باتری نیکل کادمیوم چیست و چرا صنایع بزرگ همچنان به این فناوری قدیمی اعتماد می کنند؟ این سوال ذهن بسیاری از مهندسان و خریداران تجهیزات برق اضطراری را به خود مشغول می کند. باتری های نیکل کادمیوم که با نماد Ni-Cd شناخته می شوند، نوعی از باتری های قابل شارژ هستند که از اکسید نیکل و کادمیوم فلزی به عنوان الکترود بهره می برند.
این تجهیزات در مقایسه با سایر مدل ها، چرخه کار بسیار خوبی دارند و ظرفیت نامی خود را حتی در نرخ دشارژ بالا حفظ می کنند. اگرچه قیمت این محصولات نسبت به مدل های سرب اسیدی بالاتر است، اما طول عمر بسیار زیاد و مقاومت در برابر شرایط سخت محیطی، خرید نیکل کادمیوم باتری را برای پروژه های حساس توجیه پذیر می کند.
تاریخچه ابداع و تکامل باتری های نیکل کادمیوم
والدمار یونگنر سوئدی در سال 1899 میلادی اولین نمونه از باتری های نیکل کادمیوم را اختراع کرد. در آن زمان، این باتری تنها رقیب جدی برای مدل های سرب اسیدی محسوب می شد. با این حال، به دلیل قیمت بالای مواد اولیه، روند توسعه آن به کندی پیش رفت. در سال 1932 میلادی، دانشمندان موفق شدند مواد فعال را داخل یک الکترود متخلخل با روکش نیکل قرار دهند که این یک پیشرفت بزرگ بود. سرانجام در سال 1947، محققان با ابداع روش جذب گازهای تولید شده در هنگام شارژ، راه را برای تولید نیکل کادمیوم باتری مهر و موم شده مدرن هموار کردند.
در دهه 1980 میلادی، ظرفیت این محصولات تا 60 درصد افزایش یافت و این موضوع باعث شد تا جهان به سمت استفاده گسترده تر از باتری نیکل کادمیم حرکت کند. امروزه اگرچه باتری های لیتیومی و نیکل متال هیدرید بخش بزرگی از بازار مصرف کننده را در اختیار دارند، اما صنایع سنگین و سیستم های هواپیمایی همچنان وفاداری خود را به این سیستم حفظ کرده اند. تایماز سیستم با درک این نیاز تاریخی و فنی، بهترین برندهای جهانی مانند Alcad را در لیست محصولات خود قرار می دهد.
ساختار درونی و عملکرد شیمیایی باتری نیکل کادمیم
ساختار باتری نیکل کادمیوم چیست و چه اجزایی قدرت آن را تامین می کنند؟ این باتری از یک الکترود مثبت شامل هیدروکسید نیکل و یک الکترود منفی از جنس کادمیوم فلزی تشکیل می شود. یک محلول الکترولیت قلیایی، معمولا هیدروکسید پتاسیم با غلظت 20 تا 35 درصد، فضای بین این دو قطب را پر می کند. سازندگان مدرن از طراحی “ژله رول” استفاده می کنند که در آن صفحات آند و کاتد به همراه یک جداکننده به صورت استوانه ای رول می شوند تا سطح تماس مواد واکنش پذیر و در نتیجه قدرت جریان خروجی افزایش یابد.
در فرایند شارژ، واکنش های شیمیایی باعث تبدیل هیدروکسید نیکل به اکسید نیکل در قطب مثبت می شوند و در قطب منفی نیز ترکیبات کادمیوم به فلز کادمیوم تغییر می یابند. این فرایند در زمان تخلیه یا دشارژ به صورت معکوس عمل می کند و انرژی ذخیره شده را به مدار می فرستد. نیکل کادمیوم باتری به دلیل مقاومت داخلی بسیار کم، می تواند جریان های بسیار بالایی را در مدت زمان کوتاه تخلیه کند که این ویژگی برای استارترها و سیستم های یو پی اس حیاتی است.
مزیت های کلیدی استفاده از باتری های نیکل کادمیوم
استفاده از باتری های نیکل کادمیوم مزایای متعددی را برای کاربران حرفه ای به همراه دارد. یکی از مهم ترین ویژگی ها، تعداد چرخههای شارژ و دشارژ بسیار بالا است که در صورت نگهداری اصولی می تواند به بیش از 1000 چرخه برسد. این باتری ها تنها مدل های قابل شارژی هستند که دشارژ عمیق و استهلاک کم را به طور همزمان ارائه می دهند. عملکرد عالی در دمای پایین و مقاومت در برابر شوک های الکتریکی و مکانیکی، این محصولات را برای محیط های سخت ایده آل می کند.
علاوه بر این، باتری نیکل کادمیم ماندگاری طولانی دارد و می توان آن را در حالت کاملا تخلیه شده برای مدت زیادی انبار کرد بدون اینکه آسیب ببیند. قیمت اقتصادی این محصول در درازمدت نیز یک مزیت است؛ زیرا هزینه هر سیکل کاری آن نسبت به سایر رقبا کمتر تمام می شود.
چالش ها و معایب نیکل کادمیوم باتری
با وجود تمام مزایا، شناخت معایب باتری نیکل کادمیوم به انتخاب درست کمک می کند. کادمیوم یک فلز سنگین و سمی است که خطرات زیست محیطی جدی ایجاد می کند و دفع آن در زباله های معمولی مجاز نیست. همچنین، این باتری ها نسبت به سیستم های جدیدتر مانند لیتیوم، انرژی اختصاصی کمتری دارند، به این معنی که برای رسیدن به یک ولتاژ مشخص، به تعداد سلول های بیشتری نیاز است.
