Batería de níquel-cadmio

La batería de níquel-cadmio (batería de Ni-Cd o batería de NiCad) es un tipo de batería recargable que utiliza hidróxido de óxido de níquel y metal cadmio como electrodos. La abreviatura Ni-Cd se deriva de los símbolos químicos de níquel (Ni) y cadmio (Cd): la abreviatura NiCad es una marca registrada de SAFT Corporation, aunque esta marca El nombre se usa comúnmente para describir todas las baterías de Ni-Cd.

Las baterías de níquel-cadmio de celda húmeda se inventaron en 1899. Una batería de Ni-Cd tiene un voltaje terminal durante la descarga de alrededor de 1,2 voltios, que disminuye poco hasta casi el final de la descarga. La fuerza electromotriz máxima que ofrece una pila de Ni-Cd es de 1,3 V. Las baterías de Ni-Cd se fabrican en una amplia gama de tamaños y capacidades, desde tipos portátiles sellados intercambiables con celdas secas de carbono-zinc, hasta celdas ventiladas grandes que se utilizan para energía de reserva y fuerza motriz. En comparación con otros tipos de pilas recargables, ofrecen un buen ciclo de vida y rendimiento a bajas temperaturas con una capacidad aceptable, pero su ventaja significativa es la capacidad de entregar prácticamente toda su capacidad nominal a altas tasas de descarga (descarga en una hora o menos). Sin embargo, los materiales son más costosos que los de la batería de plomo-ácido y las celdas tienen altas tasas de autodescarga.

Las celdas de Ni-Cd selladas se usaron ampliamente en un momento en herramientas eléctricas portátiles, equipos de fotografía, linternas, iluminación de emergencia, RC para pasatiempos y dispositivos electrónicos portátiles. La capacidad superior de las baterías de hidruro de níquel-metal y el menor costo reciente han suplantado en gran medida el uso de Ni-Cd. Además, el impacto ambiental de la eliminación del cadmio, un metal tóxico, ha contribuido considerablemente a la reducción de su uso. Dentro de la Unión Europea, las baterías de Ni-Cd ahora solo se pueden suministrar con fines de reemplazo o para ciertos tipos de equipos nuevos, como dispositivos médicos.

Las baterías de Ni-Cd ventiladas de celda húmeda más grandes se utilizan en iluminación de emergencia, energía de reserva, fuentes de alimentación ininterrumpida y otras aplicaciones.

Historia

La primera batería de Ni-Cd fue creada por Waldemar Jungner de Suecia en 1899. En ese momento, el único competidor directo era la batería de plomo-ácido, que era menos sólida física y químicamente. Con mejoras menores a los primeros prototipos, la densidad de energía aumentó rápidamente a aproximadamente la mitad de la de las baterías primarias y significativamente mayor que la de las baterías de plomo-ácido. Jungner experimentó con la sustitución del cadmio por hierro en cantidades variables, pero descubrió que las formulaciones de hierro eran deficientes. El trabajo de Jungner era en gran parte desconocido en los Estados Unidos. Thomas Edison patentó una batería de níquel o cobalto-cadmio en 1902 y adaptó el diseño de la batería cuando introdujo la batería de níquel-hierro en los EE. UU. dos años después de que Jungner construyera una. En 1906, Jungner estableció una fábrica cerca de Oskarshamn, Suecia, para producir baterías de Ni-Cd de diseño inundado.

En 1932 se depositaron materiales activos dentro de un electrodo poroso niquelado y quince años más tarde se comenzó a trabajar en una batería sellada de níquel-cadmio.

