As células elétricas e as baterias de níquel-cádmio foram desenvolvidas para terem um alto grau de eficiência e confiança.
Elas são usadas em dispositivos pequenos que antigamente usavam células secas de zinco-carbono e em outros dispositivos onde células de zinco-carbono não podem se adequar às cargas exigidas.
Elas também estão sendo fabricadas em tamanhos grandes para uso em aeronaves, onde as exigências de cargas elevadas estão presentes.
O serviço e a manutenção das baterias de aeronave de níquel-cádmio serão discutidos posteriormente neste capítulo.
As células de níquel-cádmio são feitas com vários tipos de eletrodos, mas os elementos ativos permanecem os mesmos.
Quando se encontra carregado, o eletrodo negativo consiste em cádmio metálico (Cd) e o eletrodo positivo é o hidróxido de níquel (NiOOH).
Durante a descarga, os eletrodos alteram a composição química.
O eletrodo negativo se torna hidróxido de cádmio (CdOH) e o eletrodo positivo se torna hidróxido de níquel [Ni(OH)2].
O eletrodo mais comum projetado para células de níquel-cádmio consiste em recipientes de aço perfurados para conter os materiais ativos, ou em uma chapa perfurada de níquel, ou em telas de tecido de níquel na qual os materiais ativos são impregnados por sinterização.
O processo de sinterização consiste em aquecer as partículas de metal finamente divididas em um molde em temperatura próxima de fusão.
As partículas de metal unem-se no ponto de contato com outras partículas e isso resulta em um material robusto.
No caso de eletrodos de níquel-cádmio, o material sinterizado é níquel ou carbonila de níquel, para as placas positivas, e cádmio, para as placas negativas.
Uma célula de níquel-cádmio que foi cortada para mostrar a sua construção está ilustrada na Figura.
Como mencionado previamente, uma célula secundária é aquela que pode ser carregada e descarregada repetidamente sem apreciável deterioração dos elementos ativos.
Uma vantagem da célula de níquel-cádmio secundária é que ela pode permanecer na condição descarregada indefinidamente, a temperaturas normais, sem deterioração.
Se uma bateria de chumbo-ácido é deixada descarregada por um período significativo de tempo, ocorre a sulfatação das placas e as células perdem muito de suas capacidades.
Durante a descarga de uma célula de níquel-cádmio, elétrons são liberados no material negativo enquanto uma mudança química acontece.
Esses elétrons fluem pelo exterior do elétrico circuito e voltam ao eletrodo positivo.
Íons positivos no eletrólito removem os elétrons do eletrodo positivo.
Durante a carga, a ação inversa ocorre, e o eletrodo negativo é restabelecido a um estado de cádmio metálico.
Células de níquel-cádmio geram gás durante a parte final de um ciclo de carga e durante a sobrecarga.
O hidrogênio é formado no eletrodo negativo, e o oxigênio é formado no eletrodo positivo.
Em baterias do tipo ventiladas, o hidrogênio e oxigênio gerado durante a sobrecarga são liberados na atmosfera junto com alguns vapores do eletrólito.
Em uma célula seca lacrada, é necessário criar um meio para absorver os gases.
Isso é realizado projetando o eletrodo de cádmio com capacidade de exceder, tornando possível o eletrodo positivo ser carregado completamente antes do eletrodo negativo.
Quando isto ocorre, é liberado oxigênio no eletrodo positivo, enquanto hidrogênio ainda não pode ser gerado, porque o eletrodo negativo não está carregado completamente.
Então, a célula é projetada dessa forma para que o oxigênio possa passar para eletrodo negativo, onde ele reage para formar o equivalente químico ao óxido de cádmio.
Assim, quando uma célula é sobrecarregada, o eletrodo de cádmio é oxidado a uma taxa adequada à entrada de energia e a célula é mantida em equilíbrio totalmente carregada.
Se uma célula é carregada de acordo com a taxa indicada, pode ocorrer sobrecarga em até 200 ou 300 ciclos de carga sem dano para a célula.
Se a taxa de carga é muito alta, a pressão do oxigênio na célula pode ficar tão grande que romperá o selo.
Por essa razão, as taxas de carga devem ser controladas cuidadosamente.