Очень часто пользователи никель-кадмиевых аккумуляторов сталкиваются с тем, что по прошествии небольшого времени батареи постепенно теряют свою емкость. Внешне батареи выглядят полностью исправными и эксплуатировались с соблюдением всех требований. Данный недостаток является проявлением эффекта «памяти», который назван так потому, что батарея как-бы запоминает предыдущее значение разряда и в следующий раз разряжается только до него или менее. Это проявляется в снижении емкости батареи. Эффект памяти обратим (если случай не является крайне запущенным) и емкость аккумулятора можно восстановить практически полностью.
Физические основы эффекта
Никель-кадмиевый аккумулятор состоит из никелевого электрода, который представляет собой гидроксид никеля, нанесенный на стальную основу и кадмиевого, в котором используется губчатый кадмий.
В результате электрохимических реакций при разряде источника питания на кадмиевом электроде может накапливаться некоторое количество интерметаллического соединения никеля и кадмия Ni5Ca21, которое распадается только при полном разряде. В результате накопления кристаллов соединения, электрический потенциал между электродами смещается на 0.1 – 0.15 В. При ЭДС никель-кадмиевой батареи 1.37 В это приводит к тому, что измеренное напряжение на элементе будет составлять всего 1.27 – 1.22 В. Соответственно, уменьшается количество энергии, отдаваемое аккумулятором до полного разряда.
В процессе работы устройство выдает сигнализацию разряда аккумулятора, хотя его емкость еще не исчерпана полностью. Таким образом, каждый цикл заряда увеличивает воздействие эффекта памяти.
Дальнейшая эксплуатация батарей связана с ростом кристаллических образований интерметаллида, который приводит к местным разрывам оболочки электродов. Это является причиной повышения саморазряда батареи и увеличения внутреннего сопротивления. Кроме того, крупные кристаллы уменьшают эффективную площадь поверхности активного материала.
Методы защиты от эффекта
Эффекту памяти подвержены аккумуляторы в недорогих устройствах, которые не имеют контроллера состояния источника питания, а также при использовании простых зарядных устройств.
Зарядные устройства, пригодные для нормальной эксплуатации никель-кадмиевых аккумуляторных батарей должны обладать такими функциями:
- предварительный разряд источника питания до минимального значения;
- зарядка номинальным током;
- контроль температуры аккумулятора.
Последняя функция важна тем, что при окончании процесса заряда начинает повышаться температура внутри батареи и это может служить сигналом окончания заряда, поскольку контроль путем измерения напряжения не всегда имеет высокую достоверность. Не своевременное (более раннее) окончание заряда также приводит к появлению эффекта памяти.
По этой причине устаревшие модели телефонов (и некоторые современные), которые использовали NiCa батареи, требовали заряда при полной разрядке и обязательно в выключенном состоянии. Включенный телефон потребляет некоторое количество энергии, особенно на подсветку дисплея и работу GSM модуля, поэтому в таком режиме аккумулятор никогда полностью не будет заряжен. Большинство пользователей игнорируют это требование, мотивируя тем, что телефон нужен постоянно. В результате, срок службы новой батареи составляет несколько месяцев, после чего заряд нужно производить все чаще.
Восстановление аккумуляторов
Эффект памяти аккумулятора является обратимым. В том случае, если его проявления были сразу замечены, то может помочь единственный полный цикл заряда и разряда:
- Для разрядки нужно подключить к аккумулятору нагрузку, ток через которую является номинальным для данного типа устройства.
- Зарядить аккумулятор номинальным током до повышения напряжения до необходимого.
- Продолжать заряд до того времени, как начнется повышаться температура корпуса.
- Немедленно отключить батарею от зарядного устройства.
Продолжительная эксплуатация неисправных аккумуляторов приводит к необходимости выполнения нескольких последовательных тренировочных циклов работы и заряда.
Важно! Повышенный саморазряд длительно эксплуатируемых АКБ восстановлению не подлежит.
Типы аккумуляторов, подверженных эффекту памяти
Ниже перечислены типы конструкций, в которых зафиксировано наличие эффекта:
- никель-кадмиевые;
- никель-металл-гидридные;
- литий-ионные.
Наиболее выражен эффект памяти у первого типа батарей – NiCa. Усовершенствованные никель-металлгидридные свободны от него практически полностью. Лишь в случае длительного хранения не полностью разряженных NiMH наблюдается появление эффекта памяти. Хранить нужно только полностью разряженный источник питания. Восстановление емкости производится так же, как и описано выше.
У литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов эффект памяти зафиксирован в лабораторных условиях и составляет доли и единицы процента, поэтому потребителям можно считать, что данный отрицательный эффект у них отсутствует полностью.
Заключение
NiCa батареи используются все меньше, по причине ядовитости основного элемента – кадмия, но продолжают использоваться там, где требуется отдача высоких токов и возможность быстрого заряда. В данной нише у никель-кадмиевых аккумуляторов пока конкуренции нет, благодаря их низкой стоимости.
Продлить сроки эксплуатации можно при строгом соблюдении требований по разряду и заряду батарей. Периодическая тренировка батарей снизит вероятность возникновения эффекта потери емкости.
