リチウムイオン対NiCad

リチウムイオン (またはLi-ion )バッテリーはサイズが小さく、メンテナンスが少なく、 ニッケルカドミウムNiCadNiCdまたはNi-Cdとも呼ばれます)バッテリーよりも環境的に安全です。 Li-ionバッテリーとNiCdバッテリーは類似していますが、化学組成、環境への影響、用途、コストが異なります。

比較表

リチウムイオンとNiCadの比較表
リチウムイオン NiCad
比出力〜250-〜340 W / kg1800mha
メモリ効果メモリ効果に悩まされないメモリ効果に苦しむ

電気化学

ニッケル-カドミウム電池は、陽極(陰極)にカドミウム、陰極(陽極)にオキシ水酸化ニッケル、電解質として水酸化カリウム水溶液を使用します。

リチウムイオン電池は、アノードとしてグラファイト、カソードとして酸化リチウム、電解質としてリチウム塩を使用します。 リチウムイオンは、放電中に負極から正極に移動し、充電時に戻ります。 リチウムイオン電気化学セルは、使い捨てリチウム一次電池とは異なり、金属リチウムの代わりに挿入リチウム化合物を電極材料として使用します。

環境への影響

NiCadバッテリーには、6%(工業用バッテリー)から18%(消費者用バッテリー)のカドミウムが含まれています。カドミウムは有毒な重金属であるため、バッテリーの廃棄時には特別な注意が必要です。 連邦政府はそれを有害廃棄物として分類しています。 米国では、バッテリー価格の一部は、その耐用年数の終了時に適切に処分されるための料金です。

リチウムイオン電池のコンポーネントは環境に安全です。リチウムは無害な廃棄物です。

費用

リチウムイオン電池は、電圧と電流を監視するための追加の保護回路により、製造コストが約40%高くなります。

操作とパフォーマンス

ニッケルカドミウム電池の最大の欠点は、放電して同じ充電状態に数回再充電すると「メモリー効果」が生じることです。 バッテリーは、充電サイクルの中で充電が開始されたポイントを「記憶」しており、その後の使用中に、バッテリーが放電したかのようにそのポイントで電圧が突然低下します。 ただし、バッテリーの容量は大幅に減少しません。 一部の電子機器は、電圧が正常に戻るのに十分な時間、この低下した電圧に耐えるように特に設計されています。 ただし、一部のデバイスはこの電圧低下の期間中は動作できず、バッテリーは通常よりも早く「死んでいる」ように見えます。

電圧低下または遅延バッテリー効果と呼ばれる同様の効果は、過充電が繰り返されることで発生します。 この例では、バッテリーは完全に充電されているように見えますが、短時間の操作ですぐに放電します。 ニッケルカドミウム電池は、適切に処理されれば、容量が元の容量の半分を下回るまで1, 000サイクル以上持続します。

別の問題は逆充電です。これは、ユーザーによるエラー、またはいくつかのセルのバッテリーが完全に放電したときに発生します。 逆充電はバッテリー寿命を縮める可能性があります。 逆充電の副産物は水素ガスであり、危険な場合があります。

定期的に使用しない場合、樹状突起はNiCadバッテリーで発生する傾向があります。 樹状突起は、電極間のセパレータ膜を貫通する可能性のある薄い導電性結晶です。 これは、内部短絡と早期故障につながります。

リチウムイオン電池はメンテナンスが簡単です。 「メモリ効果」を生じることなく完全に放電する前に再充電でき、より広い温度範囲で動作します。 Ni-Cdと比較すると、リチウムイオンの自己放電は半分未満であり、最新の残量計アプリケーションに適しています。 唯一の欠点は、リチウムイオン電池が壊れやすく、安全な動作を維持するために保護回路が必要なことです。 保護回路は各パックに組み込まれており、充電中の各セルのピーク電圧を制限し、放電時にセル電圧が低くなりすぎるのを防ぎます。 極端な温度を防ぐために、セルの温度も監視されます。

サイズと種類

Ni-Cd電池は、アルカリ電池と同じサイズのAAAからD、およびいくつかのマルチセルサイズで入手できます。 シングルセルに加えて、最大300セルのパックで提供されており、一般に自動車および大型産業用アプリケーションで使用されています。 ポータブルアプリケーションの場合、セルの数は18セル未満です。 NiCdバッテリーには、密閉型と通気型の2種類があります。

リチウムイオン電池は、ニッケルカドミウム電池よりも小さく、軽く、より多くのエネルギーを提供します。 また、4種類の形式でさまざまな形状とサイズを利用できます。

  • 小型の円筒形(ラップトップのバッテリーで使用されるような、端子のない固体)
  • 大型の円筒形(大きなねじ端子付きの固体)
  • ポーチ(携帯電話で使用されているようなソフトで平らな本体)
  • 角柱(車両のトラクションパックでよく使用される、大きなネジ端子を備えた半硬質プラスチックケース)

ケースがないため、ポーチセルのエネルギー密度は最も高くなります。 ただし、充電状態(SOC)レベルが高い場合に拡張を防ぐには、何らかの外部形式の封じ込めが必要です。

用途

NiCadバッテリーは、バッテリーパックに組み立てるか、個別に使用できます。 小型で小型のセルは、懐中電灯、ポータブル電子機器、カメラ、玩具で使用できます。 比較的低い内部抵抗で高いサージ電流を供給できるため、遠隔操作の電気模型の飛行機、ボート、車、コードレス電動工具、カメラフラッシュユニットに適しています。 大型のセルは、航空機の始動バッテリー、電気自動車、および待機電力に使用されます。

高エネルギー密度、メモリ効果なし、使用していないときの遅い電荷損失などの品質を備えたリチウムイオン電池は、民生用電子機器の最も一般的な選択肢です。 また、軍用、電気自動車、および航空宇宙アプリケーションでも人気が高まっています。

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