كيف تقوم بطارية Ni-Cad بالشحن والتفريغ؟

بطارية النيكل والكادميوم هي بطارية شائعة قابلة لإعادة الشحن، وتُستخدم على نطاق واسع في العديد من الأجهزة نظرًا لأداء الدورة الجيد وعمر الخدمة الطويل.

1. الهيكل الأساسي لبطارية النيكل والكادميوم
تتكون بطارية النيكل والكادميوم بشكل رئيسي من الأجزاء التالية.
القطب الموجب: هيدروكسيد النيكل (NiOOH)، كمادة مؤكسدة عند شحن البطارية.
القطب السالب: الكادميوم (Cd)، كعامل اختزال.
المنحل بالكهرباء: بشكل عام محلول هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH)، الذي يلعب دورًا موصلًا.
يمكّن هذا الهيكل البطارية من الخضوع لتفاعلات كيميائية أثناء عملية الشحن والتفريغ لتحقيق تحويل الطاقة.

2. عملية الشحن
تنقسم عملية الشحن عادة إلى عدة مراحل.
مرحلة الشحن الأولية: في هذه المرحلة يكون الجهد والتيار للبطارية منخفضين، ويزداد التيار الذي يوفره الشاحن تدريجياً. تتمثل هذه العملية في بدء التفاعل الكيميائي داخل البطارية تدريجيًا لضمان سلامة البطارية واستقرارها.
مرحلة الشحن السريع: في هذه المرحلة يرتفع جهد البطارية، وتتسارع سرعة التفاعل الداخلي، ويصل التيار إلى أعلى نقطة. في هذا الوقت، يوفر الشاحن أقصى تيار شحن للبطارية من أجل الشحن السريع. وتستغرق هذه العملية عادةً من بضع ساعات إلى أكثر من عشر ساعات، وذلك حسب سعة البطارية وقوة الشاحن.
مرحلة شحن الجهد المستمر: عندما تقترب البطارية من الامتلاء، سيقوم الشاحن تلقائيًا بتقليل تيار الإخراج لمنع الشحن الزائد. خلال هذه المرحلة، يتم الحفاظ على جهد البطارية عند قيمة ثابتة لمزيد من ضمان السلامة.
مرحلة اكتمال الشحن: يقوم الشاحن بمراقبة جهد البطارية ودرجة حرارتها لتحديد ما إذا كان الشحن قد اكتمل أم لا. بمجرد وصول البطارية إلى عتبة الشحن المحددة مسبقًا، سيتوقف الشاحن تلقائيًا عن الشحن لمنع ارتفاع درجة الحرارة أو التلف.

3. احتياطات الشحن
أثناء عملية الشحن، هناك العديد من الاحتياطات الهامة.
تجنب الشحن الزائد: قد يؤدي الشحن الزائد إلى ارتفاع درجة الحرارة الداخلية للبطارية بشكل كبير، مما يؤثر على عمر البطارية وحتى يسبب مخاطر على السلامة. عادةً ما تكون أجهزة الشحن الحديثة مجهزة بحماية من الشحن الزائد لقطع الشحن تلقائيًا.
مراقبة درجة الحرارة: ستؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى تقليل كفاءة شحن البطارية وقد تتسبب في تلف البطارية. لذلك، من المهم جدًا الحفاظ على درجة حرارة مناسبة لبيئة الشحن.
اختر شاحنًا مناسبًا: استخدم شاحنًا يتوافق مع البطارية وتأكد من أن تيار الإخراج والجهد يلبي متطلبات البطارية لتحسين كفاءة الشحن وحماية البطارية.

4. كفاءة الشحن والأداء
عادة ما تكون كفاءة شحن بطاريات النيكل والكادميوم عالية، حيث تصل إلى 80%-90%. ومع ذلك، قد تتأثر البطارية بـ "تأثير الذاكرة" أثناء الاستخدام، أي أنه إذا لم يتم تفريغها بالكامل قبل الشحن، فقد تنخفض السعة المتاحة للبطارية. لذلك، تعد دورات التفريغ والشحن الكاملة المنتظمة وسيلة فعالة للحفاظ على أداء البطارية.

إن عملية شحن بطاريات النيكل والكادميوم هي عملية تفاعل كهروكيميائية معقدة ومتطورة تنطوي على مراحل متعددة وتغيرات كيميائية. سيساعد فهم مبدأ وعملية الشحن على استخدام بطاريات النيكل والكادميوم وصيانتها بشكل أفضل وإطالة عمر الخدمة. مع تطور العلوم والتكنولوجيا، على الرغم من استبدال بطاريات النيكل والكادميوم تدريجيًا ببطاريات جديدة، إلا أن مبادئ الشحن الخاصة بها لا تزال تزودنا بخبرة تعليمية وتطبيقية قيمة.