Eru NiCd rafhlöður eins og NiMH?
--------------------------------------------
Kynning:
-----------------
Í dag lifum við í heimi sem byggir mikið á flytjanlegum raftækjum. Allt frá snjallsímum til fartölva, þessar græjur eru orðnar órjúfanlegur hluti af daglegu lífi okkar. Og sem knýja þessi tæki eru rafhlöður. Meðal hinna ýmsu tegunda af rafhlöðum sem til eru eru nikkel-kadmíum (NiCd) og nikkel-málmhýdríð (NiMH) rafhlöður mjög vinsælar. Hins vegar, þrátt fyrir líkindi þeirra hvað varðar efnafræði og notkun, hafa NiCd og NiMH rafhlöður nokkurn sérstakan mun. Í þessari grein munum við kanna líkindi og mun á NiCd og NiMH rafhlöðum, varpa ljósi á efnafræði þeirra, frammistöðu, öryggissjónarmið og umhverfisáhrif.
Efnafræði:
------------------------------
Bæði NiCd og NiMH rafhlöður eru endurhlaðanlegar og tilheyra sama flokki rafhlaðna sem kallast nikkel-undirstaða rafhlöður. Hins vegar er undirliggjandi efnafræði þeirra öðruvísi.
1. Nikkel-kadmíum (NiCd) rafhlöður:
NiCd rafhlöður nota kadmíum (Cd) sem neikvæða rafskautið (skaut) og nikkeloxýhýdroxíð (NiOOH) sem jákvæða rafskautið (bakskaut). Raflausnin sem notuð er er venjulega kalíumhýdroxíð (KOH). Við losun verður kadmíum í oxun við forskautið, en nikkeloxýhýdroxíð fer í skerðingu við bakskautið. Þessi afturkræfa rafefnafræðilega viðbrögð knýja rafhlöðuna.
2. Nikkel-málmhýdríð (NiMH) rafhlöður:
NiMH rafhlöður nota aftur á móti vetnisgleypandi málmblöndu sem neikvæða rafskautið og nikkeloxýhýdroxíð sem jákvæða rafskautið. Vetnisgleypa málmblönduna getur geymt meira magn af orku en kadmíum. Við losun losnar vetni úr málmblöndunni, sem flytur síðan yfir í jákvæða rafskautið og sameinast nikkeloxýhýdroxíðinu. Þetta leiðir til myndun vatns og losun raforku.
Frammistaða:
----------------------------
Þegar kemur að afköstum eru NiCd og NiMH rafhlöður áberandi munur:
1. Stærð:
NiMH rafhlöður hafa almennt meiri getu en NiCd rafhlöður. Þetta þýðir að þeir geta geymt meiri orku og veitt lengri tíma. Til dæmis getur NiMH rafhlaða haft 2000mAh afkastagetu á meðan NiCd rafhlaða af sömu stærð getur aðeins haft afkastagetu upp á 1000mAh.
2. Minnisáhrif:
NiCd rafhlöður eru viðkvæmar fyrir minnisáhrifum, fyrirbæri þar sem rafhlaðan „man“ eftir tæmdu ástandi sínu og tapar smám saman getu. Þessi minnisáhrif eiga sér stað þegar NiCd rafhlaða er endurtekin hlaðin eftir að hafa aðeins verið tæmd að hluta. Á hinn bóginn eru NiMH rafhlöður minna fyrir áhrifum af minnisáhrifum. Hins vegar er mikilvægt að hafa í huga að hægt er að lágmarka eða útrýma minnisáhrifunum með því að tæma og endurhlaða NiCd rafhlöður reglulega.
3. Sjálflosun:
NiCd rafhlöður hafa hærra sjálfsafhleðsluhraða samanborið við NiMH rafhlöður. Sjálfsafhleðsla er ferlið þar sem rafhlaða missir hleðslu sína með tímanum, jafnvel án þess að vera notuð. NiCd rafhlöður geta tapað allt að 20% af afkastagetu sinni á fyrstu 24 klukkustundum óvirkni. NiMH rafhlöður hafa lægri sjálfsafhleðsluhraða, venjulega um 10-15% á mánuði.
4. Hleðsla:
Hægt er að hlaða NiCd rafhlöður á hærra hraða en NiMH rafhlöður. Þeir þola hraðhleðslu og geta verið fullhlaðinir innan nokkurra klukkustunda. NiMH rafhlöður þurfa aftur á móti hægari hleðsluhraða til að forðast ofhitnun og hugsanlegan skaða. Að hlaða NiMH rafhlöðu tekur venjulega lengri tíma miðað við NiCd.
5. Spenna:
Bæði NiCd og NiMH rafhlöður eru með 1,2 volt nafnspennu á hverja frumu. Þessi spenna helst tiltölulega stöðug mestan hluta afhleðslulotunnar. Í sumum tilfellum geta NiMH rafhlöður verið með aðeins hærri spennu, um 1,25 volt.