یکی دیگر از چالش ها، نرخ تخلیه خود به خودی بالا است که باعث می شود باتری پس از مدتی انبارداری نیاز به شارژ مجدد پیدا کند. همچنین، این محصولات به تعمیر و نگهداری دورهای مانند اضافه کردن آب مقطر یا تعویض الکترولیت نیاز دارند. با این حال، متخصصین تایماز سیستم با ارائه خدمات پشتیبانی و نگهداری، این چالش ها را برای مشتریان خود به حداقل می رسانند.
پدیده اثر حافظه در باتری های نیکل کادمیوم
پدیده اثر حافظه یکی از معروف ترین ویژگی های منفی در باتری های نیکل کادمیوم محسوب می شود. اگر کاربر به طور مکرر باتری را پیش از تخلیه کامل شارژ کند، سلول ها ظرفیت قبلی را “به یاد می آورند” و ولتاژ در آن نقطه افت می کند. این اتفاق باعث می شود دستگاه تصور کند شارژ باتری تمام شده است، در حالی که هنوز انرژی در آن وجود دارد.
برای مقابله با این پدیده، تخلیه کامل باتری تا ولتاژ 1 ولت به ازای هر سلول، حداقل یک بار در ماه، توصیه می شود. این کار باعث بازسازی ظرفیت و افزایش طول عمر نیکل کادمیوم باتری می شود. شارژرهای هوشمند و باکیفیت که در تایماز سیستم موجود هستند، این فرایند را به صورت خودکار مدیریت می کنند تا از بروز اثر حافظه جلوگیری شود.
کاربرد باتری نیکل کادمیوم در سیستم های یو پی اس
چرا در یو پی اس های توان بالا از باتری نیکل کادمیم استفاده می کنند؟ پاسخ در قابلیت اطمینان فوق العاده این سیستم نهفته است. در مراکز حساسی مانند بیمارستان ها، پتروشیمی ها و دیتاسنترها که قطع برق حتی برای چند ثانیه فاجعه بار است، این باتری ها برق پشتیبان را با اطمینان کامل تامین می کنند. باتری های نیکل کادمیوم مناسب یو پی اس، مقاومت داخلی کمی دارند و در لحظه سوئیچینگ، جریان مورد نیاز را بدون افت ولتاژ ناگهانی فراهم می کنند.
اصول نگهداری و احیای باتری های نیکل کادمیوم
نگهداری صحیح کلید دستیابی به عمر 25 ساله در باتری های نیکل کادمیوم است. یکی از مهم ترین اقدامات، اندازه گیری غلظت کربنات پتاسیم در الکترولیت هر 2.5 تا 3 سال یک بار است. تجمع این ماده باعث افزایش مقاومت داخلی و کاهش ظرفیت می شود که در صورت رسیدن به مرز بحرانی، تعویض محلول الکترولیت ضرورت می یابد.
همچنین باید از داغ شدن بیش از حد سلول ها در هنگام شارژ جلوگیری کرد، زیرا دمای بالای 45 درجه به ساختار شیمیایی آسیب می زند. اگر یک نیکل کادمیوم باتری به دلیل بیکار ماندن طولانی “مرده” به نظر برسد، می توان با انجام چندین چرخه تخلیه و شارژ عمیق، آن را دوباره احیا کرد و به چرخه کار بازگرداند.
مقایسه باتری نیکل کادمیم با سایر فناوری ها
در مقایسه با باتری های نیکل متال هیدرید، باتری های نیکل کادمیوم نرخ تخلیه خود به خودی کمتری دارند و در دماهای سردتر عملکرد بهتری نشان می دهند. اگرچه NiMH ظرفیت بیشتری در ابعاد مشابه ارائه می دهد، اما در برابر اضافه شارژ حساس تر است و زودتر پیر می شود. از سوی دیگر، باتری های سرب اسیدی قیمت بسیار کمتری دارند اما وزن زیاد، طول عمر کوتاه و حساسیت بالا به دشارژ عمیق، آن ها را در جایگاه پایین تری نسبت به باتری نیکل کادمیم قرار می دهد.
برای کاربردهایی که به چگالی انرژی بسیار بالا نیاز دارند، باتری های لیتیومی گزینه بهتری هستند، اما در مصارف صنعتی سنگین که دوام و پایداری در اولویت است، همچنان نیکل کادمیوم باتری بی رقیب باقی می ماند.
باتری های تایماز سیستم بهترین انتخاب برای طول عمر بیشتر باتری
شرکت یو پی اس تایماز سیستم با بیش از 25 سال تجربه، مرجع اصلی فروش و خدمات پس از فروش سیستم های تغذیه بدون وقفه در ایران است. این مجموعه علاوه بر فروش انواع باتری های نیکل کادمیوم در آمپراژهای مختلف، دستگاه های یو پی اس برندهای برتر جهانی مانند Delta، APC و Masterguard را نیز تامین می کند. کارشناسان مجرب این شرکت با انجام محاسبات فنی دقیق، تعداد و نوع باتری مورد نیاز برای هر سیستم را تعیین می کنند تا بیشترین کارایی حاصل شود.
مشتریان می توانند علاوه بر خرید کالا، از خدمات نصب، راه اندازی و قراردادهای نگهداری سالیانه نیز بهره مند شوند. تایماز سیستم تمامی تجهیزات جانبی شامل کابینت باتری، کارت های مدیریت شبکه و استابلایزرها را نیز با گارانتی معتبر عرضه می کند. برای تجربه یک خرید مطمئن و دریافت مشاوره تخصصی، دفتر فروش تهران و تبریز این شرکت آماده پاسخگویی به تمامی نیازهای مشتریان در سراسر کشور است.