Никель-кадмиевые аккумуляторы: история, характеристики и применение.

Введение

Тип перезаряжаемого аккумулятора

Никель-кадмиевый аккумулятор (Ni–Cd аккумулятор или NiCad аккумулятор) – это тип перезаряжаемого аккумулятора, использующий оксид никеля гидроксид и металлический кадмий в качестве электродов. Аббревиатура Ni–Cd происходит от химических символов никеля (Ni) и кадмия (Cd): аббревиатура NiCad является зарегистрированным товарным знаком SAFT Corporation, хотя это название бренда обычно используется для описания всех Ni–Cd аккумуляторов. Первые никель-кадмиевые аккумуляторы с жидким электролитом были изобретены в 1899 году. Ni–Cd аккумулятор имеет напряжение на клеммах около 1,2 вольт во время разряда, которое незначительно снижается почти до конца разряда. Максимальная электродвижущая сила, обеспечиваемая ячейкой Ni–Cd, составляет 1,3 В. Ni–Cd аккумуляторы производятся в широком диапазоне размеров и емкостей, от портативных герметичных типов, взаимозаменяемых с угольно-цинковыми сухими элементами, до больших вентилируемых ячеек, используемых для резервного питания и тяговых приводах. По сравнению с другими типами перезаряжаемых элементов они обеспечивают хороший срок службы и производительность при низких температурах с достаточной емкостью, но их значительным преимуществом является способность отдавать практически полную номинальную емкость при высоких токах разряда (разряд за один час или менее). Однако материалы для их изготовления дороже, чем для свинцово-кислотных аккумуляторов, и ячейки имеют высокий уровень саморазряда. Герметичные Ni–Cd элементы в свое время широко использовались в портативных электроинструментах, фотооборудовании, фонарях, аварийном освещении, моделях на радиоуправлении и портативных электронных устройствах. Превосходящая емкость никель-металл-гидридных аккумуляторов и их недавнее снижение стоимости во многом вытеснили использование Ni–Cd. Кроме того, воздействие на окружающую среду от утилизации токсичного металла кадмия внесло значительный вклад в сокращение их использования. В Европейском Союзе аккумуляторы Ni–Cd теперь могут поставляться только для замены или для определенных видов нового оборудования, таких как медицинские приборы. Более крупные вентилируемые Ni–Cd аккумуляторы с жидким электролитом используются в аварийном освещении, источниках резервного питания, источниках бесперебойного питания и других областях применения.

The nickel–cadmium battery (Ni–Cd battery or NiCad battery) is a type of rechargeable battery using nickel oxide hydroxide and metallic cadmium as electrodes. The abbreviation Ni–Cd is derived from the chemical symbols of nickel (Ni) and cadmium (Cd): the abbreviation NiCad is a registered trademark of SAFT Corporation, although this brand name is commonly used to describe all Ni–Cd batteries. Wet cell nickel–cadmium batteries were invented in 1899. A Ni–Cd battery has a terminal voltage during discharge of around 1.2 volts which decreases little until nearly the end of discharge. The maximum electromotive force offered by a Ni–Cd cell is 1.3V. Ni–Cd batteries are made in a wide range of sizes and capacities, from portable sealed types interchangeable with carbon–zinc dry cells, to large ventilated cells used for standby power and motive power. Compared with other types of rechargeable cells they offer good cycle life and performance at low temperatures with a fair capacity but their significant advantage is the ability to deliver practically their full rated capacity at high discharge rates (discharging in one hour or less). However, the materials are more costly than that of the lead–acid battery, and the cells have high self discharge rates. Sealed Ni–Cd cells were at one time widely used in portable power tools, photography equipment, flashlights, emergency lighting, hobby RC, and portable electronic devices. The superior capacity of nickel–metal hydride batteries, and recent lower cost, has largely supplanted Ni–Cd use. Further, the environmental impact of the disposal of the toxic metal cadmium has contributed considerably to the reduction in their use. Within the European Union, Ni–Cd batteries can now only be supplied for replacement purposes or for certain types of new equipment such as medical devices. Larger ventilated wet cell Ni–Cd batteries are used in emergency lighting, standby power, and uninterruptible power supplies and other applications.

