Nicad Accu (Nikkel-cadmium)

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 3, Deel 1, Hoofdstuk 5, Paragraag 5.6, Blz 116-120

Doordat de verhouding gewicht versus vermogen gunstiger is dan van een lood accu en doordat hoge stromen in korte tijd geleverd kunnen worden bij een langere levensduur zoals grote en langdurige startstromen, is de nicad accu voor de meeste toepassingen in de luchtvaart te verkiezen boven de loodaccu.

Opbouw van een nicad accu cel

Het polariteitverschil wordt verkregen door de platen met nikkelhydroxide (+ plaat) of met cadmiumhydroxide (-plaat) te sinteren (bakken). Tussen de platen worden separatoren van cellofaan of poreus nylon geplaatst. Het geheel wordt geplaatst in een nylon bak met als elektrolyt kaliloog + water (KaOH + H₂O). In afbeelding 5.18 is de opbouw van een nicad accu weergegeven.

Chemisch proces

De reacties tijdens laden en ontladen zijn omkeerbaar.
2 Ni(OH)3 +Cd <–ontladen–> 2 Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂
pos. plaat neg. plaat <–laden–> pos. Plaat neg. Plaat

De elektrolyt neemt dus bij de nicad accu’s niet deel aan de chemische reacties en dient alleen als geleiding voor de elektrische stroom. De dichtheid van de elektrolyt is hier dus géén maatstaf voor de ladingstoestand van de accu. (Zie afbeelding 5.19).

Conclusie: De ladingstoestand kan alleen door het meten van de stroom en de tijd (Ah) worden gecontroleerd.

Gasontwikkeling en Verdamping Nicad Accu

Tijdens het laden verliest de accu water, doordat het water ontleed in waterstof en zuurstof. Vooral tegen het eind van de lading en als de laadstroom te groot is vindt er veel gasontwikkeling plaats. Aan de positieve plaat ontstaat zuurstof, aan de negatieve plaat ontstaat waterstof.

Evenals bij de cellen van de loodaccu wordt een vuldop met ontlastklep (vent cap) geplaatst om de gassen te laten ontwijken. Tijdens het ontladen nemen de platen water op uit het elektrolyt. Dit water komt bij het laden weer vrij, waardoor het niveau van het elektrolyt weer stijgt.

Ook de gasbellen die zich op de platen bevinden vóór ze naar de oppervlakte stijgen, verhogen het niveau van het elektrolyt. Ook door warmte kan water uit de elektrolyt verdampen.

Bijvullen

Daarom mag alleen een geheel geladen nicad accu worden bijgevuld met gedistilleerd water. Dit bijvullen moet zeer nauwkeurig, volgens de instructies, worden gedaan met behulp van een soort injectiespuit, die voor ieder type accu andere afmetingen heeft.

Thermische problemen Nicad Accu

Hieronder verstaat men een kettingreactie in de accu (thermal runaway), waar bij steeds meer warmte vrijkomt en die ten slotte eindigt met exploderen of in brand vliegen van de accu.

Dit verschijnsel kan optreden bij nicad accu’s, die in korte tijd zeer diep worden ontladen (bijvoorbeeld bij het starten van een turbinemotor) en daarna in korte tijd weer worden geladen. Tijdens het ontladen ontstaat warmte in de accu, waardoor het laden al bij een tamelijk hoge temperatuur begint. De laadstroom zal de temperatuur nu nog meer opvoeren, vooral als dit gebeurt bij constante spanning en een ontladen accu, want dan zijn de laadstromen zeer groot.

De laadstroom neemt dus juist toe en de temperatuur van de accu neemt steeds sneller toe. Er ontstaat ook een grote gasontwikkeling. Boven een temperatuur van 60 °C gaat dit proces zeer snel. De separatoren worden vernield, de zuurstof oxideert de cadmium van de negatieve plaat, de nyloncellen scheuren open en smelten weg en de vrijkomende gassen en de verbroken laadstroom veroorzaken een ontploffing.

Een thermal runaway moet ten alle tijden worden voorkomen. Daarom plaatst men in de nicad accu bak een thermische beveiliging, die een signaal geeft naar de bemanning. Deze kan de accu van het boordnet afschakelen waardoor de accu kan af koelen.

Spanning

De nominale spanning per cel bedraagt voor nicad accu’s ongeveer 1,25 V. De laadspanning is voor de nicad accu 1,35 à 1,75 V. Afbeelding 5.21 geeft een ontlaadkarakteristiek van een nicadcel aan.

Voordelen

Voordelen van een ni-cad batterijen ten opzichte van loodbatterijen zijn onder meer:

• de gunstige capaciteit/gewicht verhouding;
• zware belasting mogelijk zonder schade aan de cellen;
• kan volledig ontladen worden zonder schade aan de cellen;
• afgesloten cellen, dus geen ‘knalgas’ tijdens het laadproces;
• lagere inwendige weerstand.

Nadelen

Nadelen van ni-cad batterijen ten opzichte van loodbatterijen zijn onder meer:

• grotere zelfontlading;
• kans op ’terminal runaway”.

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 3, Deel 1, Hoofdstuk 5, Paragraag 5.6, Blz 116-120