بطارية نيكل-كادميوم

بطارية النيكل -كادميوم ( بطارية Ni-Cd أو بطارية NiCad ) هي نوع من البطاريات القابلة لإعادة الشحن، تستخدم أكسيد هيدروكسيد النيكل والكادميوم المعدني كأقطاب كهربائية. يُشتق الاختصار Ni-Cd من الرموز الكيميائية للنيكل ( Ni ) والكادميوم ( Cd ) . أما الاختصار NiCad فهو علامة تجارية مسجلة لشركة SAFT Corporation ، على الرغم من أن هذا الاسم التجاري يُستخدم عادةً لوصف جميع بطاريات Ni-Cd.

اخترعت بطاريات النيكل-كادميوم ذات الخلايا الرطبة عام ١٨٩٩. تتميز هذه البطاريات بجهد طرفي يبلغ حوالي ١.٢ فولت أثناء التفريغ، وينخفض ​​هذا الجهد بشكل طفيف حتى قرب نهاية عملية التفريغ. وتبلغ أقصى قوة دافعة كهربائية تُنتجها خلية النيكل-كادميوم ١.٣  فولت. تُصنع بطاريات النيكل-كادميوم بأحجام وسعات متنوعة، بدءًا من الأنواع المحمولة المغلقة القابلة للتبديل مع خلايا الكربون-زنك الجافة، وصولًا إلى الخلايا الكبيرة ذات التهوية المستخدمة لتوفير الطاقة الاحتياطية والطاقة المحركة. بالمقارنة مع أنواع الخلايا القابلة لإعادة الشحن الأخرى، تتميز هذه البطاريات بعمر دورة جيد وأداء ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة مع سعة معقولة، ولكن ميزتها الأهم هي قدرتها على توفير سعتها المقدرة بالكامل تقريبًا بمعدلات تفريغ عالية (التفريغ في ساعة أو أقل). مع ذلك، فإن مواد تصنيعها أغلى من مواد تصنيع بطاريات الرصاص الحمضية ، كما أن معدلات التفريغ الذاتي لهذه الخلايا عالية.

كانت خلايا النيكل-كادميوم المغلقة تُستخدم على نطاق واسع في الأدوات الكهربائية المحمولة، ومعدات التصوير، والمصابيح اليدوية ، وإضاءة الطوارئ، وطائرات التحكم عن بُعد ، والأجهزة الإلكترونية المحمولة. إلا أن السعة الفائقة لبطاريات هيدريد النيكل المعدني ، وانخفاض تكلفتها مؤخرًا، قد حلّت محل استخدام خلايا النيكل-كادميوم إلى حد كبير. علاوة على ذلك، ساهم الأثر البيئي للتخلص من معدن الكادميوم السام بشكل كبير في الحد من استخدامها. في الاتحاد الأوروبي، لا يُمكن الآن توفير بطاريات النيكل-كادميوم إلا لأغراض الاستبدال أو لأنواع معينة من المعدات الجديدة، مثل الأجهزة الطبية. ^{[ 2 ]}

تُستخدم بطاريات النيكل والكادميوم ذات الخلايا الرطبة الأكبر حجماً والمزودة بتهوية في إضاءة الطوارئ، والطاقة الاحتياطية، ومصادر الطاقة غير المنقطعة، وغيرها من التطبيقات.

ابتكر السويدي فالديمار يونغر أول بطارية نيكل-كادميوم عام 1899. في ذلك الوقت، كان المنافس المباشر الوحيد هو بطارية الرصاص الحمضية ، التي كانت أقل متانة من الناحية الفيزيائية والكيميائية. مع إدخال تحسينات طفيفة على النماذج الأولية، ارتفعت كثافة الطاقة بسرعة إلى حوالي نصف كثافة البطاريات الأولية، وأعلى بكثير من بطاريات الرصاص الحمضية. جرب يونغر استبدال الحديد بالكادميوم بكميات متفاوتة، لكنه وجد أن تركيبات الحديد غير كافية. لم يكن عمل يونغر معروفًا على نطاق واسع في الولايات المتحدة. حصل توماس إديسون على براءة اختراع لبطارية نيكل- أو كوبالت-كادميوم عام 1902، ^{[ 3 ]} وقام بتعديل تصميم البطارية عندما قدم بطارية نيكل-حديد إلى الولايات المتحدة بعد عامين من قيام يونغر ببناء واحدة. في عام 1906، أنشأ يونغر مصنعًا بالقرب من أوسكارشامن، السويد، لإنتاج بطاريات نيكل-كادميوم ذات تصميم سائل.