История

Первый Ni–Cd аккумулятор был создан Вальдемаром Юнгнером из Швеции в 1899 году. В то время единственным прямым конкурентом были свинцово-кислотные аккумуляторы, которые были менее физически и химически устойчивы. С небольшими улучшениями первых прототипов, плотность энергии быстро возросла примерно до половины плотности первичных элементов питания и значительно превысила плотность свинцово-кислотных аккумуляторов. Юнгнер экспериментировал с заменой кадмия железом в различных количествах, но обнаружил, что составы на основе железа оказались неудовлетворительными. Работа Юнгнера оставалась в значительной степени неизвестной в Соединенных Штатах. Томас Эдисон запатентовал никель- или кобальт-кадмиевый аккумулятор в 1902 году и адаптировал конструкцию аккумулятора, когда представил никель-железный аккумулятор в США через два года после того, как Юнгнер построил свой. В 1906 году Юнгнер основал завод недалеко от Оскаршамна, Швеция, для производства Ni–Cd аккумуляторов с залитым электролитом. В 1932 году активные материалы наносили внутрь пористого никелированного электрода, а через пятнадцать лет началась работа над герметичным никель-кадмиевым аккумулятором. Первое производство в Соединенных Штатах началось в 1946 году. До этого момента аккумуляторы были "карманного типа", изготавливались из никелированных стальных карманов, содержащих никель и кадмиевые активные материалы. Примерно в середине двадцатого века аккумуляторы с синтерированными пластинами Ni–Cd стали все более популярными. Спеченные пластины создаются путем спекания никелевого порошка при температуре, значительно ниже его точки плавления, под высоким давлением. Образующиеся таким образом пластины обладают высокой пористостью, около 80 процентов по объему. Положительные и отрицательные пластины производятся путем пропитки никелевых пластин никелевыми и кадмиевыми активными материалами соответственно. Синтерированные пластины обычно намного тоньше, чем карманные, что обеспечивает большую площадь поверхности на единицу объема и более высокие токи. В целом, чем больше площадь поверхности реактивного материала в аккумуляторе, тем ниже его внутреннее сопротивление. С 2000-х годов все потребительские Ni–Cd аккумуляторы используют конфигурацию "желе-ролл".

Характеристики

Максимальная скорость разряда никель-кадмиевой (Ni–Cd) батареи зависит от её размера. Для распространённого элемента размера AA максимальная скорость разряда составляет приблизительно 1,8 ампера, а для батареи размера D она может достигать 3,5 ампера. Создатели моделей самолётов и лодок часто потребляют гораздо большие токи – до ста ампер и более – от специально изготовленных никель-кадмиевых батарей, используемых для питания основных двигателей. 5–6 минут работы модели легко достижимо даже от небольших батарей, что обеспечивает достаточно высокое отношение мощности к весу, сопоставимое с двигателями внутреннего сгорания, хотя и с меньшей продолжительностью работы. Однако в этой области они в значительной степени уступили место литий-полимерным (LiPo) и литий-железофосфатным (LiFe) батареям, которые обеспечивают ещё более высокую плотность энергии.

Напряжение

Никель-кадмиевые аккумуляторы имеют номинальное напряжение ячейки 1,2 вольта (В). Это ниже, чем 1,5 В у щелочных и цинкоуглеродных первичных элементов, и, следовательно, они не всегда могут быть использованы в качестве замены. Однако 1,5 В у щелочного первичного элемента – это начальное, а не среднее напряжение. В отличие от щелочных и цинкоуглеродных первичных элементов, напряжение на выводах никель-кадмиевого аккумулятора незначительно изменяется в процессе разряда. Поскольку многие электронные устройства рассчитаны на работу с первичными элементами, которые могут разряжаться до 0,90–1,0 В на ячейку, относительно стабильные 1,2 В никель-кадмиевого аккумулятора вполне достаточно для их питания. Некоторые считают почти постоянное напряжение недостатком, так как это затрудняет определение степени разряда аккумулятора. Никель-кадмиевые батареи, используемые для замены 9-вольтовых батарей, обычно состоят из шести ячеек, обеспечивая напряжение 7,2 вольта. Хотя большинство портативных радиоприемников будут нормально работать при таком напряжении, некоторые производители, например Varta, выпускали 8,4-вольтовые батареи с семью ячейками для более ответственных применений.

