镍镉电池在充不进电时,许多人都会选择将其扔掉,其实电池充不进电并不是它再也不能用了,而是电解液与极板的反应已经钝化,这样扔掉,不仅浪费资源而且污染环境,其实可以根据电池的充放特性对电池进行激活式修复。首先对电池进行小电流深放,再对其进行大电流脉充与大电流放电,如此重复三次,将其激活(即激活电池中的电解液).最后严格按照电池的最佳充电曲线对电池重新充电。
1947年密封型镍镉电池研制成功。在这种电池中,化学反应产生的各种气体不用排出,可以在电池内部化合。密封镍镉电池的研制成功,使镍镉电池的应用范围大大增加。密封镍镉电池效率高、能量密度大、体积小、重量轻、结构紧凑,并且不需要维护,因此在工业和消费产品中得到了广泛应用。但是充电电池中的电解液对环境危害很大,而镍镉电池中的镉对环境的危害更是特别大。由于人们使用充电电池的不得当,以及镍镉电池的记忆效应(镍镉电池使用过程中,如果电量没有全部放完就开始充电,下次再放电时,就不能放出全部电量。比如,镍镉电池只放出80%的电量后就开始充电,充足电后,该电池也只能放出80%的电量,这种现象称为记忆效应。)更使其寿命大大缩短,下面简单介绍镍镉电池的基本工作原理以及电池容量的概念:
镍镉蓄电池的正极材料为氢氧化亚镍和石墨粉的混合物,负极材料为海绵状镉粉和氧化镉粉,电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。当环境温度较高时,使用密度为1.17~1.19(15℃时)的氢氧化钠溶液。当环境温度较低时,使用密度为1.19~1.21(150C时)的氢氧化钾溶液。在一15℃以下时,使用密度为1.25—1.27(15℃时)的氢氧化钾溶液。为兼顾低温性能和荷电保持能力,密封镍镉蓄电池采用密度为1.40(15℃时)的氢氧化钾溶液。为了增加蓄电池的容量和循环寿命,通常在电解液中加入少量的氢氧化锂(大约每升电解液加15—20g)。镍镉蓄电池充电时负极发生还原反应,正极发生氧化反应,正极板上的活性物质变为氢氧化镍[NiOOH],负极板上的活性物质变为金属镉;镍镉电池放电时发生和充电时完全相反的反应,正极板上的活性物质变为氢氧化亚镍,负极板上的活性物质变为氢氧化镉。
蓄电池充足电后,在一定放电条件下,放至规定的终止电压(指蓄电池放电时允许的最低电压)时,电池放出的总容量称为电池的额定容量,容量Q用放电电流与放电时间的乘积来表示,表示式如下:Q=1.t(Ah)镍镉蓄电池容量与下列因素有关:①活性物质的数量;②放电率;③电解液。
放电电流直接影响放电终止电压。在规定的放电终止电压下,放电电流越大,蓄电池的容量越小。使用不同成分的电解液,对蓄电池的容量和寿命有一定的影响。通常,在高温环境下,为了提高电池容量,常在电解液中添加少量氢氧化锂,组成混合溶液。实验证明:每升电解液中加入15—20g含水氢氧化锂,在常温下,容量可提高4%~5%,在400C时,容量可提高20%。然而,电解液中锂离子的含量过多,不仅使电解液的电阻增大,还会使残留在正极板上的锂离子(Li+)慢慢渗入晶格内部,对正极的化学变化产生有害影响。电解液的温度对蓄电池的容量影响较大。
这是因为随着电解液温度升高,极板活性物质的化学反应也逐步改善。电解液中的有害杂质越多,蓄电池的容量越小。主要的有害杂质是碳酸盐和硫酸盐。它们能使电解液的电阻增大,并且低温时容易结晶,堵塞极板微孔,使蓄电池容量显着下降。此外,碳酸根离子还能与负极板作用,生成碳酸镉附着在负极板表面上,从而引起导电不良,使蓄电池内阻增大,容量下降。
人们没有淘汰它的原因是镍镉电池具有大电流放电,充电电压高的特性,而且它的价格便宜,所以至今一直占有很大的市场。
其实如果能够根据电池的充放电特性选择合理的使用方法,充电电池的寿命是相当长的。镍镉电池在使用一段时间后充不进电时,许多人都会选择将其扔掉其实电池充不进电并不是它再也不能用了,而是由于电池的记忆特性以及使用的不当导致的电池过充电或者过放电而使电解液与极板的反应钝化,使电池的内阻加大电池容量变小,需要激活,所以没有必要将那些容量减小的充电电池扔掉,这样既浪费资源有破坏环境。
正是基于这样的考虑本设计能够对镍镉电池能够对电池的容量进行恢复并设计了更合理的充电方式。所有功能都采用了智能化控制,便于普及。
此设计的原理是根据电池的充放特性对电池进行激活式修复。首先对电池进行小电流深放,再对其进行大电流脉充与大电流放电,如此重复三次,将其激活(即激活电池中的电解液),恢复其容量,最后严格按照电池的最佳充电曲线对电池重新充电。
为了实现功能的智能化,本设计以单片机AT89C51为内核进行系统控制处理,采用高速A/D进行数据采集,在修复和充电过程中对电池进行监控。全面显示使得操作过程更为简洁明了,显示的内容有:电池的最终容量、修复次数、修复率、电池的实时温度。
具体的设计电路分为系统工作(上图)和显示(下图)两部分。工作过程如下:在修复阶段,首先用标准充电电流0.1C(如1300mAh的电池对,0.1C的电流为130mA)的小电流对电池进行深放,使电池电压为0.7V。之后转为1C的大电流脉充,和大电流放电,如此三次,使电池的电解液完全激活,再对电池进行常规的充电。这次充电包括开始阶段的恒流充电和充满后的涓流充电。在这些过程中一直会显示电池的实测温度,修复次数,最后显示最终容量和修复比。
以上是设计到制作的思想,下面讲讲它的功能。此设计除了能实现以上两个主要功能外,还附带设计的显示电池容量的功能,这使得它能够很容易的鉴别电池的真假和电池的好坏。其实就鉴别电池的真、假就有很好的应用意义,可以对大量的电池进行抽样检查,电池容量检测的仪器现在市场上虽然也有,但是它的价格昂贵,而这一功能只是本设计的一部分。总体来说,本设计通过并不十分复杂的硬件电路,配合以高效的软件编程,而实现了电池容量恢复、电池充电、电池信息显示等功能。
另外由于使用了工作稳定、性能良好的单片机来实现总体控制,只要放上电池一切都不再需要人去操作控制,而电池的全部信息则都会显示出来,一目了然。因此,其新颖性及实用性是极其高的。