في عام 1932، تم ترسيب المواد النشطة داخل قطب كهربائي مسامي مطلي بالنيكل، وبعد خمسة عشر عامًا بدأ العمل على بطارية نيكل-كادميوم محكمة الإغلاق.

بدأ الإنتاج الأول لهذه البطاريات في الولايات المتحدة عام ١٩٤٦. وحتى ذلك الحين، كانت البطاريات من النوع "الجيب"، مصنوعة من جيوب فولاذية مطلية بالنيكل تحتوي على مواد فعالة من النيكل والكادميوم . وفي منتصف القرن العشرين تقريبًا، ازدادت شعبية بطاريات النيكل-كادميوم ذات الألواح المتلبدة . وتُصنع هذه الألواح عن طريق صهر مسحوق النيكل عند درجة حرارة أقل بكثير من درجة انصهاره باستخدام ضغوط عالية. وتتميز هذه الألواح بمسامية عالية، تصل إلى حوالي ٨٠٪ من حجمها. ويتم إنتاج الألواح الموجبة والسالبة عن طريق نقع ألواح النيكل في مواد فعالة من النيكل والكادميوم، على التوالي. وعادةً ما تكون الألواح المتلبدة أرق بكثير من بطاريات النوع الجيب، مما ينتج عنه مساحة سطح أكبر لكل وحدة حجم وتيارات أعلى. وبشكل عام، كلما زادت مساحة سطح المادة الفعالة في البطارية، انخفضت مقاومتها الداخلية .

منذ العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، تستخدم جميع بطاريات النيكل والكادميوم الاستهلاكية تصميم اللفائف الحلزونية .

يختلف معدل التفريغ الأقصى لبطارية النيكل-كادميوم باختلاف حجمها. ففي بطارية بحجم AA الشائعة ، يبلغ معدل التفريغ الأقصى حوالي 1.8  أمبير؛ أما في بطارية بحجم D ، فقد يصل معدل التفريغ إلى 3.5  أمبير.

يستخدم صانعو نماذج الطائرات والقوارب عادةً تيارات كهربائية أعلى بكثير، تصل إلى مئة أمبير تقريبًا، من بطاريات نيكل-كادميوم مصممة خصيصًا لتشغيل المحركات الرئيسية. ويمكن تشغيل النموذج لمدة 5-6 دقائق بسهولة باستخدام بطاريات صغيرة نسبيًا، مما يحقق نسبة طاقة إلى وزن عالية نسبيًا، تُضاهي محركات الاحتراق الداخلي ، وإن كانت مدة التشغيل أقصر. إلا أن بطاريات الليثيوم بوليمر (LiPo) وبطاريات فوسفات حديد الليثيوم (LiFe) قد حلت محلها إلى حد كبير ، إذ توفر كثافة طاقة أعلى.

تحتوي خلية النيكل-كادميوم المشحونة بالكامل على:

• صفيحة قطب موجب من أكسيد وهيدروكسيد النيكل (III )
• صفيحة قطب كهربائي سالب من الكادميوم
• فاصل ، و
• إلكتروليت قلوي ( هيدروكسيد البوتاسيوم ) .

تتكون بطاريات النيكل-كادميوم عادةً من غلاف معدني مزود بلوحة مانعة للتسرب وصمام أمان ذاتي الإغلاق . يتم لف لوحي القطب الموجب والسالب، المعزولين عن بعضهما بواسطة فاصل، بشكل حلزوني داخل الغلاف. يُعرف هذا التصميم باسم تصميم اللفائف الحلزونية، وهو يسمح لخلية النيكل-كادميوم بتوفير تيار أقصى أعلى بكثير من خلية قلوية مكافئة الحجم. أما الخلايا القلوية، فتعتمد على تصميم البكرة، حيث يُملأ غلاف الخلية بالإلكتروليت ويحتوي على قضيب من الجرافيت يعمل كقطب موجب. ونظرًا لأن مساحة صغيرة نسبيًا من القطب تكون على اتصال بالإلكتروليت (مقارنةً بتصميم اللفائف الحلزونية)، فإن المقاومة الداخلية للخلية القلوية المكافئة الحجم تكون أعلى، مما يحد من التيار الأقصى الذي يمكن توفيره.