Зарядка

Никель-кадмиевые аккумуляторы можно заряжать с разной скоростью, в зависимости от технологии производства элемента. Скорость зарядки измеряется как процент от ампер-часовой емкости аккумулятора, подаваемый в виде постоянного тока в течение всего времени зарядки. Независимо от скорости зарядки, в аккумулятор необходимо подавать больше энергии, чем его фактическая емкость, чтобы компенсировать потери энергии во время зарядки; при этом более быстрая зарядка является более эффективной. Например, "ночная" зарядка может заключаться в подаче тока, равного одной десятой от ампер-часовой емкости (C/10) в течение 14–16 часов; то есть, аккумулятор емкостью 100 мАч требует тока 10 мА в течение 14 часов, что в сумме составляет 140 мАч для зарядки с такой скоростью. При быстрой зарядке, выполняемой со скоростью 100% от номинальной емкости аккумулятора за 1 час (1C), аккумулятор заряжается примерно на 80%, поэтому для зарядки аккумулятора емкостью 100 мАч потребуется 125 мАч (то есть примерно 1 час и пятнадцать минут). Некоторые специализированные аккумуляторы можно заряжать всего за 10–15 минут при скорости зарядки 4C или 6C, но это встречается редко. Это также значительно увеличивает риск перегрева и выброса газов из-за избыточного внутреннего давления: скорость повышения температуры элемента определяется его внутренним сопротивлением и квадратом скорости зарядки. При скорости 4C количество тепла, выделяемого в элементе, в шестнадцать раз больше, чем при скорости 1C. Недостаток более быстрой зарядки – повышенный риск перезаряда, который может повредить аккумулятор, а также более высокие температуры, которые должен выдерживать элемент (что потенциально сокращает срок его службы). Безопасный диапазон температур при использовании составляет от −20 °C до 45 °C. Во время зарядки температура аккумулятора обычно остается низкой, примерно равной температуре окружающей среды (реакция зарядки поглощает энергию), но по мере приближения аккумулятора к полной зарядке температура повышается до 45–50 °C. Некоторые зарядные устройства обнаруживают это повышение температуры, чтобы прекратить зарядку и предотвратить перезаряд. В режиме ожидания, без нагрузки или зарядки, никель-кадмиевый аккумулятор саморазряжается примерно на 10% в месяц при 20 °C, и до 20% в месяц при более высоких температурах. Примечание: по состоянию на 2022 год, предыдущее утверждение было верным, когда никель-кадмиевые аккумуляторы только появились и даже 50 лет назад. Однако дальнейшие улучшения, достигнутые около 40 лет назад, привели к саморазряду 5% в месяц, а сегодня никель-кадмиевые аккумуляторы имеют значительно более низкий уровень саморазряда – порядка 1% или 2% в месяц. Можно выполнять поддерживающую зарядку при уровнях тока, достаточных для компенсации этой скорости саморазряда, чтобы поддерживать аккумулятор в полностью заряженном состоянии. Однако, если аккумулятор собираются хранить неиспользованным в течение длительного периода времени, его следует разрядить до 40% емкости (некоторые производители рекомендуют полностью разряжать и даже кратковременно замыкать после полной разрядки) и хранить в прохладном, сухом месте.

