时发生。 电池串联连接。 当最弱的电池放电时，其负极为正极，正极为相邻电池的负极。

存储 NiCd 电池时的高电量会导致 Cd 电极上的晶体生长。 晶体会刺穿分离层并导致电池内部短路。 NiCd 电池xxx在 40% SOC 下储存，以避免深度放电并减少晶体生长。

在深度放电和过度充电的情况下，NiCd 电池比 NiMH 和锂基蓄电池更坚固。 它们可以在放电状态下存放数年而不会损坏。 通过故意用低电流（每小时容量的 1/10）对由串联连接的 NiCd 电池组成的电池进行过度充电，也可以实现均匀的充电状态。 充电水平已经很高的电池将多余的能量转化为热量，而不会遭受不可逆转的损害。 对于其他电池类型，此过程不可能或只能在有限的范围内进行。 此外，NiCd 电池在低于 0 °C 的温度下具有良好的特性。

这两种特性在安全关键型应用中都很重要，因此在许多情况下，锂电池或镍氢电池并不适用。

由于镉的毒性，镍镉电池不得与生活垃圾一起处理。如果处理得当，镍镉电池可以很容易地回收利用。 镉可以通过蒸馏回收，因为它的沸点比电池的其他成分（通常是镍和钢）低得多。