Batería de níquel-cadmio

Batería de níquel-cadmio

De arriba a abajo: pilas Ni-Cd tipo "Gumstick", AA y AAA
Energía específica	40–60 W · h / kg
Densidad de energía	50–150 Wh/ L
Potencia específica	150 vatios/kg
Eficiencia de carga/descarga	70–90% [1]
Tasa de autodescarga	10%/mes
Durabilidad del ciclo	2.000 ciclos
Voltaje nominal de la celda	1,2 voltios

La batería de níquel-cadmio ( batería Ni-Cd o batería NiCad ) es un tipo de batería recargable que utiliza hidróxido de óxido de níquel y cadmio metálico 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 se usa comúnmente para describir todas las baterías 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 ofrecida por una celda 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 sellados portátiles intercambiables con celdas secas de carbono-zinc, hasta celdas ventiladas grandes utilizadas para energía de reserva y energía motriz. En comparación con otros tipos de celdas recargables, ofrecen un buen ciclo de vida y rendimiento a bajas temperaturas con una capacidad justa, pero su ventaja significativa es la capacidad de entregar prácticamente su capacidad nominal completa 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 pilas selladas de Ni-Cd se utilizaron mucho en su momento en herramientas eléctricas portátiles, equipos de fotografía, linternas , iluminación de emergencia, radiocontrol para aficionados y dispositivos electrónicos portátiles. La mayor capacidad de las baterías de níquel-hidruro metálico y su menor coste reciente han sustituido en gran medida el uso de las de Ni-Cd. Además, el impacto medioambiental de la eliminación del metal tóxico cadmio ha contribuido considerablemente a la reducción de su uso. En la Unión Europea, las baterías de Ni-Cd ahora solo se pueden suministrar para fines de sustitución o para ciertos tipos de equipos nuevos, como los dispositivos médicos. ^[2]

Las baterías de Ni-Cd de celda húmeda ventiladas de mayor tamaño se utilizan en iluminación de emergencia, energía de reserva, sistemas de alimentación ininterrumpida y otras aplicaciones.

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 robusta física y químicamente. Con pequeñas mejoras en 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 encontró 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, ^[3] y adaptó el diseño de la batería cuando introdujo la batería de níquel-hierro en los EE. UU. dos años después de que Jungner hubiera construido 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 en el interior de un electrodo niquelado poroso y quince años más tarde se empezó 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 de "bolsillo", construidas con bolsillos de acero niquelado que contenían 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 utilizando altas presiones crea placas sinterizadas. Las placas así formadas son altamente porosas, aproximadamente el 80 por ciento en volumen. Las placas positivas y negativas se producen sumergiendo las placas de níquel en materiales activos de níquel y cadmio, respectivamente. Las placas sinterizadas suelen ser mucho más delgadas que las de tipo bolsillo, lo que da como resultado una mayor área de superficie por volumen y corrientes más altas. En general, cuanto mayor es la cantidad de área de superficie de material reactivo en una batería, menor es su resistencia interna .

Desde la década del 2000, todas las baterías de Ni-Cd de consumo utilizan la configuración jelly-roll . ^{[ cita requerida ]}

La velocidad máxima de descarga de una batería de Ni-Cd varía según el tamaño. Para una pila AA común , la velocidad máxima de descarga es de aproximadamente 1,8 amperios; para una batería de tamaño D , la velocidad de descarga puede llegar a 3,5 amperios. ^{[ cita requerida ]}

Los constructores de modelos de aviones o barcos suelen utilizar corrientes mucho mayores, de hasta cien amperios, de baterías de Ni-Cd especialmente construidas, que se utilizan para accionar los motores principales. Se pueden conseguir fácilmente entre cinco y seis minutos de funcionamiento del modelo con baterías bastante pequeñas, por lo que se consigue una relación potencia-peso razonablemente alta, comparable a la de los motores de combustión interna , aunque de menor duración. Sin embargo, en esto han sido ampliamente superadas por las baterías de polímero de litio (LiPo) y de fosfato de hierro y litio (LiFe), que pueden proporcionar densidades de energía aún mayores.

Las pilas de Ni-Cd tienen un potencial 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 pila alcalina primaria se refieren a su voltaje inicial, en lugar de al promedio. A diferencia de las pilas primarias alcalinas y de zinc-carbono, el voltaje terminal de una pila de Ni-Cd solo cambia un poco a medida que se descarga. Debido a que muchos dispositivos electrónicos están diseñados para funcionar con pilas primarias que pueden descargarse hasta un mínimo de 0,90 a 1,0 V por pila, los 1,2 V relativamente constantes de una pila de Ni-Cd son suficientes para permitir el funcionamiento. Algunos considerarían que el voltaje casi constante es un inconveniente, ya que dificulta detectar cuándo la carga de la batería es baja.