Ni–Cd batteries can be charged at several different rates, depending on how the cell was manufactured. The charge rate is measured based on the percentage of the amp hour capacity the battery is fed as a steady current over the duration of the charge. Regardless of the charge speed, more energy must be supplied to the battery than its actual capacity, to account for energy loss during charging, with faster charges being more efficient. For example, an "overnight" charge, might consist of supplying a current equal to one tenth the ampere hour rating (C/10) for 14–16 hours; that is, a 100 mAh battery takes 10 mA for 14 hours, for a total of 140 mAh to charge at this rate. At the rapid charge rate, done at 100% of the rated capacity of the battery in 1 hour (1C), the battery holds roughly 80% of the charge, so a 100 mAh battery takes 125 mAh to charge (that is, approximately 1 hour and fifteen minutes). Some specialized batteries can be charged in as little as 10–15 minutes at a 4C or 6C charge rate, but this is very uncommon. It also greatly increases the risk of the cells overheating and venting due to an internal over pressure condition: the cell's rate of temperature rise is governed by its internal resistance and the square of the charging rate. At a 4C rate, the amount of heat generated in the cell is sixteen times higher than the heat at the 1C rate. The downside to faster charging is the higher risk of overcharging, which can damage the battery. and the increased temperatures the cell has to endure (which potentially shortens its life). The safe temperature range when in use is between −20 °C and 45 °C. During charging, the battery temperature typically stays low, around the same as the ambient temperature (the charging reaction absorbs energy), but as the battery nears full charge the temperature will rise to 45–50 °C. Some battery chargers detect this temperature increase to cut off charging and prevent over charging. When not under load or charge, a Ni–Cd battery will self discharge approximately 10% per month at 20 °C, ranging up to 20% per month at higher temperatures. Note; year 2022, the preceding sentence was certainly true when NiCad was introduced and even 50 years ago. However continued improvements seen around 40 years ago lead to 5% per month and today the NiCad batteries have substantially lower self discharge, on the order of 1% or 2% per month. It is possible to perform a trickle charge at current levels just high enough to offset this discharge rate; to keep a battery fully charged. However, if the battery is going to be stored unused for a long period of time, it should be discharged down to at most 40% of capacity (some manufacturers recommend fully discharging and even short circuiting once fully discharged), and stored in a cool, dry environment.

Сверхзагрузка

Запечатанные Ni–Cd ячейки состоят из герметичного корпуса, предназначенного для удержания образующихся кислорода и водорода до тех пор, пока они не рекомбинируют обратно в воду. Образование газов обычно происходит при быстрой зарядке и разрядке, и особенно интенсивно – при перезаряде. Если давление превышает допустимый предел предохранительного клапана, электролит в виде пара улетучивается. Поскольку корпус рассчитан на определенное количество электролита, эта потеря быстро снижает емкость ячейки и ее способность принимать и отдавать ток. Обнаружение всех режимов перезаряда требует сложной схемы зарядного устройства, и дешевое зарядное устройство в конечном итоге приведет к повреждению даже ячеек самого высокого качества.

Аккумуляторы с вентиляционными элементами

Вентилируемые элементы (мокрые элементы, залитые элементы) Ni–Cd аккумуляторов используются, когда требуются большие емкости и высокие токи разряда. Обычные Ni–Cd аккумуляторы герметичного типа, что означает, что образующиеся газы обычно рекомбинируются и не выделяются, если только аккумулятор не подвергается сильной перезарядке или не возникает неисправности. В отличие от типичных герметичных Ni–Cd элементов, вентилируемые элементы оснащены вентиляционным отверстием или предохранительным клапаном, который выпускает образующиеся кислород и водород при перезарядке или быстром разряде. Поскольку аккумулятор не является сосудом под давлением, он безопаснее, легче и имеет более простую и экономичную конструкцию. Это также означает, что аккумулятор обычно не повреждается чрезмерными токами перезарядки, разрядки или даже обратного заряда. Они применяются в авиации, железнодорожном и городском транспорте, в системах резервного питания для телекоммуникаций, для запуска двигателей резервных турбин и т.д. Использование вентилируемых Ni–Cd аккумуляторов позволяет уменьшить размеры, вес и требования к техническому обслуживанию по сравнению с другими типами аккумуляторов. Вентилируемые Ni–Cd аккумуляторы имеют длительный срок службы (до 20 лет и более, в зависимости от типа) и работают в экстремальных температурах (от –40 до 70 °C). Стальной корпус аккумулятора содержит элементы, соединенные последовательно для получения требуемого напряжения (1,2 В на элемент номинально). Элементы обычно изготавливаются из легкого и прочного полиамида (нейлона) с несколькими никель-кадмиевыми пластинами, сваренными вместе для каждого электрода. Сепаратор или прокладка из силиконовой резины служит изолятором и газовым барьером между электродами. Элементы залиты электролитом – 30% водным раствором гидроксида калия (KOH). Удельный вес электролита не указывает на состояние заряда аккумулятора, но изменяется главным образом из-за испарения воды. В верхней части элемента предусмотрено пространство для избыточного электролита и отверстие для сброса давления. Большие медные штыри с никелевым покрытием и толстые соединительные перемычки обеспечивают минимальное эквивалентное последовательное сопротивление аккумулятора. Выделение газов указывает на то, что аккумулятор либо разряжается с высоким током, либо перезаряжается с током выше номинального. Это также означает, что электролит, потерянный при вентиляции, необходимо периодически заменять в рамках регулярного технического обслуживания. В зависимости от циклов заряда-разряда и типа аккумулятора, интервал обслуживания может составлять от нескольких месяцев до года. Напряжение вентилируемого элемента быстро возрастает в конце заряда, что позволяет использовать простую схему зарядного устройства. Обычно аккумулятор заряжается постоянным током со скоростью 1C до тех пор, пока напряжение на всех элементах не достигнет не менее 1,55 В. Затем следует еще один цикл зарядки со скоростью 0,1C, также до достижения напряжения 1,55 В на всех элементах. Заряд завершается выравнивающим или завершающим зарядом, обычно не менее 4 часов при скорости 0,1C. Цель перезаряда – удалить как можно больше (если не все) газов, скопившихся на электродах: водорода на отрицательном и кислорода на положительном. Часть этих газов рекомбинирует, образуя воду, которая, в свою очередь, повышает уровень электролита до максимального значения, после чего можно безопасно отрегулировать уровень электролита. Во время перезаряда или завершающего заряда напряжение на элементе может превысить 1,6 В, а затем медленно начнет падать. Напряжение на элементе не должно превышать 1,71 В (сухой элемент) или опускаться ниже 1,55 В (нарушение газового барьера). В авиационных установках с системой плавающего заряда регулятор напряжения устанавливается для зарядки аккумулятора при постоянном напряжении (обычно 14 или 28 В). Если это напряжение установлено слишком высоким, это приведет к быстрой потере электролита. Неисправный регулятор заряда может привести к повышению напряжения заряда выше допустимого значения, вызывая сильную перезарядку с выкипанием электролита.