La primera producción en los Estados Unidos comenzó en 1946. Hasta ese momento, las baterías eran "tipo bolsillo" construido con bolsillos de acero niquelado que contienen materiales activos de níquel y cadmio. A mediados del siglo XX, las baterías de Ni-Cd de placa sinterizada se hicieron cada vez más populares. La fusión de polvo de níquel a una temperatura muy por debajo de su punto de fusión usando altas presiones crea placas sinterizadas. Las placas así formadas son muy porosas, alrededor del 80 por ciento en volumen. Las placas positivas y negativas se producen empapando las placas de níquel en materiales activos de níquel y cadmio, respectivamente. Las placas sinterizadas suelen ser mucho más delgadas que las de bolsillo, lo que da como resultado una mayor superficie por volumen y corrientes más altas. En general, cuanto mayor sea la cantidad de área superficial de material reactivo en una batería, menor será su resistencia interna.

Desde la década de 2000, todas las baterías de Ni-Cd de consumo utilizan la configuración de rollo de gelatina.

Características

La tasa máxima de descarga de una batería de Ni-Cd varía según el tamaño. Para una celda de tamaño AA común, la tasa de descarga máxima es de aproximadamente 1,8 amperios; para una batería de tamaño D, la tasa de descarga puede ser de hasta 3,5 amperios.

Los constructores de maquetas de aviones o barcos a menudo toman corrientes mucho más grandes de hasta cien amperios de baterías de Ni-Cd especialmente construidas, que se utilizan para impulsar los motores principales. Se pueden lograr fácilmente de 5 a 6 minutos de operación del modelo con baterías bastante pequeñas, por lo que se logra una cifra de potencia-peso razonablemente alta, comparable a los motores de combustión interna, aunque de menor duración. En esto, sin embargo, han sido reemplazadas en gran medida por baterías de polímero de litio (Lipo) y fosfato de hierro y litio (LiFe), que pueden proporcionar densidades de energía aún mayores.

Voltaje

Las celdas de Ni-Cd tienen un potencial de celda nominal de 1,2 voltios (V). Esto es inferior a los 1,5 V de las pilas primarias alcalinas y de zinc-carbono y, en consecuencia, no son adecuadas como reemplazo en todas las aplicaciones. Sin embargo, los 1,5 V de una celda alcalina primaria se refieren a su voltaje inicial, en lugar de promedio. A diferencia de las celdas primarias alcalinas y de zinc-carbono, el voltaje terminal de una celda de Ni-Cd solo cambia un poco a medida que se descarga. Debido a que muchos dispositivos electrónicos están diseñados para funcionar con celdas primarias que pueden descargar hasta 0,90 a 1,0 V por celda, los 1,2 V relativamente estables de una celda de Ni-Cd son suficientes para permitir el funcionamiento. Algunos considerarían que el voltaje casi constante es un inconveniente, ya que dificulta la detección cuando la carga de la batería es baja.

Las baterías de Ni-Cd que se usan para reemplazar las baterías de 9 V generalmente solo tienen seis celdas, para un voltaje terminal de 7,2 voltios. Si bien la mayoría de las radios de bolsillo funcionarán satisfactoriamente con este voltaje, algunos fabricantes, como Varta, fabricaron baterías de 8,4 voltios con siete celdas para aplicaciones más críticas.

Carga

Las baterías de Ni-Cd se pueden cargar a diferentes velocidades, dependiendo de cómo se haya fabricado la celda. La tasa de carga se mide en función del porcentaje de la capacidad de amperios por hora que se alimenta a la batería como una corriente constante durante la duración de la carga. Independientemente de la velocidad de carga, se debe suministrar más energía a la batería que su capacidad real, para tener en cuenta la pérdida de energía durante la carga, siendo las cargas más rápidas las más eficientes. Por ejemplo, un "durante la noche" carga, podría consistir en suministrar una corriente igual a una décima parte de la clasificación de amperios-hora (C/10) durante 14 a 16 horas; es decir, una batería de 100 mAh necesita 10 mA durante 14 horas, para un total de 140 mAh en cargarse a este ritmo. A la velocidad de carga rápida, realizada al 100 % de la capacidad nominal de la batería en 1 hora (1 C), la batería retiene aproximadamente el 80 % de la carga, por lo que una batería de 100 mAh necesita 125 mAh para cargarse (es decir, aproximadamente 1 hora y quince minutos). Algunas baterías especializadas se pueden cargar en tan solo 10 a 15 minutos a una tasa de carga de 4C o 6C, pero esto es muy poco común. También aumenta considerablemente el riesgo de que las celdas se sobrecalienten y ventilen debido a una condición de sobrepresión interna: la tasa de aumento de temperatura de la celda se rige por su resistencia interna y el cuadrado de la tasa de carga. A una tasa de 4C, la cantidad de calor generado en la celda es dieciséis veces mayor que el calor a una tasa de 1C. La desventaja de una carga más rápida es el mayor riesgo de sobrecarga, lo que puede dañar la batería. y el aumento de las temperaturas que la célula tiene que soportar (lo que potencialmente acorta su vida).

