A vantagem de uma bateria de níquel-cádmio é que os materiais ativos das placas da célula mudam apenas no estado de oxidação, não a estrutura física.
Isso significa que o material ativo não é dissolvido pelo eletrólito de hidróxido de potássio.
Como resultado, as células são muito estáveis, mesmo sob uma carga pesada, e os produtos químicos duram um longo tempo antes que a bateria necessite de substituição.
O material ativo da placa negativa de uma bateria de níquel-cádmio carregada é de cádmio metálico (Cd), e o material ativo da placa positiva é oxi-hidróxido de níquel (NiOOH).
Enquanto a bateria descarrega, íons hidróxido (OH) do eletrólito combinam com o cádmio nas placas negativas e os elétrons são liberados para as placas.
O cádmio é convertido em hidróxido de cádmio [Cd(OH)2] durante o processo.
Ao mesmo tempo, os ións de hidróxido das placas positivas de oxi-hidróxido de níquel vão para o eletrólito, transportando elétrons adicionais com eles.
Assim, os elétrons são removidos das placas positivas e entregues para as placas negativas durante a descarga.
A composição do eletrólito permanece uma solução de hidróxido de potássio, porque os íons de hidróxido são adicionados ao eletrólito tão rapidamente quanto são removidos.
Por esse motivo, o peso específico do eletrólito permanece essencialmente constante, independentemente do estado de descarga.
É, portanto, impossível de utilizar o peso específico como um indicador do estado de carga.
Quando uma bateria de níquel-cádmio está sendo carregada, os íons de hidróxido são forçados a deixar a placa negativa e entrar no eletrólito.
Assim, o hidróxido de cádmio da placa negativa é convertido novamente em cádmio metálico.
Os íons de hidróxido no eletrólito se recombinam com o hidróxido de níquel das placas positivas e o material ativo é levado a um estado de oxidação maior chamado de oxi-hidróxido de níquel.
Esse processo continua até que todo o material ativo das placas seja convertido.
Se a carga é continuada, a bateria estará em sobrecarga e a água do eletrólito será decomposta por eletrólise.
O hidrogênio será liberado das placas negativas e oxigênio será liberado das placas positivas.
Essa combinação de gases é altamente explosiva e cuidados devem ser tomados para evitar qualquer possibilidade de ignição dos gases.
Água é perdida do eletrólito durante a sobrecarga devido à eletrólise.
Alguma água também é perdida por evaporação e aprisionamento de partículas de água durante a ventilação de gases de célula.
Teoricamente, 1 centímetro cúbico (cm3) de água será perdida por eletrólise a cada 3 h de sobrecarga.
Na prática, a perda não é tão elevada, porque existe alguma recombinação de hidrogênio e oxigênio no interior da célula.
O separador localizado entre as placas fornecem isolamento elétrico e uma barreira de gás entre as placas negativas e positivas.
O tecido de nylon proporciona a separação para evitar o contato entre as placas de polaridades opostas.
O celofane atua como uma barreira de gás para evitar que o oxigénio alcance as placas negativas.
O oxigênio que alcançar as placas negativas provocará o aquecimento das placas, resultando em danos às placas.