Vented cell (wet cell, flooded cell) Ni–Cd batteries are used when large capacities and high discharge rates are required. Conventional Ni–Cd batteries are of the sealed type, which means that charge gas is normally recombined and they release no gas unless severely overcharged or a fault develops. Unlike typical Ni–Cd cells, which are sealed, vented cells have a vent or low pressure release valve that releases any generated oxygen and hydrogen gases when overcharged or discharged rapidly. Since the battery is not a pressure vessel, it is safer, weighs less, and has a simpler and more economical structure. This also means the battery is not normally damaged by excessive rates of overcharge, discharge or even negative charge. They are used in aviation, rail and mass transit, backup power for telecoms, engine starting for backup turbines etc. Using vented cell Ni–Cd batteries results in reduction in size, weight and maintenance requirements over other types of batteries. Vented cell Ni–Cd batteries have long lives (up to 20 years or more, depending on type) and operate at extreme temperatures (from −40 to 70 °C). A steel battery box contains the cells connected in series to gain the desired voltage (1.2 V per cell nominal). Cells are usually made of a light and durable polyamide (nylon), with multiple nickel–cadmium plates welded together for each electrode inside. A separator or liner made of silicone rubber acts as an insulator and a gas barrier between the electrodes. Cells are flooded with an electrolyte of 30% aqueous solution of potassium hydroxide (KOH). The specific gravity of the electrolyte does not indicate if the battery is discharged or fully charged but changes mainly with evaporation of water. The top of the cell contains a space for excess electrolyte and a pressure release vent. Large nickel plated copper studs and thick interconnecting links assure minimum equivalent series resistance for the battery. The venting of gases means that the battery is either being discharged at a high rate or recharged at a higher than nominal rate. This also means the electrolyte lost during venting must be periodically replaced through routine maintenance. Depending on the charge–discharge cycles and type of battery this can mean a maintenance period of anything from a few months to a year. Vented cell voltage rises rapidly at the end of charge allowing for very simple charger circuitry to be used. Typically a battery is constant current charged at 1 CA rate until all the cells have reached at least 1.55V. Another charge cycle follows at 0.1 CA rate, again until all cells have reached 1.55V. The charge is finished with an equalizing or top up charge, typically for not less than 4 hours at 0.1 CA rate. The purpose of the over charge is to expel as much (if not all) of the gases collected on the electrodes, hydrogen on the negative and oxygen on the positive, and some of these gases recombine to form water which in turn will raise the electrolyte level to its highest level after which it is safe to adjust the electrolyte levels. During the over charge or top up charge, the cell voltages will go beyond 1.6 V and then slowly start to drop. No cell should rise above 1.71V (dry cell) or drop below 1.55V (gas barrier broken). In an aircraft installation with a floating battery electrical system the regulator voltage is set to charge the battery at constant potential charge (typically 14 or 28V). If this voltage is set too high it will result in rapid electrolyte loss. A failed charge regulator may allow the charge voltage to rise well above this value, causing a massive overcharge with boiling over of the electrolyte.