El rango de temperatura seguro cuando está en uso es entre −20 °C y 45 °C. Durante la carga, la temperatura de la batería generalmente se mantiene baja, aproximadamente igual a la temperatura ambiente (la reacción de carga absorbe energía), pero a medida que la batería se acerca a la carga completa, la temperatura aumentará a 45-50 °C. Algunos cargadores de batería detectan este aumento de temperatura para interrumpir la carga y evitar la sobrecarga.

Cuando no está cargada o cargada, una batería de Ni-Cd se autodescargará aproximadamente un 10 % al mes a 20 °C, y hasta un 20 % al mes a temperaturas más altas. Nota; año 2022, la oración anterior ciertamente era cierta cuando se introdujo NiCad e incluso hace 50 años. Sin embargo, las continuas mejoras que se observaron hace unos 40 años conducen a un 5 % mensual y, en la actualidad, las baterías de NiCad tienen una autodescarga sustancialmente menor, del orden del 1 % o 2 % mensual. Es posible realizar una carga lenta a niveles de corriente lo suficientemente altos como para compensar esta tasa de descarga; para mantener una batería completamente cargada. Sin embargo, si la batería se va a almacenar sin usar durante un largo período de tiempo, debe descargarse hasta el 40 % de su capacidad como máximo (algunos fabricantes recomiendan descargarla por completo e incluso cortocircuitarla una vez descargada por completo) y almacenarla en un ambiente fresco y seco.

Sobrecarga

Las celdas selladas de Ni-Cd consisten en un recipiente a presión que se supone que debe contener cualquier generación de gases de oxígeno e hidrógeno hasta que puedan volver a combinarse en agua. Dicha generación ocurre típicamente durante la carga y descarga rápidas, y en forma excesiva en condiciones de sobrecarga. Si la presión supera el límite de la válvula de seguridad, se pierde agua en forma de gas. Dado que el recipiente está diseñado para contener una cantidad exacta de electrolito, esta pérdida afectará rápidamente la capacidad de la celda y su capacidad para recibir y entregar corriente. Detectar todas las condiciones de sobrecarga exige una gran sofisticación del circuito de carga y un cargador barato eventualmente dañará incluso las celdas de mejor calidad.

Electroquímica

Una celda de Ni-Cd completamente cargada contiene:

• un niquel(III) oxido-hidroxido positivo placa de electrodo
• una placa de electrodo negativa de cadmio
• un separador, y
• un electrolito alcalino (hidróxido de potasio).

Las baterías de Ni-Cd suelen tener una carcasa de metal con una placa de sellado equipada con una válvula de seguridad autosellante. Las placas de electrodos positivo y negativo, aisladas entre sí por el separador, se enrollan en forma de espiral dentro de la caja. Esto se conoce como diseño de rollo de gelatina y permite que una celda de Ni-Cd entregue una corriente máxima mucho más alta que una celda alcalina de tamaño equivalente. Las pilas alcalinas tienen una construcción de bobina en la que la carcasa de la pila está llena de electrolito y contiene una varilla de grafito que actúa como electrodo positivo. Como un área relativamente pequeña del electrodo está en contacto con el electrolito (a diferencia del diseño de rollo de gelatina), la resistencia interna para una celda alcalina de tamaño equivalente es mayor, lo que limita la corriente máxima que se puede suministrar.

