Resumen de Baterías de Ni-Cd

Resumen de Baterías de Ni-Cd
Descripción de la batería:
Una bateria completamente cargada (!)contiene:
-Niquel (III) oxido-hidroxido como electrodo positivo (cátodo)
-Cadmio como electrodo negativo (ánodo)
-Un separador (membrana porosa de papel o plástico)
-Un electrolito alcalino (disolución de KOH)
-Válvula de seguridad (si se trata de una batería abierta)
Las principales reacciones electroquímicas que se producen en las baterías de níquelcadmio se muestran a continuación:
S.E. Oxidación:
S.E. Reducción:
Cd + 2OH2NiO(OH)+2H2O + 2e
Cd(OH)2 +2e
2Ni(OH)2 + 2OH-
descarga
Ec. Total:
2NiO(OH)+Cd+2H2O+2e
carga
2Ni(OH)2+2OH-
El electrólito en este tipo de batería está compuesto fundamentalmente por hidróxido de
potasio y no forma parte de las reacciones electroquímicas que se producen, por lo que
su concentración prácticamente no varía durante la carga-descarga de la batería. Este
fenómeno permite que la tensión se mantenga constante durante la descarga.
En la proximidad del estado de plena carga se producen reacciones de sobrecarga
debido a la baja concentración del material activo que aún queda sin transformar, que se
traducen en un aumento súbito de la tensión por el incremento de la resistencia interna.
Éstas reacciones son la obtención de oxígeno (en el cátodo) e hidrógeno (en el ánodo) a
partir del agua que contiene al electrolito. La válvula de seguridad se instala para evitar
el aumento de la presión en el interior de la pila.
Caracteristicas técnicas de la batería:
Voltaje:
Las baterias de Ni-Cd tienen un voltaje de 1.2V, más bajo que el de las alcalinas (1.5V)
por lo que no las pueden sustituir en todas sus aplicaciones. A diferencia de éstas, pero,
el voltaje de las pilas Ni-Cd es constante. Además, presentan una baja resistencia
interna y pueden ofrecer corrientes muy altas en los primeros instantes.
Densidad energética: 95 Wh/L
Eficiencia energética: ronda entre el 85 y 90%
Autodescarga: alrededor de un 10% mensual.
Índice maximo de descarga: varia con el tamaño y suele ser aproximadamente de 18 A.
Carga: Las baterías de ni-cd pueden ser cargadas a diferentes velocidades dependiendo
de como fue fabricada la bateria. A pesar de la velocidad de carga se debe suministrar
mas energia que la que puede contener, por culpa de la perdida de energia durante la
carga, cuanto mas rapida sea la carga mas eficiente sera. la desventaja de una carga
rapida es que se corre el riesgo de que se sobrecargue, lo que puede dañar la bateria.
Las temperaturas a las que opera van de los -20ºC a los 45 ºC. La mayoria de los
cargadores tienen un sensor que apaga la bateria cuando se calienta demasiado.
-Efecto memoria:
Las baterias de ni-cd pueden sufrir un efecto memoria si son recargadas y descargadas
en el mismo nivel de carga en repetidas ocasione. El síntoma, para decirlo de algún
modo, es que la bateria se “acuerda” de este nivel de carga y durante su descarga sufrira
una caida de voltaje en este punto, como si la bateria estuviera descargada, ofreciendo
así menos tiempo de descarga. Otro efecto similar es el llamado reduccion de voltaje,
despues de sobrecargarla varias veces, la bateria aparece como completamente cargada,
pero se descarga rapidamente tras un breve periodo de uso.
-Duración: Si se trata bien, la bateria de ni-cd puede durar 1500 ciclos o mas antes de
que su capacidad se reduzca a la mitad.
-Tamaño: Las baterias de ni-cd presentan un amplio rango de tamaños, pudiéndose
adquirir en los mismos tamaños que las pilas alcalinas. Las baterias ni-cd pueden ser
usadas individualmente o conectadas en batería conteniendo 2 o mas cilindros(!)