التفاعلات الكيميائية التي تحدث عند قطب الكادميوم أثناء التفريغ هي:

${\displaystyle {\ce {Cd + 2OH^- -> Cd(OH)2 + 2e^-}}}$

التفاعلات التي تحدث عند قطب أكسيد النيكل هي:

${\displaystyle {\ce {2NiO(OH) + 2H2O + 2e^- -> 2Ni(OH)2 + 2OH^-}}}$

رد الفعل الصافي أثناء التفريغ هو

${\displaystyle {\ce {Cd + 2NiO(OH) -> Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2.}}}$

أثناء إعادة الشحن، تسير التفاعلات من اليمين إلى اليسار. لا يُستهلك الإلكتروليت القلوي (عادةً هيدروكسيد البوتاسيوم) في هذا التفاعل، وبالتالي فإن كثافته النوعية ، على عكس بطاريات الرصاص الحمضية، لا تُعد مؤشرًا على حالة شحنها.

عندما صنع يونغر أولى بطاريات النيكل-كادميوم، استخدم أكسيد النيكل في القطب الموجب، ومواد الحديد والكادميوم في القطب السالب. ولم يُستخدم معدن الكادميوم النقي وهيدروكسيد النيكل إلا لاحقًا . وحتى عام 1960 تقريبًا، لم يكن التفاعل الكيميائي مفهومًا تمامًا، وكثرت التكهنات حول نواتج التفاعل. حُسم الجدل أخيرًا بواسطة مطيافية الأشعة تحت الحمراء ، التي كشفت عن وجود هيدروكسيد الكادميوم وهيدروكسيد النيكل.

من بين التعديلات التاريخية الهامة الأخرى على خلية النيكل-كادميوم الأساسية إضافة هيدروكسيد الليثيوم إلى محلول هيدروكسيد البوتاسيوم الإلكتروليتي. كان يُعتقد أن هذه الإضافة تُطيل عمر الخلية بجعلها أكثر مقاومة للتلف الكهربائي. إلا أن بطارية النيكل-كادميوم في شكلها الحديث تتمتع بمقاومة عالية جدًا للتلف الكهربائي، لذا تم التخلي عن هذه الممارسة.

تُستخدم الخلايا المغمورة الأكبر حجماً في بطاريات بدء تشغيل الطائرات ، والطاقة الاحتياطية ، وبشكل هامشي في المركبات الكهربائية .

تُستخدم بطاريات النيكل-كادميوم ذات الخلايا المُهواة ( الخلايا الرطبة ، الخلايا المغمورة ) عند الحاجة إلى سعات كبيرة ومعدلات تفريغ عالية. على عكس خلايا النيكل-كادميوم التقليدية المغلقة (انظر القسم التالي)، تحتوي الخلايا المُهواة على صمام تهوية أو صمام لتخفيف الضغط المنخفض ، يُطلق غازات الأكسجين والهيدروجين المتولدة عند الشحن الزائد أو التفريغ السريع. ولأن البطارية ليست وعاء ضغط ، فهي أكثر أمانًا، وأخف وزنًا، وأبسط تصميمًا وأكثر اقتصادية. وهذا يعني أيضًا أن البطارية لا تتضرر عادةً من معدلات الشحن الزائد أو التفريغ المفرط أو حتى الشحن السالب.

تُستخدم هذه البطاريات في الطيران والسكك الحديدية والنقل الجماعي، وتوفير الطاقة الاحتياطية للاتصالات، وتشغيل محركات التوربينات الاحتياطية، وغيرها. ويؤدي استخدام بطاريات النيكل والكادميوم ذات الخلايا المُهواة إلى تقليل الحجم والوزن ومتطلبات الصيانة مقارنةً بأنواع البطاريات الأخرى. تتميز هذه البطاريات بعمرها الطويل (يصل إلى 20 عامًا أو أكثر، حسب النوع) وقدرتها على العمل في درجات حرارة قصوى (من -40 إلى 70  درجة مئوية).