Las reacciones químicas en el electrodo de cadmio durante la descarga son:

Cd+2OH− − → → Cd()OH)2+2e− − {displaystyle mathrm {Cd+2OH^{-}rightarrow Cd(OH)_{2}+2e^{-}

Las reacciones en el electrodo de óxido de níquel son:

2NiO()OH)+2H2O+2e− − → → 2Ni()OH)2+2OH− − {displaystyle mathrm {2NiO(OH)+2H_{2}O+2e^{-}rightarrow 2Ni(OH)_{2}+2OH^{-}

La reacción neta durante la descarga es

2NiO()OH)+Cd+2H2O→ → 2Ni()OH)2+Cd()OH)2.{displaystyle mathrm {2NiO(OH)+Cd+2H_{2}Orightarrow 2Ni(OH)_{2}+Cd(OH)_{2}

Durante la recarga, las reacciones van de derecha a izquierda. El electrolito alcalino (comúnmente KOH) no se consume en esta reacción y, por lo tanto, su gravedad específica, a diferencia de las baterías de plomo-ácido, no es una guía de su estado de carga.

Cuando Jungner construyó las primeras baterías de Ni-Cd, utilizó óxido de níquel en el electrodo positivo y materiales de hierro y cadmio en el negativo. No fue hasta más tarde que se utilizaron cadmio metálico puro e hidróxido de níquel. Hasta alrededor de 1960, la reacción química no se entendía por completo. Hubo varias especulaciones en cuanto a los productos de reacción. El debate finalmente se resolvió mediante espectroscopia infrarroja, que reveló hidróxido de cadmio e hidróxido de níquel.

Otra variación históricamente importante de la celda básica de Ni-Cd es la adición de hidróxido de litio al electrolito de hidróxido de potasio. Se creía que esto prolongaba la vida útil al hacer que la celda fuera más resistente al abuso eléctrico. De todos modos, la batería de Ni-Cd en su forma moderna es extremadamente resistente al abuso eléctrico, por lo que esta práctica se ha descontinuado.

Baterías de celda ventilada

Vista de la batería de un avión celular ventilado desde el lado

Estructura de una célula en una batería de célula ventilada

Celda ventilada (celda húmeda, celda inundada) Las baterías de NiCd se utilizan cuando se requieren grandes capacidades y altas tasas de descarga. Las baterías de NiCd tradicionales son del tipo sellado, lo que significa que el gas de carga normalmente se recombina y no liberan gas a menos que se sobrecarguen severamente o se desarrolle una falla. A diferencia de las celdas típicas de NiCd, que están selladas, las celdas ventiladas tienen una ventilación o una válvula de liberación de baja presión que libera los gases de oxígeno e hidrógeno generados cuando se sobrecargan o se descargan rápidamente. Dado que la batería no es un recipiente a presión, es más segura, pesa menos y tiene una estructura más simple y económica. Esto también significa que la batería normalmente no se daña por tasas excesivas de sobrecarga, descarga o incluso carga negativa.

Se utilizan en aviación, ferrocarril y transporte público, energía de respaldo para telecomunicaciones, arranque de motores para turbinas de respaldo, etc. El uso de baterías de NiCd de celda ventilada da como resultado una reducción en el tamaño, el peso y los requisitos de mantenimiento en comparación con otros tipos de baterías. Las baterías de NiCd de celda ventilada tienen una vida útil prolongada (hasta 20 años o más, según el tipo) y funcionan a temperaturas extremas (de −40 a 70 °C).

