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Nickel-Cadmium (NiCd)

Charakteristiken von Nickel Cadmium

Obwohl NiCd-Akkus hervorragende Eigenschaften wie eine hohe Energiedichte, Robustheit, Kältefestigkeit und eine hohe Lebensdauer sowie einen günstigen Preis und lange Lagerfähigkeit aufweisen, sind ihre Tage aufgrund der Giftigkeit des in ihnen verwendeten Cadmiums gezählt. In einigen Ländern gelten bereits entsprechende Verbote, und die Ablösung dieses Bautyps hat begonnen, vor allem durch Nickel-Metallhydrid-Akkus. Dennoch machte 2003 die Herstellung von NiCd-Akkus noch mit ca. 600 Tonnen pro Jahr den weitaus größten Anteil des Cadmiumverbrauchs in Deutschland aus.

In Nickel-Cadmium-Zellen wird in einem basischen Elektrolyt (meist Kalilauge) an der Anode metallisches Cadmium zu Cadmiumhydroxid oxidiert und gleichzeitig an der Kathode dreiwertiges Nickel-Oxid-Hydrat zu zweiwertigem reduziert. Grob vereinfacht ergibt sich die Gesamtreaktion: 

Leistungsdaten

  •  Zellen-Klemmenspannung: 1,2 Volt
  •  Lebensdauer in Ladezyklen: 1.000 bis 1.500 (2.000)
  •  Verwendbar in Umgebungstemperaturen: (-40°C) -30°C bis +50°C (+70°C)
  •  Typische Energiedichte: 50 - 70 Wh/kg (theoretisch ca. 240 Wh/kg)
  •  Typische volumische Energiedichte: 130 Wh/l
  •  Typische Leistungsdichte: 150 - 200 W/kg
  •  Typische Selbstentladung: innerhalb 3 Monaten auf 20% Restkapazität

Nachteilig sind die recht hohe Selbstentladung, die relativ starke Anfälligkeit für den sogenannten Memory-Effekt sowie die Toxizität des Cadmiums.

NiCd-Zellen haben äußerst vielseitige

Anwendungen

Einzelne Kleinzellen finden sich millionenfach in den verschiedensten Geräten wie Taschenlampen, tragbaren Telefonen oder CD-Playern. Konfektioniert in Akku-Packs (Power-Packs) werden sie als Energiequelle in Handys, Notebooks oder Akku-Schraubern verwendet. Als Plattenakkumulatoren mit Spitzenströmen von 500-1.000 Ampere werden sie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, als Antriebsbatterien für Flurfahrzeuge oder als Starterbatterien in sehr kalter Umgebung eingesetzt.

Geschichtliche Entwicklung

Der Nickel-Cadmium-Akkumulator ist das erste System, das sich nach dem bereits früher realisierten Bleiakkumulator in großem Stil durchsetzen konnte. Neu war damals nicht nur die Wahl der Elektrodenmaterialien, sondern vor allem das Prinzip des alkalischen Elektrolyts. Indem dieser Elektrolyttyp lediglich als Ionenleiter dient und an den chemischen Reaktionen in der Zelle selbst nicht teilnimmt, unterliegt er kaum Veränderungen, was sich positiv auf die Alterungsprozesse des Akkumulators auswirkt.

Seit 1950 werden Nickel-Cadmium-Akkus auch in gasdichter Ausführung hergestellt, wodurch sie wartungsfrei werden und die Lebensdauer erhöht wird. Als Überladeschutz ist auch in den gasdichten NiCd-Zellen ein Sicherheitsventil eingebaut.