يحتوي صندوق بطارية فولاذي على خلايا موصولة على التوالي للحصول على الجهد المطلوب (1.2  فولت اسميًا لكل خلية). تُصنع الخلايا عادةً من مادة البولي أميد ( النايلون ) الخفيفة والمتينة، مع عدة صفائح من النيكل والكادميوم ملحومة معًا لكل قطب كهربائي داخلي. يعمل فاصل أو بطانة مصنوعة من مطاط السيليكون كعازل وحاجز غازي بين الأقطاب الكهربائية. تُغمر الخلايا بمحلول إلكتروليتي من محلول مائي بنسبة 30% من هيدروكسيد البوتاسيوم ( KOH ). لا تُشير الكثافة النوعية للمحلول الإلكتروليتي إلى ما إذا كانت البطارية مُفرغة أو مشحونة بالكامل، ولكنها تتغير بشكل رئيسي مع تبخر الماء. يحتوي الجزء العلوي من الخلية على مساحة للمحلول الإلكتروليتي الزائد وفتحة لتفريغ الضغط. تضمن المسامير النحاسية الكبيرة المطلية بالنيكل والوصلات السميكة المتصلة الحد الأدنى من المقاومة التسلسلية المكافئة للبطارية.

يعني تسرب الغازات أن البطارية إما تُفرغ بمعدل عالٍ أو تُشحن بمعدل أعلى من المعدل الطبيعي. وهذا يعني أيضاً ضرورة استبدال الإلكتروليت المفقود أثناء التسرب بشكل دوري من خلال الصيانة الروتينية. وبحسب دورات الشحن والتفريغ ونوع البطارية، قد تتراوح فترة الصيانة من بضعة أشهر إلى سنة.

يرتفع جهد الخلية المُهواة بسرعة في نهاية الشحن، مما يسمح باستخدام دوائر شحن بسيطة للغاية. عادةً ما تُشحن البطارية بتيار ثابت بمعدل 1 CA حتى تصل جميع الخلايا إلى 1.55  فولت على الأقل. تليها دورة شحن أخرى بمعدل 0.1 CA، حتى تصل جميع الخلايا إلى 1.55  فولت. يُختتم الشحن بشحن معادلة أو شحن إضافي، عادةً لمدة لا تقل عن 4 ساعات بمعدل 0.1 CA. الغرض من الشحن الزائد هو طرد أكبر قدر ممكن (إن لم يكن كل) الغازات المتجمعة على الأقطاب، الهيدروجين على القطب السالب والأكسجين على القطب الموجب، ويتحد بعض هذه الغازات لتكوين الماء الذي بدوره سيرفع مستوى الإلكتروليت إلى أعلى مستوى له، وبعد ذلك يصبح من الآمن ضبط مستويات الإلكتروليت. أثناء الشحن الزائد أو الشحن الإضافي، سيتجاوز جهد الخلية 1.6  فولت ثم يبدأ في الانخفاض ببطء. يجب ألا يرتفع جهد أي خلية فوق 1.71  فولت (خلية جافة) أو ينخفض ​​عن 1.55  فولت (انكسار حاجز الغاز).

في أنظمة الطائرات الكهربائية المزودة ببطاريات عائمة، يُضبط جهد منظم الشحن لشحن البطارية بجهد ثابت (عادةً 14 أو 28  فولت). إذا تم ضبط هذا الجهد على قيمة عالية جدًا، فسيؤدي ذلك إلى فقدان سريع للإلكتروليت. قد يسمح منظم الشحن المعطل بارتفاع جهد الشحن إلى ما هو أعلى بكثير من هذه القيمة، مما يتسبب في شحن زائد هائل وغليان الإلكتروليت.

معظم الاستخدامات الموضحة أدناه معروضة لأغراض تاريخية، حيث تم استبدال بطاريات النيكل والكادميوم المغلقة (المحمولة) تدريجياً بخلايا الليثيوم أيون ذات الأداء الأعلى، وتم حظر طرحها في سوق الاتحاد الأوروبي، في معظمها، منذ عام 2006 بموجب توجيه الاتحاد الأوروبي بشأن البطاريات 2006/66/EC.