Una caja de batería de acero contiene las celdas conectadas en serie para obtener el voltaje deseado (1,2 V por celda nominal). Las celdas generalmente están hechas de poliamida (nylon) liviana y duradera, con múltiples placas de níquel-cadmio soldadas juntas para cada electrodo en el interior. Un separador o revestimiento de caucho de silicona actúa como aislante y barrera de gas entre los electrodos. Las células se inundan con un electrolito de una solución acuosa al 30% de hidróxido de potasio (KOH). La gravedad específica del electrolito no indica si la batería está descargada o completamente cargada, pero cambia principalmente con la evaporación del agua. La parte superior de la celda contiene un espacio para el exceso de electrolito y un respiradero de liberación de presión. Grandes espárragos de cobre niquelado y gruesos enlaces de interconexión aseguran una resistencia en serie equivalente mínima para la batería.

La ventilación de gases significa que la batería se descarga a un ritmo elevado o se recarga a un ritmo superior al nominal. Esto también significa que el electrolito perdido durante la ventilación debe reemplazarse periódicamente mediante un mantenimiento de rutina. Según los ciclos de carga y descarga y el tipo de batería, esto puede significar un período de mantenimiento de unos meses a un año.

El voltaje de la celda ventilada aumenta rápidamente al final de la carga, lo que permite utilizar un circuito de carga muy simple. Por lo general, una batería se carga con corriente constante a una velocidad de 1 CA hasta que todas las celdas hayan alcanzado al menos 1,55 V. Sigue otro ciclo de carga a una tasa de CA de 0,1, nuevamente hasta que todas las celdas hayan alcanzado 1,55 V. La carga finaliza con una carga de ecualización o recarga, normalmente durante no menos de 4 horas a una tasa de 0,1 CA. El propósito de la sobrecarga es expulsar la mayor cantidad (si no todos) de los gases recolectados en los electrodos, hidrógeno en el negativo y oxígeno en el positivo, y algunos de estos gases se recombinan para formar agua que a su vez elevará el nivel de electrolito a su nivel más alto después de lo cual es seguro ajustar los niveles de electrolito. Durante la sobrecarga o la carga de recarga, los voltajes de las celdas superarán los 1,6 V y luego comenzarán a caer lentamente. Ninguna celda debe subir por encima de 1,71 V (celda seca) ni caer por debajo de 1,55 V (barrera de gas rota).

En una instalación de aeronave con un sistema eléctrico de batería flotante, el voltaje del regulador se configura para cargar la batería a una carga potencial constante (normalmente 14 o 28 V). Si este voltaje se configura demasiado alto, se producirá una rápida pérdida de electrolitos. Un regulador de carga fallado puede permitir que el voltaje de carga se eleve muy por encima de este valor, causando una sobrecarga masiva con el desbordamiento del electrolito.

Aplicaciones

Ocho baterías NiCd en un paquete de batería

Las celdas selladas de Ni-Cd se pueden usar individualmente o ensambladas en paquetes de baterías que contienen dos o más celdas. Las celdas pequeñas se utilizan para dispositivos electrónicos portátiles y juguetes (como las luces solares de jardín), a menudo utilizando celdas fabricadas en los mismos tamaños que las celdas primarias. Cuando las baterías de Ni-Cd se sustituyen por celdas primarias, el voltaje terminal más bajo y la menor capacidad de amperios-hora pueden reducir el rendimiento en comparación con las celdas primarias. Las pilas de botón en miniatura a veces se utilizan en equipos fotográficos, lámparas de mano (linternas o antorchas), memoria de computadora de reserva, juguetes y novedades.

Las baterías especiales de Ni-Cd se utilizan en teléfonos inalámbricos e inalámbricos, iluminación de emergencia y otras aplicaciones. Con una resistencia interna relativamente baja, pueden suministrar corrientes de sobretensión elevadas. Esto los convierte en una opción favorable para modelos de aviones, barcos y automóviles eléctricos controlados a distancia, así como para herramientas eléctricas inalámbricas y unidades de flash de cámara.