Mantenimiento:
Necesitan reponer el agua que contiene electrolito que se pierde en la reacción, esto se
evita usando catalizadores para recombinar el oxígeno e hidrógeno generado en la
sobrecarga de la batería.
Aplicaciones:
Las baterias pequeñas son usadas para electronica portatil y juguetes, con especial
incidencia en teléfonos, iluminacion inalambrica, aparatos de radio control,
herramientas y flashes de cámara. Son ampliamente usadas en éstos ámbitos debido a su
baja resistencia interna que les permite suministrar altas corrientes.
Las baterias más grandes son usadas para encender aviones y vehiculos electricos.
Ventajas y desventajas:
-Ventajas: Son mas dificiles de dañar que otras baterias, tolerando descargas grandes
durante largos periodos, y son muy estables siendo completamente descargadas. Tienen
mas ciclos que otras baterias recargables.
Los siguientes rasgos las hacen muy ventajosas:
Elevada estabilidad de la tensión durante gran parte de la descarga
Alta Energía específica
Densidad de Energía aceptable
Funciona en un amplio margen de temperaturas
Gran robustez ante abusos tanto eléctricos como mecánicos
Gran fiabilidad, no fallan repentinamente como otras baterías
-Desventajas: Sus grandes desventajas son el alto coste, y el uso de cadmio. Otra gran
desventaja es que exhibe un coeficiente de temperatura muy negativo, esto significa que
a medida que aumenta la temperatura de la bateria la resistencia interna cae, esto puede
causar graves problemas al cargar. Finalmente, conviene destacar que la tensión
nominal es de 1,2 V/celda, lo que requiere un mayor número de celdas para alcanzar
una determinada tensión de batería en un aplicación específica.
- Comparaciones
- Comparacion con Ni-MH y Li-Ion: EsTAS ULTIMAS son comercialmente
mas faciles de obtener y mas baratas siendo la del li-ion la competidora con las
de ni-cd en precio. en cuestiones de densidad de energia estan en desventaja
comparadas con estas dos sin embargo todavia siguen siendo muy utiles en
aplicaciones que requieren un porcentaje de descarga alto, ya que pueden
aguantar esta descarga sin que se produzca daño alguno o perdida de capacidad.
- Comparacion con baterias de Pb-acido: las baterías Ni-Cd tienen mayor
densidad energetica asi como un menor peso y tamaño.
- Comparación con las pilas alcalinas: En aplicaciones domesticas las baterias de
ni-cd compiten directamente con las alcalinas. Aunque las baterias ni-cd tienen
menor capacidad y mayor precio, las baterias alcalinas no se pueden recargar,
por lo que todavia se usan las de ni-cd.
Consecuencia medioambientales:
Las baterias de ni-cd contienen de un 6% a un 18% de cadmio, que es un metal pesado
toxico, por eso requiere cuidado especial cuando se desecha y que por lo tanto requiere
un cuidado especial durante su eliminación, ya que en organismos sobreexpuestos, el
cadmio ocasiona graves enfermedades tales como cáncer de pulmón. Estas
enfermedades son ocasionadas por la contaminación y residuos que emite al ser
incinerado o absorbido por el suelo. Estos residuos pueden llegar a las personas y a
especies animales mediante el agua, los alimentos y el aire que respiramos. Por eso
muchos paises tienen programas de reciclaje para reprocesar baterias viejas de ni-cd
Parte del alto precio de las baterías de Ni-Cd es debido a la necesidad de que tengan un
diseño que prevenga posibles escapes.
Bibliografía:
-wikipedia versió inglesa
-Tesis doctoral: “Carga rápida de baterías de Ni-Cd y Ni-MH de media y gran
capacidad. Análisis, síntesis y comparación de nuevos métodos”. Juan Carlos Viera
Pérez. Universidad de Oviedo, 2008.