استُخدمت خلايا النيكل-كادميوم المغلقة بشكل فردي، أو جُمعت في حزم بطاريات تحتوي على خليتين أو أكثر. تُستخدم الخلايا الصغيرة في الأجهزة الإلكترونية المحمولة والألعاب (مثل مصابيح الحدائق الشمسية)، وغالبًا ما تُستخدم خلايا مُصنّعة بنفس أحجام الخلايا الأولية . عند استبدال الخلايا الأولية ببطاريات النيكل-كادميوم، قد يؤدي انخفاض جهد الطرف وسعة الأمبير-ساعة إلى تقليل الأداء مقارنةً بالخلايا الأولية. تُستخدم خلايا الأزرار المصغرة أحيانًا في معدات التصوير، والمصابيح اليدوية (الكشافات)، وذاكرة الكمبيوتر الاحتياطية، والألعاب، والمنتجات المبتكرة.

استُخدمت بطاريات النيكل والكادميوم المتخصصة في الهواتف اللاسلكية، وإضاءة الطوارئ، وغيرها من التطبيقات. وبفضل مقاومتها الداخلية المنخفضة نسبيًا ، يمكنها توفير تيارات عالية عند بدء التشغيل . وهذا ما يجعلها خيارًا مناسبًا للطائرات والقوارب والسيارات الكهربائية التي يتم التحكم فيها عن بُعد، بالإضافة إلى الأدوات الكهربائية اللاسلكية ووحدات فلاش الكاميرات.

أدت التطورات في تقنيات تصنيع البطاريات خلال النصف الثاني من القرن العشرين إلى انخفاض تكلفة إنتاجها بشكل ملحوظ. كما ازدادت شعبية الأجهزة التي تعمل بالبطاريات عمومًا. وبحلول عام 2000، بلغ الإنتاج السنوي لبطاريات النيكل والكادميوم حوالي 1.5 مليار بطارية. ^{[ 6 ]} وحتى منتصف التسعينيات، كانت بطاريات النيكل والكادميوم تستحوذ على الحصة الأكبر من سوق البطاريات القابلة لإعادة الشحن في الأجهزة الإلكترونية المنزلية.

في وقت من الأوقات، شكلت بطاريات النيكل والكادميوم 8% من إجمالي مبيعات البطاريات الثانوية المحمولة (القابلة لإعادة الشحن) في الاتحاد الأوروبي، و9.2% في المملكة المتحدة (للتخلص منها)، و1.3% في سويسرا من إجمالي مبيعات البطاريات المحمولة. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

في الاتحاد الأوروبي، قيّد توجيه البطاريات لعام 2006 مبيعات بطاريات النيكل والكادميوم للمستهلكين للأجهزة المحمولة.

تتوفر خلايا النيكل-كادميوم بنفس أحجام البطاريات القلوية ، من AAA إلى D، بالإضافة إلى أحجام متعددة للخلايا، بما في ذلك ما يعادل بطارية 9 فولت. تحمل خلية النيكل-كادميوم المفردة المشحونة بالكامل، بدون حمل، فرق جهد يتراوح بين 1.25 و1.35 فولت، والذي يبقى ثابتًا نسبيًا أثناء تفريغ البطارية. نظرًا لأن جهد البطارية القلوية عند اقترابها من التفريغ الكامل قد ينخفض ​​إلى 0.9 فولت، فإن خلايا النيكل-كادميوم والخلايا القلوية قابلة للتبديل عادةً في معظم التطبيقات.

إضافةً إلى البطاريات أحادية الخلية، توجد بطاريات تحتوي على ما يصل إلى 300 خلية (بجهد اسمي 360 فولت، وجهد فعلي يتراوح بين 380 و420 فولت في حالة عدم وجود حمل). يُستخدم هذا التصميم متعدد الخلايا في الغالب في السيارات والتطبيقات الصناعية الثقيلة. أما في التطبيقات المحمولة، فيكون عدد الخلايا عادةً أقل من 18 خلية (24  فولت). وتتوفر بطاريات سائلة صناعية بسعات تتراوح من 12.5  أمبير/ساعة إلى عدة مئات من الأمبير/ساعة.

أصبحت بطاريات النيكل-معدن الهيدريد وبطاريات الليثيوم أيون متوفرة تجاريًا وبأسعار أقل مؤخرًا ، حتى أن النوع الأول بات ينافس بطاريات النيكل-كادميوم في التكلفة. في التطبيقات التي تتطلب كثافة طاقة عالية، تُعتبر بطاريات النيكل-كادميوم أقل كفاءة من بطاريات النيكل-معدن الهيدريد وبطاريات الليثيوم أيون. مع ذلك، لا تزال بطارية النيكل-كادميوم مفيدة جدًا في التطبيقات التي تتطلب معدلات تفريغ عالية جدًا، لقدرتها على تحمل هذا التفريغ دون تلف أو فقدان في السعة.