Las celdas inundadas más grandes se utilizan para baterías de arranque de aeronaves, vehículos eléctricos y energía de reserva.

Popularidad

Los avances en las tecnologías de fabricación de baterías a lo largo de la segunda mitad del siglo XX han hecho que las baterías sean cada vez más baratas de producir. Los dispositivos que funcionan con baterías en general han aumentado en popularidad. A partir del año 2000, se producían anualmente alrededor de 1500 millones de baterías de Ni-Cd. Hasta mediados de la década de 1990, las baterías de Ni-Cd tenían una abrumadora mayoría de la cuota de mercado de las baterías recargables en electrodomésticos.

En un momento, las baterías de Ni-Cd representaron el 8 % de todas las ventas de baterías secundarias portátiles (recargables) en la UE, y en el Reino Unido el 9,2 % (desecho) y en Suiza el 1,3 % de todas las ventas de baterías portátiles.

En la UE, la Directiva sobre baterías de 2006 restringió las ventas de baterías de Ni-Cd a consumidores para dispositivos portátiles.

Disponibilidad

Las celdas de Ni-Cd están disponibles en los mismos tamaños que las baterías alcalinas, desde AAA hasta D, así como en varios tamaños de celdas múltiples, incluido el equivalente a una batería de 9 voltios. Una sola celda de Ni-Cd totalmente cargada, sin carga, lleva una diferencia de potencial de entre 1,25 y 1,35 voltios, que permanece relativamente constante a medida que la batería se descarga. Dado que una batería alcalina casi completamente descargada puede ver caer su voltaje hasta 0,9 voltios, las celdas de Ni-Cd y las celdas alcalinas suelen ser intercambiables para la mayoría de las aplicaciones.

Además de las celdas individuales, existen baterías que contienen hasta 300 celdas (nominalmente 360 voltios, voltaje real sin carga entre 380 y 420 voltios). Este diseño de celdas múltiples se usa principalmente en aplicaciones industriales de servicio pesado y automotriz. Para aplicaciones portátiles, el número de celdas normalmente es inferior a 18 celdas (24 V). Las baterías inundadas de tamaño industrial están disponibles con capacidades que van desde 12,5 Ah hasta varios cientos de Ah.

Comparación con otras baterías

Recientemente, las baterías de níquel e hidruro metálico y de iones de litio están disponibles comercialmente y son más baratas; el primer tipo ahora rivaliza con las baterías de Ni-Cd en costo. Donde la densidad de energía es importante, las baterías de Ni-Cd están ahora en desventaja en comparación con las baterías de níquel e hidruro metálico y de iones de litio. Sin embargo, la batería de Ni-Cd sigue siendo muy útil en aplicaciones que requieren índices de descarga muy altos porque puede soportar dicha descarga sin daño ni pérdida de capacidad.

En comparación con otras formas de batería recargable, la batería de Ni-Cd tiene varias ventajas distintas:

• Las baterías son más difíciles de dañar que otras baterías, tolerando la descarga profunda durante largos períodos. De hecho, las baterías Ni-Cd en almacenamiento a largo plazo suelen almacenarse completamente descargadas. Esto es en contraste, por ejemplo, a las baterías de iones de litio, que son menos estables y serán dañados permanentemente si se descargan por debajo de un voltaje mínimo.
• La batería funciona muy bien en condiciones difíciles, perfecta para usar en herramientas portátiles.
• Las baterías Ni-Cd suelen durar más tiempo, en términos de número de ciclos de carga/descarga, que otras baterías recargables como las baterías de plomo/ácido.
• En comparación con las baterías de plomo-ácido, las baterías Ni-Cd tienen una densidad de energía mucho mayor. Una batería Ni-Cd es más pequeña y más ligera que una batería de plomo-ácido comparable, pero no una batería comparable NiMH o Li-ion. En los casos en que el tamaño y el peso son consideraciones importantes (por ejemplo, aeronaves), las baterías Ni–Cd son preferidas sobre las baterías de plomo–ácido más baratas.
• En aplicaciones de consumo, las baterías Ni-Cd compiten directamente con baterías alcalinas. Una célula Ni-Cd tiene una menor capacidad que la de una célula alcalina equivalente, y cuesta más. Sin embargo, dado que la reacción química de la batería alcalina no es reversible, una batería reutilizable de Ni-Cd tiene una vida total significativamente mayor. Ha habido intentos de crear baterías alcalinas recargables, o cargadores de batería especializados para cargar baterías alcalinas de uso único, pero ninguna que ha visto un uso amplio.
• El voltaje terminal de una batería Ni-Cd disminuye más lentamente a medida que se descarga, en comparación con las baterías de carbono-zinc. Dado que el voltaje de una batería alcalina cae significativamente a medida que la carga baja, la mayoría de las aplicaciones de consumo están bien equipadas para lidiar con el voltaje de células Ni–Cd ligeramente inferior sin pérdida de rendimiento notable.
• La capacidad de una batería Ni-Cd no se ve afectada significativamente por corrientes de descarga muy altas. Incluso con tasas de descarga tan altas como 50C, una batería de Ni-Cd proporcionará casi su capacidad nominal. Por el contrario, una batería de ácido de plomo sólo proporcionará aproximadamente la mitad de su capacidad nominal cuando se descarga en un 1,5C relativamente modesto.
• El máximo desagüe de corriente continua de la batería de NiCd es comúnmente alrededor de 15C. Comparado con la batería de NiMH donde el drenaje máximo continuo utilizable no es más de 5C.
• Las baterías Nickel-metal hydride (NiMH) son las más nuevas y más similares, competidoras de baterías Ni-Cd. En comparación con las baterías Ni-Cd, las baterías NiMH tienen una mayor capacidad y son menos tóxicas, y ahora son más rentables. Sin embargo, una batería de Ni-Cd tiene una menor tasa de auto-descarga (por ejemplo, 20% por mes para una batería de Ni-Cd, frente al 30% por mes para un NiMH tradicional en condiciones idénticas), aunque baja auto-descarga ("LSD") Las baterías NiMH están disponibles ahora, que tienen una carga de auto-descarga sustancialmente menor que las baterías Ni-Cd o NiMH tradicionales. Esto resulta en una preferencia por las baterías Ni-Cd sobre las baterías no LSD NiMH en aplicaciones donde el sorteo actual de la batería es inferior a la propia tasa de auto-descarga de la batería (por ejemplo, controles remotos de televisión). En ambos tipos de celda, la tasa de auto-descarga es más alta para un estado de carga completa y baja un poco para los estados de carga más bajos. Por último, una batería de Ni-Cd de tamaño similar tiene una resistencia interna ligeramente menor, y por lo tanto puede alcanzar una velocidad máxima de descarga más alta (que puede ser importante para aplicaciones como herramientas de energía).

La principal desventaja de las baterías de Ni-Cd es su mayor costo y el uso de cadmio. Este metal pesado es un peligro ambiental y es altamente tóxico para todas las formas de vida superiores. También son más costosas que las baterías de plomo-ácido porque el níquel y el cadmio cuestan más. Una de las mayores desventajas es que la batería presenta un coeficiente de temperatura negativo muy marcado. Esto significa que a medida que aumenta la temperatura de la celda, la resistencia interna disminuye. Esto puede plantear problemas de carga considerables, particularmente con los sistemas de carga relativamente simples empleados para las baterías de plomo-ácido. Mientras que las baterías de plomo-ácido se pueden cargar simplemente conectándoles una dinamo, con un sistema de corte electromagnético simple para cuando la dinamo está estacionaria o se produce una sobrecorriente, la batería de Ni-Cd bajo un esquema de carga similar exhibiría problemas térmicos. fuera de control, donde la corriente de carga continuaría aumentando hasta que el corte por sobrecorriente operara o la batería se destruyera a sí misma. Este es el principal factor que impide su uso como baterías de arranque de motores. Hoy en día, con los sistemas de carga basados en alternadores con reguladores de estado sólido, la construcción de un sistema de carga adecuado sería relativamente simple, pero los fabricantes de automóviles son reacios a abandonar la tecnología probada.

