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Baterías de Ni-Cd

Batería de Niquel - Cadmio
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Baterías Ni-Cd.jpg
Baterías Ni-Cd Recargables.

Batería de Ni-Cd (níquel-cadmio). Baterías recargables de uso doméstico e industrial. Utilizan un cátodo de hidróxido de níquel y un ánodo de un compuesto de cadmio. El electrolito es de hidróxido de potasio. Esta configuración de materiales permite recargar la batería una vez está agotada, para su reutilización. Sin embargo, su densidad de energía es de tan sólo 50 Wh/kg, lo que hace que tengan poca capacidad. Admiten sobrecargas, se pueden seguir cargando cuando ya no admiten más carga, aunque no la almacena. Admiten un gran rango de temperaturas de funcionamiento.

Baterias Ni-Cd

Ventajas

  • Pueden recargarse.
  • Son menos propensas que las pilas normales a perder el electrolito.
  • Tienen una resistencia interna extremadamente baja.
  • Mantienen la tensión prácticamente constante durante casi el 90% del ciclo de descarga.
  • Las dos últimas características son importantes. La baja impedancia interna permite asociar varios elementos en serie; mantener la tensión constante facilita su uso en cámaras de video.

Desventajas

  • Su tensión es 1,2V frente a 1,5V de las pilas normales. Esto supone un 20% menos de tensión.
  • Debido a su bajísima impedancia interna no se pueden cargar a tensión constante ya que se generarían corrientes muy elevadas que producen el calentamiento de la Ni-Cd y su destrucción.

Composición

La batería está formada por unos electrodos de hidróxido de níquel y de hidróxido de cadmio separados entre si por una lámina porosa. El electrolito es hidróxido de potasio. La reacción química es:

Cd + 2Ni OH + 2H 2 O <==> Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2

Capacidad

La capacidad de una batería se mide en A*h o mA*h. Se representa con la letra C. Una batería que tiene por ejemplo C=500 quiere decir que puede suministrar una corriente de 500 mA durante una hora (250 mA durante 2 horas, 125 mA durante 4 horas... etc.)

El término C se utiliza también para definir la corriente de carga. Una corriente de 1C significa que la batería se cargará con la misma corriente que puede suministrar durante una hora.

En el ejemplo anterior 1C = 500 mA Normalmente las baterías se cargan a 0,1C durante 14 horas.

Ciclo de carga

En principio sería suficiente cargar la batería a 0,1C durante 12 horas, pero en el momento inicial de la carga, la batería no almacena la energía que se le suministra. La energía inicial se utiliza para reconstruir los electrodos y producir gas.

Si se excede el tiempo de carga la batería aguanta la sobrecarga (a 0,1C). Si se intenta cargar una batería parcialmente llena llega un momento en el que la batería deja de almacenar carga y convierte toda la energía en calor.

La temperatura ambiente mínima para realizar la carga oscila entre 0º y 10ºC, la máxima entre 40º y 60ºC. Los fabricantes aconsejan siempre realizar la carga entre 20º y 25ºC. A temperaturas inferiores la carga de la batería se reduce y, por tanto, hay que reducir la corriente de carga. A temperaturas superiores la capacidad se reduce aun más.

Es posible cargar la Ni-Cd a corrientes inferiores a 0,1C pero entonces desconocemos cual será su tiempo de carga ya que la variación no es proporcional. El mayor inconveniente es que cargar una Ni-Cd a corrientes inferiores a 0,1C reduce su capacidad efectiva, esto se denomina "efecto memoria" y consiste en que «La Ni-Cd se da cuenta de que esta siendo cargada a una corriente inferior y ajusta su capacidad a ese valor». Como la batería no queda totalmente llena, al intentar cargarla de nuevo reduce aun mas su capacidad, después de unos ciclos de carga no completa una Ni-Cd puede quedar inservible.

Por tanto, nunca se debe cargar una Ni-Cd parcialmente o cargarla estando parcialmente cargada ya que el "efecto memoria" se desencadena.

Mantener una Ni-Cd cargada

Si se quiere mantener una Ni-Cd siempre en su carga máxima y se descarga "completamente" con regularidad es posible dejarla en carga continua a una corriente inferior a 0,1C. En cambio, si la batería va a descargarse solo muy rara vez se recomienda que una vez cargada se reduzca la |corriente de carga a un valor muy pequeño denominado "corriente de goteo"

Carga rápida

Todas las Ni-Cd admiten la carga rápida, es decir, a corrientes superiores a 0,1C pero deben seguirse las precauciones indicadas por el fabricante. En general, se pueden cargar Ni-Cd a un ritmo entre 2 y 5 veces mas rápido que el normal siempre y cuando la temperatura sea mayor que 20ºC e inferior a 45ºC. La carga rápida debe hacerse con un temporizador y un sensor de temperatura que detengan la carga rápida de forma automática o la reduzcan a valores seguros.

Almacenamiento y mantenimiento de la carga

Las Ni-Cd se pueden almacenar casi indefinidamente en cualquier estado de carga a una temperatura entre - 40ºC y +50ºC. Las baterías parcial o totalmente cargadas pierden gradualmente su carga. Esta descarga es mayor cuanto mayor es la temperatura.

A causa del efecto de las diferentes temperaturas y periodos de almacenamiento no es posible conocer el estado de una Ni-Cd cuando se compra. Por ello es recomendable cargar las Ni-Cd antes de utilizarlas la primera vez.

Precauciones para asegurar una larga vida útil

  • No soldar directamente sobre los terminales de la Ni-Cd a no ser que tenga terminales de soldadura incorporados. En caso de tenerlos es recomendable pinzar con unos alicates dicho terminal para evitar que el calor de la soldadura llegue a la Ni-Cd.
  • Evitar las bajas temperaturas durante el proceso de carga.
  • No cortocircuitarlas y evitar pedir corrientes muy elevadas.
  • No descargar completamente una Ni-Cd, una batería totalmente descargada no puede volver a cargarse.
  • No dejar en sobrecarga una Ni-Cd cargándose a una corriente superior a 0,1C.
  • Cargar las baterías nuevas antes de usarlas.

Fuentes

Marks Manual del Ingeniero Mecánico, Mc Graw Hill, Segunda edición en español.