بالمقارنة مع أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن الأخرى، تتمتع بطارية النيكل والكادميوم بعدد من المزايا الواضحة:

• تتميز هذه البطاريات بمقاومتها العالية للتلف مقارنةً بأنواع البطاريات الأخرى، إذ تتحمل التفريغ العميق لفترات طويلة. في الواقع، تُخزّن بطاريات النيكل والكادميوم عادةً وهي مُفرّغة تمامًا عند التخزين طويل الأمد. وهذا يختلف، على سبيل المثال، عن بطاريات الليثيوم أيون ، التي تُعدّ أقل استقرارًا وتتلف بشكل دائم إذا تم تفريغها إلى ما دون الحد الأدنى للجهد.
• تؤدي البطارية أداءً جيدًا للغاية في الظروف القاسية، وهي مثالية للاستخدام في الأدوات المحمولة.
• تدوم بطاريات النيكل والكادميوم عادةً لفترة أطول، من حيث عدد دورات الشحن/التفريغ، مقارنة بالبطاريات القابلة لإعادة الشحن الأخرى مثل بطاريات الرصاص الحمضية.
• تتميز بطاريات النيكل-كادميوم بكثافة طاقة أعلى بكثير مقارنةً ببطاريات الرصاص الحمضية . كما أنها أصغر حجمًا وأخف وزنًا من بطاريات الرصاص الحمضية المماثلة، ولكنها ليست ببطاريات النيكل-معدن الهيدريد أو الليثيوم أيون المماثلة. في الحالات التي يُعد فيها الحجم والوزن عاملين مهمين (مثل الطائرات)، تُفضّل بطاريات النيكل-كادميوم على بطاريات الرصاص الحمضية الأرخص سعرًا.
• في التطبيقات الاستهلاكية، تتنافس بطاريات النيكل-كادميوم مباشرةً مع البطاريات القلوية . تتميز خلية النيكل-كادميوم بسعة أقل من خلية قلوية مماثلة، كما أنها أغلى ثمناً. مع ذلك، ولأن التفاعل الكيميائي للبطارية القلوية غير قابل للانعكاس، فإن بطارية النيكل-كادميوم القابلة لإعادة الاستخدام تتمتع بعمر افتراضي أطول بكثير. وقد بُذلت محاولات لتطوير بطاريات قلوية قابلة لإعادة الشحن ، أو شواحن متخصصة لشحن البطاريات القلوية أحادية الاستخدام، لكن لم يُكتب لأي منها الانتشار على نطاق واسع.
• ينخفض ​​جهد طرفي بطارية النيكل-كادميوم ببطء أكبر أثناء تفريغها، مقارنةً ببطاريات الكربون-زنك. ونظرًا لأن جهد البطارية القلوية ينخفض ​​بشكل ملحوظ مع انخفاض الشحن، فإن معظم التطبيقات الاستهلاكية مُجهزة جيدًا للتعامل مع جهد خلية النيكل-كادميوم المنخفض قليلًا دون أي فقدان ملحوظ في الأداء.
• لا تتأثر سعة بطارية النيكل-كادميوم بشكل ملحوظ بتيارات التفريغ العالية جدًا. فحتى مع معدلات تفريغ تصل إلى 50C، ستوفر بطارية النيكل-كادميوم ما يقارب سعتها المقدرة. في المقابل، لن توفر بطارية الرصاص الحمضية سوى نصف سعتها المقدرة تقريبًا عند تفريغها بمعدل 1.5C.
• يبلغ الحد الأقصى لسحب التيار المستمر لبطارية النيكل-كادميوم عادةً حوالي 15C. بالمقارنة مع بطارية النيكل-معدن الهيدريد حيث لا يتجاوز الحد الأقصى لسحب التيار المستمر القابل للاستخدام 5C.
• تُعدّ بطاريات النيكل-معدن الهيدريد ( NiMH ) أحدث المنافسين لبطاريات النيكل-كادميوم (Ni-Cd)، وهي الأقرب إليها. تتميز بطاريات NiMH بسعة أعلى وسمية أقل، كما أنها أكثر فعالية من حيث التكلفة. مع ذلك، تتميز بطاريات Ni-Cd بمعدل تفريغ ذاتي أقل (على سبيل المثال، 20% شهريًا لبطارية Ni-Cd، مقابل 30% شهريًا لبطارية NiMH التقليدية في نفس الظروف)، على الرغم من توفر بطاريات NiMH منخفضة التفريغ الذاتي (LSD) حاليًا، والتي تتميز بمعدل تفريغ ذاتي أقل بكثير من بطاريات Ni-Cd أو NiMH التقليدية. ونتيجةً لذلك، يُفضّل استخدام بطاريات Ni-Cd على بطاريات NiMH غير منخفضة التفريغ الذاتي في التطبيقات التي يكون فيها سحب التيار من البطارية أقل من معدل تفريغها الذاتي (مثل أجهزة التحكم عن بُعد للتلفزيون). في كلا النوعين من الخلايا، يكون معدل التفريغ الذاتي في أعلى مستوياته عند الشحن الكامل، ثم ينخفض ​​قليلًا عند انخفاض مستوى الشحن. وأخيرًا، تتميز بطارية النيكل والكادميوم ذات الحجم المماثل بمقاومة داخلية أقل قليلاً، وبالتالي يمكنها تحقيق معدل تفريغ أقصى أعلى (وهو أمر مهم لتطبيقات مثل الأدوات الكهربائية).

