ニッケル・カドミウム電池(ニッカド電池)の構成と反応、特徴

ニッケル・カドミウム(ニッカド)電池の特徴と反応

 

ニッケル・カドミウム電池(二カド電池、ニッカド電池)は、電動工具やシェーバ-等比較的大きな出力が必要とされる製品に使用されている、一般的な二次電池です。

 

こちらのページでは、

 

・ニッケル・カドミウム電池の構成と反応

 

・ニッケル・カドミウム電池の特徴

 

・ニッケル・カドミウム電池を使用する際の注意点

 

にというテーマで解説しています。

 

 

ニッケル・カドミウム電池の構成と反応

ニッケル・カドミウム電池は繰り返し充電可能な二次電池に分類されます。

 

ニッケル・カドミウム電池の構成する材料は以下の通りです。

 

使用材料

 

正極
・正極活物質:オキシ水酸化ニッケル(β-NiOOH)
 (ニッケル・水素電池と同じ

 

負極
・負極活物質:カドミウム(Cd)
 (Cdは生物にとって有害な物質であるため、徐々に生産が少なくなり、ニッケル・水素電池等他の電池への置き換えが進んでいます)

 

セパレータ
・セパレータ:紙セパ(不織布)

 

電解液
・電解液溶媒:水
・電解質:水酸化カリウム(KOH)
ニッケル・水素電池と同じ

 

を使用しています。

 

 

ニッケル・カドミウム電池の構成と反応

 

上述の材料を組み合わせたニッケル・カドミウム電池の構成は以下の通りです。

 

 

 

電子エネルギーが高い位置(標準電極電位が関係しています)にある負極のカドミウム(Cd)側から外部負荷回路を通り電子が移動、正極のオキシ水酸化ニッケルと電解液中の水(H2O)が反応し、Ni(OH)2へ還元されます(正極は別名:カソード、負極は別名:アノードとも呼ばれます)。

 

反応式は以下の通りです。

 

 

 

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ニッケル・カドミウム電池の特徴

 

ニッケル・カドミウム電池の特徴は以下の通りです。

 

おおよその電池の各パラメータは以下の通りです。

 

各パラメータ

 

・公称電圧:1.2V(ニッケル水素電池と同等)

 

・実際の容量(単3電池の場合):500~1500mAh程度(電池によります)

 

・実際の質量エネルギー密度:40~60 Wh/kg程度

 

・実際の体積エネルギー密度:50~200 Wh/L程度

 

・形状:円筒系がメイン

 

 

また、特徴は以下が挙げられます。

 

特徴(メリット)
・エネルギー密度が高い(マンガン乾電池やアルカリマンガン乾電池と同等以上)
(ただし、リチウムイオン電池よりは低い)

 

・乾電池よりもレート特性が高く(急速の充電、放電が可能)、また二次電池であるため繰り返し使用することが可能

 

・サイクル寿命は1000~2000回ほどと容量維持率が高い

 

・リチウムイオン電池と比べ、発火の危険性が少なく安全性が高い。
 また、過充電、過放電に強い
 (例えば過充電時正極で酸素が発生しますが、負極でその分消費され、熱暴走に至らない)。

 

 

特徴(デメリット)
 
メモリー効果が大きい

 

・公称電圧(1.2V)が乾電池(1.5V)よりも低い ※ちなみにリチウムイオン電池では3.7V程度

 

・自己放電が比較的大きい(月数%~10%程度、電池、温度等によります)。そのため、時計などの小電力で長時間使用する用途には不向きと言えます。

 

ニッケル・水素電池と同様のことがメリット、デメリットとして挙げられますが、環境負荷問題からカドミウムの使用が避けられる方向にあり、ニッケル・カドミウム電池の生産量は徐々に減りつつあります

 

つまり、カドミウムの使用が最大のデメリットと言えるでしょう。

 

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ニッケル・カドミウム電池を使用する際の注意点

こちらもニッケル・水素電池と同様の内容となりますが、記載させていただきますね。

 

注意点としては以下のようなことが挙げられます。

 

メモリー効果があるため、浅い充電(DODが低い充電)の繰り返しは避け、なるべく使い切って、満充電にして使用しましょう

 

・いくつかの電池を使用する場合、古い電池と新しい電池を同時に使用しないようにしましょう(劣化により容量内部抵抗の違いから電池が過放電状態になり危険な場合があります)。

 

廃棄時はきちんとルールに従い廃棄していきましょう

 

最近事故などの安全性の面でも注目を浴びているリチウムイオン電池のように破裂・発火まで起こるような危険性はないですが、きちんんと注意点を守り、使用していきましょうね。

 

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