Kas NiCd akud on samad, mis NiMH?
--------------------------------------------
Sissejuhatus:
-----------------
Tänapäeval elame maailmas, mis sõltub suuresti kaasaskantavatest elektroonikaseadmetest. Nutitelefonidest sülearvutiteni on need vidinad muutunud meie igapäevaelu lahutamatuks osaks. Ja nende seadmete toiteks on patareid. Erinevat tüüpi akude hulgast on nikkel-kaadmium (NiCd) ja nikkel-metallhüdriid (NiMH) akud üsna populaarsed. Vaatamata nende keemilistele ja rakenduslikele sarnasustele on NiCd ja NiMH akudel siiski mõned selged erinevused. Selles artiklis uurime NiCd- ja NiMH-akude sarnasusi ja erinevusi, selgitades nende keemiat, jõudlust, ohutuskaalutlusi ja keskkonnamõju.
Keemia:
------------------------------
Nii NiCd kui NiMH akud on taaslaetavad ja kuuluvad samasse akude klassi, mida nimetatakse niklipõhisteks akudeks. Nende aluseks olev keemia on aga erinev.
1. Nikkel-kaadmium (NiCd) akud:
NiCd akud kasutavad negatiivse elektroodina (anoodina) kaadmiumi (Cd) ja positiivse elektroodina (katoodina) nikkeloksühüdroksiidi (NiOOH). Elektrolüüdiks kasutatakse tavaliselt kaaliumhüdroksiidi (KOH). Tühjenemise ajal oksüdeerub kaadmium anoodil, nikkeloksühüdroksiid aga redutseerub katoodil. See pöörduv elektrokeemiline reaktsioon toidab akut.
2. Nikkel-metallhüdriid (NiMH) akud:
NiMH akud seevastu kasutavad negatiivse elektroodina vesinikku neelavat sulamit ja positiivse elektroodina nikkeloksühüdroksiidi. Vesinikku neelav sulam suudab salvestada suurema koguse energiat kui kaadmium. Tühjenemise ajal eraldub sulamist vesinik, mis seejärel migreerub positiivsele elektroodile ja ühineb nikkeloksühüdroksiidiga. Selle tulemuseks on vee teke ja elektrienergia vabanemine.
Toimivus:
----------------------------
Toimivuse osas on NiCd ja NiMH akudel mõned märgatavad erinevused:
1. Maht:
NiMH akud on üldiselt suurema mahutavusega kui NiCd akud. See tähendab, et nad suudavad salvestada rohkem energiat ja pakkuda pikemat tööaega. Näiteks NiMH aku mahutavus võib olla 2000 mAh, samas kui sama suurusega NiCd aku mahutavus võib olla vaid 1000 mAh.
2. Mäluefekt:
NiCd akud on altid mäluefektile, nähtusele, kus aku "mäletab" oma tühjenemist ja kaotab järk-järgult oma mahu. See mäluefekt ilmneb siis, kui NiCd akut laaditakse korduvalt pärast seda, kui see on osaliselt tühjenenud. Teisest küljest mõjutab mäluefekt NiMH-akusid vähem. Siiski on oluline märkida, et mäluefekti saab minimeerida või kõrvaldada, kui NiCd akusid perioodiliselt täielikult tühjendada ja uuesti laadida.
3. Isetühjenemine:
NiCd akudel on suurem isetühjenemise kiirus võrreldes NiMH akudega. Isetühjenemine on protsess, mille käigus aku kaotab aja jooksul oma laetuse isegi ilma seda kasutamata. NiCd akud võivad esimese 24 passiivsuse tunniga kaotada kuni 20% oma mahust. NiMH-akudel on madalam isetühjenemise määr, tavaliselt umbes 10-15% kuus.
4. Laadimine:
NiCd akusid saab laadida kiiremini kui NiMH akusid. Nad taluvad kiiret laadimist ja neid saab täis laadida mõne tunni jooksul. NiMH-akud nõuavad seevastu aeglasemat laadimiskiirust, et vältida ülekuumenemist ja võimalikke kahjustusi. NiMH aku laadimine võtab tavaliselt kauem aega kui NiCd.
5. Pinge:
Nii NiCd kui NiMH akude nimipinge on 1,2 volti elemendi kohta. See pinge jääb suhteliselt konstantseks suurema osa tühjendustsüklist. Mõnel juhul võib NiMH akude pinge olla veidi kõrgem, umbes 1,25 volti.