تتمثل المفاضلة الرئيسية لبطاريات النيكل-كادميوم في ارتفاع تكلفتها واستخدام الكادميوم. يُعد هذا المعدن الثقيل خطرًا على البيئة، وهو شديد السمية لجميع أشكال الحياة. كما أنها أغلى من بطاريات الرصاص الحمضية نظرًا لارتفاع تكلفة النيكل والكادميوم. من أبرز عيوبها معامل درجة الحرارة السالب الملحوظ، ما يعني أنه مع ارتفاع درجة حرارة الخلية، تنخفض المقاومة الداخلية. قد يُسبب هذا مشاكل كبيرة في الشحن، خاصةً مع أنظمة الشحن البسيطة نسبيًا المستخدمة في بطاريات الرصاص الحمضية . فبينما يُمكن شحن بطاريات الرصاص الحمضية ببساطة عن طريق توصيلها بدينامو ، مع نظام فصل كهرومغناطيسي بسيط عند توقف الدينامو أو حدوث تيار زائد، فإن بطارية النيكل-كادميوم، في ظل نظام شحن مماثل، ستُعاني من ظاهرة الهروب الحراري، حيث يستمر تيار الشحن في الارتفاع حتى يعمل نظام الفصل الكهرومغناطيسي أو تتلف البطارية. هذا هو العامل الرئيسي الذي يمنع استخدامها كبطاريات لتشغيل المحركات. اليوم، مع أنظمة الشحن القائمة على المولدات الكهربائية المزودة بمنظمات الحالة الصلبة، سيكون بناء نظام شحن مناسب أمرًا بسيطًا نسبيًا، لكن مصنعي السيارات مترددون في التخلي عن التكنولوجيا المجربة والمختبرة. ^{[ 10 ]}

قد تعاني بطاريات النيكل-كادميوم من " تأثير الذاكرة " إذا تم تفريغها وإعادة شحنها إلى نفس مستوى الشحن مئات المرات. وتتمثل الأعراض الظاهرة في أن البطارية "تتذكر" نقطة بدء إعادة الشحن في دورة التفريغ، وأثناء الاستخدام اللاحق، ينخفض ​​الجهد فجأة عند تلك النقطة، كما لو كانت البطارية قد فُرغت تمامًا. في الواقع، لا تنخفض سعة البطارية بشكل كبير. بعض الأجهزة الإلكترونية المصممة للعمل ببطاريات النيكل-كادميوم قادرة على تحمل هذا الجهد المنخفض لفترة كافية لعودة الجهد إلى وضعه الطبيعي. مع ذلك، إذا لم يتمكن الجهاز من العمل خلال فترة انخفاض الجهد هذه، فلن يتمكن من الحصول على طاقة كافية من البطارية، وبالتالي، عمليًا، تبدو البطارية "ميتة" قبل الموعد المعتاد.