Öryggissjónarmið:
-------------------------------
Öryggi er í fyrirrúmi þegar kemur að rafhlöðum. Þó að NiCd og NiMH rafhlöður séu almennt öruggar ef þær eru notaðar á réttan hátt, þá eru nokkur öryggisatriði sem þarf að hafa í huga:
1. Eiturhrif:
NiCd rafhlöður innihalda eitrað kadmíum, sem hefur í för með sér verulega heilsu- og umhverfisáhættu ef ekki er meðhöndlað og fargað á réttan hátt. Kadmíum er þekkt krabbameinsvaldandi og getur mengað jarðveg og vatn ef rafhlöður eru ekki endurunnar eða fargað á réttan hátt. NiMH rafhlöður, aftur á móti, innihalda engin eitruð efni og eru taldar öruggari út frá umhverfissjónarmiðum.
2. Ofhleðsla:
Bæði NiCd og NiMH rafhlöður geta skemmst ef þær eru ofhlaðnar. Ofhleðsla getur leitt til of mikillar hitamyndunar, raflausnarleka og jafnvel frumubrots. Til að koma í veg fyrir ofhleðslu er nauðsynlegt að nota rétt hleðslukerfi sem sleppir hleðslustraumnum þegar rafhlaðan nær fullri afköst.
3. Thermal Runaway:
Í mjög sjaldgæfum tilvikum geta NiCd rafhlöður orðið fyrir hitauppstreymi. Þetta á sér stað þegar varmi sem myndast við hleðslu eða losun dreifist ekki á réttan hátt, sem leiðir til hækkunar á hitastigi. Hitauppstreymi getur valdið útblásturslofti, leka og í alvarlegum tilfellum rafhlöðusprengingu. NiMH rafhlöður hafa minni hættu á hitauppstreymi samanborið við NiCd rafhlöður.
Umhverfisáhrif:
-----------------
Umhverfisáhrif rafgeyma eru vaxandi áhyggjuefni. Hér er hvernig NiCd og NiMH rafhlöður bera saman hvað varðar umhverfisáhrif:
1. Kadmíum:
Eins og fyrr segir innihalda NiCd rafhlöður kadmíum, eitraðan þungmálm. Óviðeigandi förgun á NiCd rafhlöðum getur leitt til kadmíummengunar á urðunarstöðum og hefur í för með sér verulega hættu fyrir umhverfið og heilsu manna. Til að draga úr þessari áhættu hafa mörg lönd innleitt reglur um rétta söfnun, endurvinnslu og förgun á NiCd rafhlöðum.
2. Nikkel:
Bæði NiCd og NiMH rafhlöður innihalda nikkel, annar þungmálmur. Þó nikkel sé ekki eins eitrað og kadmíum getur útdráttur þess og vinnsla haft skaðleg umhverfisáhrif. Hins vegar innihalda NiMH rafhlöður venjulega minna nikkel samanborið við NiCd rafhlöður. Að auki gerir endurhlaðanleiki og lengri líftími NiMH rafhlaðna þær að umhverfisvænni vali samanborið við einnota alkaline rafhlöður.
3. Endurvinnsla:
Endurvinnsla er mikilvæg til að lágmarka umhverfisáhrif rafhlöðu. NiCd rafhlöður eru tiltölulega auðveldari í endurvinnslu samanborið við NiMH rafhlöður vegna tilvistar eitraðs kadmíums. Hins vegar hafa framfarir í tækni gert kleift að þróa árangursríka endurvinnsluferla fyrir bæði NiCd og NiMH rafhlöður. Endurvinnsla hjálpar til við að endurheimta verðmæt efni og dregur úr þörfinni á nýrri auðlindavinnslu.
Niðurstaða:
-----------------
Að lokum, þó að NiCd og NiMH rafhlöður deila sameiginlegum eiginleikum eins og að vera endurhlaðanlegar nikkel-undirstaða rafhlöður, þá eru þær verulega frábrugðnar hvað varðar efnafræði, frammistöðu, öryggissjónarmið og umhverfisáhrif. NiMH rafhlöður bjóða almennt upp á meiri afkastagetu, minni minnisáhrif og minni sjálfsafhleðslu samanborið við NiCd rafhlöður. Hins vegar þola NiCd rafhlöður hraðhleðslu og hafa hærri spennu. Frá öryggissjónarmiði innihalda NiCd rafhlöður eitrað kadmíum en NiMH rafhlöður eru taldar öruggari og hafa minni hættu á hitauppstreymi. Hvað varðar umhverfisáhrif hafa báðar rafhlöðutegundirnar ákveðnar áskoranir, en rétt endurvinnsla og förgun getur dregið úr þessum áhrifum. Að lokum fer valið á milli NiCd og NiMH rafhlaðna eftir sérstökum kröfum umsóknarinnar, með hliðsjón af þáttum eins og afkastagetu, hleðsluhraða, umhverfissjónarmiðum og öryggi.