Приложения

Запечатанные Ni–Cd элементы могут использоваться как самостоятельно, так и в составе батарей, содержащих два или более элементов. Малые элементы применяются в портативной электронике и игрушках (например, в солнечных садовых фонарях), часто изготавливаются в тех же размерах, что и первичные элементы. При замене первичных элементов на Ni–Cd батареи, более низкое выходное напряжение и меньшая ёмкость в ампер-часах могут привести к снижению производительности по сравнению с первичными элементами. Миниатюрные кнопочные элементы иногда используются в фототехнике, ручных фонарях, схемах резервного питания компьютерной памяти, игрушках и сувенирной продукции. Специальные Ni–Cd батареи применяются в беспроводных и радиотелефонах, аварийном освещении и других областях. Благодаря относительно низкому внутреннему сопротивлению, они способны выдавать высокие пусковые токи. Это делает их предпочтительным выбором для радиоуправляемых электрических моделей самолетов, лодок и автомобилей, а также для беспроводного электроинструмента и вспышек фотоаппаратов. Более крупные открытые элементы используются в системах запуска авиационных двигателей, электромобилях и источниках резервного питания.

Доступность

Аккумуляторы Ni–Cd доступны в тех же размерах, что и щелочные батареи, от AAA до D, а также в нескольких многоячеечных размерах, включая эквивалент 9-вольтовой батареи. Полностью заряженный одиночный элемент Ni–Cd, без нагрузки, имеет разность потенциалов от 1,25 до 1,35 вольт, которая остается относительно постоянной по мере разряда аккумулятора. Поскольку напряжение почти полностью разряженной щелочной батареи может падать до 0,9 вольт, аккумуляторы Ni–Cd и щелочные батареи обычно взаимозаменяемы для большинства применений. Помимо отдельных элементов, существуют аккумуляторы, содержащие до 300 элементов (номинальным напряжением 360 вольт, фактическое напряжение без нагрузки – от 380 до 420 вольт). Такая многоячеечная конструкция в основном используется в автомобильной промышленности и в тяжелых промышленных приложениях. Для портативных устройств количество элементов обычно не превышает 18 (24 В). Промышленные аккумуляторы залитого типа доступны с емкостью от 12,5 Ач до нескольких сотен Ач.