تشير الأدلة إلى أن ظاهرة "تأثير الذاكرة" نشأت من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض، حيث كانت تُشحن وتُفرغ بشكل مماثل مع كل دورة حولها على مدى عدة سنوات. ^{[ 11 ]} بعد ذلك، وُجد أن سعة البطاريات قد انخفضت بشكل ملحوظ، لكنها ظلت صالحة للاستخدام. من غير المرجح أن يتمكن الأفراد الذين يستخدمون الأجهزة الكهربائية من إعادة إنتاج هذا الشحن المتكرر الدقيق (على سبيل المثال، 1000 عملية شحن/تفريغ مع تباين أقل من 2%). كتب علماء من شركة جنرال إلكتريك، قسم أعمال البطاريات في غينزفيل، فلوريدا، الورقة البحثية الأصلية التي تصف "تأثير الذاكرة"، ثم سحبوها لاحقًا، لكن الضرر كان قد وقع. ^{[ 12 ]}

تتحمل البطارية آلاف دورات الشحن والتفريغ. كما يمكن تقليل تأثير الذاكرة عن طريق تفريغ البطارية بالكامل مرة واحدة شهريًا تقريبًا. وبهذه الطريقة، لا "تتذكر" البطارية نقطة الشحن السابقة.

يُعرف تأثير مشابه لتأثير الذاكرة باسم انخفاض الجهد أو تأثير البطارية الخاملة . وينتج هذا عن الشحن الزائد المتكرر؛ حيث تبدو البطارية مشحونة بالكامل، لكنها تُفرغ شحنتها بسرعة بعد فترة تشغيل قصيرة. في حالات نادرة، يمكن استعادة جزء كبير من السعة المفقودة من خلال بضع دورات تفريغ عميق، وهي وظيفة توفرها غالبًا أجهزة شحن البطاريات الأوتوماتيكية. مع ذلك، قد تُقلل هذه العملية من عمر البطارية الافتراضي. إذا تم التعامل معها بشكل صحيح، يمكن لبطارية النيكل والكادميوم أن تدوم لألف دورة شحن أو أكثر قبل أن تنخفض سعتها إلى أقل من نصف سعتها الأصلية. تدّعي العديد من أجهزة الشحن المنزلية أنها "أجهزة شحن ذكية" تقوم بإيقاف التشغيل تلقائيًا دون إتلاف البطارية، لكن يبدو أن هذه مشكلة شائعة.

تحتوي بطاريات النيكل والكادميوم على ما بين 6٪ (للبطاريات الصناعية) و 18٪ (للبطاريات التجارية) من الكادميوم ، وهو معدن ثقيل سام ، وبالتالي يتطلب عناية خاصة أثناء التخلص من البطاريات.

في الولايات المتحدة ، يتم تضمين تكلفة إعادة تدوير البطارية المتوقعة (التي ستستخدم للتخلص منها بشكل صحيح في نهاية عمرها الافتراضي) في سعر شراء البطارية.

بموجب ما يُسمى "توجيه البطاريات" ( 2006/66/EC )، حُظر بيع بطاريات النيكل والكادميوم الاستهلاكية داخل الاتحاد الأوروبي، باستثناء الاستخدامات الطبية، وأنظمة الإنذار، وإضاءة الطوارئ، والأدوات الكهربائية المحمولة. وقد حُظر استخدام هذه الفئة الأخيرة اعتبارًا من عام 2016. ^{[ 13 ]} وبموجب التوجيه نفسه الصادر عن الاتحاد الأوروبي، يجب على مُصنّعي بطاريات النيكل والكادميوم الصناعية المُستعملة جمعها لإعادة تدويرها في مرافق مُخصصة.

• إعادة تدوير البطاريات
• مقارنة أنواع البطاريات
• قائمة أحجام البطاريات
• قائمة أنواع البطاريات
• نسبة القوة إلى الوزن

• "بطارية النيكل والكادميوم تدوم طويلاً مثل السيارة." مجلة العلوم الشعبية ، أغسطس 1948، ص  113-118.
• دليل تشغيل وصيانة بطاريات الطائرات من نوع نيكل-كادميوم (ملف PDF)
• تاريخ بطاريات ألكاد نيكل كادميوم في ريديتش 1918-1993