Ohutuskaalutlused:
-------------------------------
Ohutus on akude puhul esmatähtis. Kuigi NiCd- ja NiMH-akud on üldiselt ohutud, kui neid õigesti kasutada, tuleb meeles pidada mõnda ohutuskaalutlust.
1. Toksilisus:
NiCd akud sisaldavad toksilist kaadmiumi, mis põhjustab olulisi tervise- ja keskkonnariske, kui neid ei käsitseta ega utiliseerita õigesti. Kaadmium on teadaolevalt kantserogeen ja võib saastada pinnast ja vett, kui patareisid ei võeta ümber ega kõrvaldata õigesti. NiMH akud seevastu ei sisalda toksilisi elemente ja neid peetakse keskkonna seisukohast ohutumaks.
2. Ülelaadimine:
Nii NiCd kui NiMH akud võivad ülelaadimisel kahjustuda. Ülelaadimine võib põhjustada liigset soojuse teket, elektrolüütide leket ja isegi elemendi purunemist. Ülelaadimise vältimiseks on oluline kasutada korralikku laadimissüsteemi, mis katkestab laadimisvoolu, kui aku saavutab täisvõimsuse.
3. Termiline põgenemine:
Harvadel juhtudel võivad NiCd-akud kogeda kuumust. See juhtub siis, kui laadimise või tühjenemise ajal tekkiv soojus ei haju korralikult, mis põhjustab temperatuuri tõusu. Termiline ärajooksmine võib põhjustada elementide õhutamist, leket ja äärmuslikel juhtudel aku plahvatuse. NiMH akudel on NiCd akudega võrreldes väiksem risk termiliselt põgeneda.
Keskkonnamõju:
-----------------
Akude keskkonnamõju tekitab üha suuremat muret. NiCd- ja NiMH-akude keskkonnamõju võrreldakse järgmiselt.
1. Kaadmium:
Nagu varem mainitud, sisaldavad NiCd akud kaadmiumi, mürgist raskemetalli. NiCd akude ebaõige utiliseerimine võib põhjustada kaadmiumi saastumist prügilates ning kujutada endast märkimisväärset ohtu keskkonnale ja inimeste tervisele. Nende riskide maandamiseks on paljud riigid rakendanud eeskirju NiCd akude nõuetekohase kogumise, ringlussevõtu ja kõrvaldamise kohta.
2. Nikkel:
Nii NiCd kui ka NiMH akud sisaldavad niklit, teist raskemetalli. Kuigi nikkel ei ole nii mürgine kui kaadmium, võib selle ekstraheerimine ja töötlemine avaldada kahjulikku keskkonnamõju. Kuid NiMH akud sisaldavad tavaliselt vähem niklit kui NiCd akud. Lisaks muudab NiMH akude taaslaetavus ja pikem eluiga need keskkonnasõbralikumaks valikuks võrreldes ühekordselt kasutatavate leelispatareidega.
3. Taaskasutus:
Ringlussevõtt on akude keskkonnamõju minimeerimiseks ülioluline. NiCd akusid on võrreldes NiMH akudega suhteliselt lihtsam taaskasutada, kuna need sisaldavad mürgist kaadmiumi. Tehnoloogia areng on aga võimaldanud välja töötada tõhusad ringlussevõtu protsessid nii NiCd kui ka NiMH akude jaoks. Ringlussevõtt aitab taastada väärtuslikke materjale ja vähendab vajadust uute ressursside kaevandamiseks.
Järeldus:
-----------------
Kokkuvõtteks võib öelda, et kuigi NiCd- ja NiMH-akudel on ühised omadused, nagu taaslaetavad niklipõhised akud, erinevad need oluliselt oma keemilise koostise, jõudluse, ohutuskaalutluste ja keskkonnamõju poolest. NiMH akud pakuvad üldiselt suuremat mahtuvust, väiksemat mäluefekti ja väiksemat isetühjenemist võrreldes NiCd akudega. Kuid NiCd akud taluvad kiiret laadimist ja neil on kõrgem pinge. Ohutuse seisukohalt sisaldavad NiCd-akud mürgist kaadmiumi, samas kui NiMH-akusid peetakse ohutumaks ja neil on väiksem termilise äravoolu oht. Keskkonnamõju osas on mõlemal akutüübil teatud väljakutsed, kuid nõuetekohane ringlussevõtt ja kõrvaldamine võib neid mõjusid leevendada. Lõppkokkuvõttes sõltub valik NiCd ja NiMH akude vahel rakenduse spetsiifilistest nõuetest, võttes arvesse selliseid tegureid nagu võimsus, laadimiskiirus, keskkonnakaalutlused ja ohutus.