Эффект памяти

Никель-кадмиевые аккумуляторы могут страдать от "эффекта памяти", если их сотни раз разряжают и перезаряжают до одного и того же уровня заряда. Заметным признаком является то, что аккумулятор "запоминает" точку в цикле разряда, в которой началась зарядка, и при последующем использовании демонстрирует резкое падение напряжения в этой точке, как будто аккумулятор был разряжен. Фактически, емкость аккумулятора существенно не снижается. Некоторые электронные устройства, предназначенные для работы от никель-кадмиевых аккумуляторов, способны выдерживать это пониженное напряжение достаточно долго, чтобы напряжение восстановилось до нормального уровня. Однако, если устройство не может функционировать в течение этого периода пониженного напряжения, оно не сможет получить достаточно энергии от аккумулятора, и на практике аккумулятор покажется "разряженным" раньше обычного. Существуют данные, что история об эффекте памяти возникла в связи с орбитальными спутниками, где аккумуляторы подвергались аналогичным циклам заряда и разряда на каждой орбите вокруг Земли в течение нескольких лет. По истечении этого времени было обнаружено, что емкость аккумуляторов значительно уменьшилась, но они все еще оставались пригодными для использования. Маловероятно, что такая точная повторяемость циклов зарядки (например, 1000 циклов зарядки/разрядки с отклонением менее 2%) может быть достигнута обычными пользователями бытовой техники. Первоначальная научная статья, описывающая эффект памяти, была написана учеными компании GE в их отделе по производству аккумуляторов в Гейнсвилле, штат Флорида, и впоследствии была ими отозвана, но репутация уже была испорчена. Аккумулятор выдерживает тысячи циклов зарядки/разрядки. Также можно уменьшить проявление эффекта памяти, полностью разряжая аккумулятор примерно раз в месяц. Это, по-видимому, предотвращает "запоминание" аккумулятором определенной точки в цикле зарядки. Эффект, имеющий схожие симптомы с эффектом памяти, – так называемое падение напряжения или "ленивый" эффект аккумулятора. Он возникает из-за повторной перезарядки; признаком является то, что аккумулятор кажется полностью заряженным, но быстро разряжается после непродолжительного использования. В редких случаях значительная часть потерянной емкости может быть восстановлена несколькими глубокими циклами разряда, функцией, часто предусмотренной в автоматических зарядных устройствах. Однако этот процесс может сократить срок хранения аккумулятора. При правильном уходе никель-кадмиевый аккумулятор может прослужить 1000 циклов и более, прежде чем его емкость упадет ниже половины первоначальной. Многие домашние зарядные устройства заявляют, что являются "умными" и автоматически отключаются, чтобы не повредить аккумулятор, но это, похоже, распространенная проблема.

Ni–Cd batteries may suffer from a "memory effect" if they are discharged and recharged to the same state of charge hundreds of times. The apparent symptom is that the battery "remembers" the point in its discharge cycle where recharging began and during subsequent use suffers a sudden drop in voltage at that point, as if the battery had been discharged. The capacity of the battery is not actually reduced substantially. Some electronics designed to be powered by Ni–Cd batteries are able to withstand this reduced voltage long enough for the voltage to return to normal. However, if the device is unable to operate through this period of decreased voltage, it will be unable to get enough energy out of the battery, and for all practical purposes, the battery appears "dead" earlier than normal. There is evidence that the memory effect story originated from orbiting satellites, where they were similarly charging and discharging with every orbit around the Earth over a period of several years. After this time, it was found that the capacities of the batteries had declined significantly, but were still fit for use. It is unlikely that this precise repetitive charging (for example, 1,000 charges/discharges with less than 2% variability) could ever be reproduced by individuals using electrical goods. The original paper describing the memory effect was written by GE scientists at their Battery Business Department in Gainesville, Florida, and later retracted by them, but the damage was done. The battery survives thousands of charges/discharges cycles. Also it is possible to lower the memory effect by discharging the battery completely about once a month. This way apparently the battery does not "remember" the point in its charge cycle. An effect with similar symptoms to the memory effect is the so called voltage depression or lazy battery effect. This results from repeated overcharging; the symptom is that the battery appears to be fully charged but discharges quickly after only a brief period of operation. In rare cases, much of the lost capacity can be recovered by a few deep discharge cycles, a function often provided by automatic battery chargers. However, this process may reduce the shelf life of the battery. If treated well, a Ni–Cd battery can last for 1,000 cycles or more before its capacity drops below half its original capacity. Many home chargers claim to be "smart chargers" which will shut down and not damage the battery, but this seems to be a common problem.

Влияние на окружающую среду

Никель-кадмиевые аккумуляторы содержат от 6% (для промышленных аккумуляторов) до 18% (для коммерческих аккумуляторов) кадмия, который является токсичным тяжелым металлом и поэтому требует особой осторожности при утилизации. В Соединенных Штатах ожидаемые затраты на переработку аккумуляторов (для обеспечения надлежащей утилизации по окончании срока службы) уже включены в цену покупки аккумулятора. В соответствии с так называемой "Директивой о батареях" (2006/66/EC) продажа потребительских никель-кадмиевых аккумуляторов в настоящее время запрещена в Европейском Союзе, за исключением использования в медицинских целях, системах сигнализации, аварийном освещении и портативном электроинструменте. Запрет на последнюю категорию вступил в силу в 2016 году. В соответствии с той же директивой ЕС, использованные промышленные никель-кадмиевые аккумуляторы должны собираться их производителями для переработки на специализированных предприятиях.