Efecto memoria

Las baterías de Ni–Cd pueden sufrir un "efecto memoria" si se descargan y recargan al mismo estado de carga cientos de veces. El síntoma aparente es que la batería "recuerda" el punto de su ciclo de descarga donde comenzó la recarga y durante el uso posterior sufre una caída repentina de voltaje en ese punto, como si la batería se hubiera descargado. La capacidad de la batería en realidad no se reduce sustancialmente. Algunos dispositivos electrónicos diseñados para funcionar con baterías de Ni-Cd pueden soportar este voltaje reducido el tiempo suficiente para que el voltaje vuelva a la normalidad. Sin embargo, si el dispositivo no puede funcionar durante este período de voltaje reducido, no podrá obtener suficiente energía de la batería y, para todos los fines prácticos, la batería parece 'muerta'. antes de lo normal.

Existe evidencia de que la historia del efecto memoria se originó en los satélites en órbita, donde se cargaban y descargaban de manera similar con cada órbita alrededor de la Tierra durante un período de varios años. Después de este tiempo, se encontró que las capacidades de las baterías habían disminuido significativamente, pero aún estaban en condiciones de uso. Es poco probable que esta carga repetitiva precisa (por ejemplo, 1000 cargas/descargas con menos del 2 % de variabilidad) pueda ser reproducida alguna vez por personas que usen productos eléctricos. El artículo original que describe el efecto de la memoria fue escrito por científicos de GE en su Departamento Comercial de Baterías en Gainesville, Florida, y luego se retractó, pero el daño ya estaba hecho.

La batería sobrevive a miles de ciclos de carga/descarga. También es posible reducir el efecto memoria descargando la batería completamente una vez al mes. De esta forma aparentemente la batería no "recuerda" el punto en su ciclo de carga.

Un efecto con síntomas similares al efecto memoria es el llamado depresión de voltaje o efecto de batería perezosa. Esto resulta de la sobrecarga repetida; el síntoma es que la batería parece estar completamente cargada pero se descarga rápidamente después de un breve período de funcionamiento. En casos excepcionales, gran parte de la capacidad perdida puede recuperarse mediante unos pocos ciclos de descarga profunda, una función que suelen proporcionar los cargadores automáticos de baterías. Sin embargo, este proceso puede reducir la vida útil de la batería. Si se trata bien, una batería de Ni-Cd puede durar 1000 ciclos o más antes de que su capacidad caiga por debajo de la mitad de su capacidad original. Muchos cargadores domésticos afirman ser "cargadores inteligentes" que se apagará y no dañará la batería, pero esto parece ser un problema común.

Impacto ambiental

Las baterías de Ni-Cd contienen entre un 6 % (para baterías industriales) y un 18 % (para baterías comerciales) de cadmio, que es un metal pesado tóxico y, por lo tanto, requiere un cuidado especial durante la eliminación de las baterías.

En los Estados Unidos, el costo esperado de reciclaje de la batería (que se usará para la eliminación adecuada al final de la vida útil del servicio) se incluye en el precio de compra de la batería.

Bajo la llamada "directiva de baterías" (2006/66/EC), la venta de baterías Ni-Cd de consumo ha sido ahora prohibida dentro de la Unión Europea excepto para uso médico; sistemas de alarma; iluminación de emergencia; y herramientas eléctricas portátiles. Esta última categoría se prohibió a partir de 2016. Según la misma directiva de la UE, los productores deben recolectar las baterías industriales de Ni-Cd usadas para reciclarlas en instalaciones dedicadas.