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

Las baterías de Ni-Cd se pueden cargar a distintas velocidades, según cómo se haya fabricado la celda. La velocidad de carga se mide en función del porcentaje de la capacidad de amperios-hora que se alimenta a la batería como corriente constante durante la duración de la carga. Independientemente de la velocidad de carga, se debe suministrar a la batería más energía que su capacidad real para compensar la pérdida de energía durante la carga, siendo más eficientes las cargas más rápidas. Por ejemplo, una carga "nocturna" podría consistir en suministrar una corriente igual a una décima parte de la capacidad nominal de amperios-hora (C/10) durante 14 a 16 horas; es decir, una batería de 100 mAh necesita 10 mA durante 14 horas, lo que hace que se cargue un total de 140 mAh a esta velocidad. 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 velocidad de carga de 4 °C o 6 °C, pero esto es muy poco común. También aumenta en gran medida el riesgo de que las celdas se sobrecalienten y se ventilen debido a una condición de sobrepresión interna: la velocidad de aumento de temperatura de la celda está determinada por su resistencia interna y el cuadrado de la velocidad de carga. A una velocidad de 4 °C, la cantidad de calor generado en la celda es dieciséis veces mayor que el calor a una velocidad de 1 °C. La desventaja de una carga más rápida es el mayor riesgo de sobrecarga , que puede dañar la batería, y las mayores temperaturas que la celda tiene que soportar (lo que potencialmente acorta su vida útil).

El rango de temperatura seguro durante el uso es de entre -20 °C y 45 °C. Durante la carga, la temperatura de la batería suele permanecer 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 aumenta hasta los 45-50 °C. Algunos cargadores de batería detectan este aumento de temperatura para interrumpir la carga y evitar la sobrecarga.

Cuando no está bajo carga, una batería de Ni-Cd se autodescarga aproximadamente un 10 % al mes a 20 °C, y hasta un 20 % al mes a temperaturas más altas. Nota: en el año 2022, la oración anterior era ciertamente cierta cuando se introdujo el NiCad e incluso hace 50 años. Sin embargo, las mejoras continuas observadas 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 un máximo del 40 % de su capacidad (algunos fabricantes recomiendan descargarla por completo e incluso cortocircuitarla una vez que esté completamente descargada ^{[ cita requerida ]} ), y almacenarse en un entorno fresco y seco.

Las celdas selladas de Ni-Cd consisten en un recipiente a presión que se supone que contiene cualquier generación de gases de oxígeno e hidrógeno hasta que puedan recombinarse nuevamente para formar agua. Dicha generación ocurre típicamente durante la carga y descarga rápidas, y especialmente en condiciones de sobrecarga. Si la presión excede 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 requiere una gran sofisticación del circuito de carga y un cargador barato eventualmente dañará incluso las celdas de mejor calidad. ^[4]

Una celda de Ni-Cd completamente cargada contiene:

• Una placa de electrodo positivo de óxido-hidróxido de níquel (III)
• una placa de electrodo negativo de cadmio
• un separador , y
• un electrolito alcalino ( hidróxido de potasio ).

Las baterías de Ni-Cd suelen tener una carcasa metálica 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, están enrolladas en forma de espiral dentro de la carcasa. Esto se conoce como diseño de rollo de gelatina y permite que una celda de Ni-Cd suministre una corriente máxima mucho mayor que una celda alcalina de tamaño equivalente. Las celdas alcalinas tienen una construcción de bobina donde la carcasa de la celda 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 de una celda alcalina de tamaño equivalente es mayor, lo que limita la corriente máxima que se puede entregar.

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

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

Las reacciones en el electrodo de óxido de níquel son:

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

La reacción neta durante la descarga es

${\displaystyle {\ce {Cd + 2Ni(OH)3 -> Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2.}}}$

Durante la recarga, las reacciones se producen 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 lo que ocurre en las baterías de plomo-ácido, no es una guía para conocer 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 el metal cadmio puro y el hidróxido de níquel . Hasta aproximadamente 1960, la reacción química no se entendió por completo. Hubo varias especulaciones sobre los productos de la reacción. El debate finalmente se resolvió mediante espectroscopia infrarroja , que reveló hidróxido de cadmio e hidróxido de níquel.

Otra variación históricamente importante de la pila básica de Ni-Cd es la adición de hidróxido de litio al electrolito de hidróxido de potasio. Se creía ^{[ ¿quién lo creía? ]} que esto prolongaba la vida útil al hacer que la pila fuera más resistente al abuso eléctrico. La batería de Ni-Cd en su forma moderna es de todos modos extremadamente resistente al abuso eléctrico, por lo que esta práctica se ha descontinuado.

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

Las baterías de Ni-Cd de celdas ventiladas ( celda húmeda , celda inundada ) se utilizan cuando se requieren grandes capacidades y altas tasas de descarga. A diferencia de las celdas de Ni-Cd típicas, que están selladas (consulte la siguiente sección), las celdas ventiladas tienen una válvula de ventilación o de liberación de baja presión que libera los gases de oxígeno e hidrógeno generados cuando se sobrecargan o 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, ferrocarriles y transporte público, como energía de respaldo para telecomunicaciones, como arranque de motores para turbinas de respaldo, etc. El uso de baterías de Ni-Cd con celdas ventiladas permite reducir el tamaño, el peso y los requisitos de mantenimiento en comparación con otros tipos de baterías. Las baterías de Ni-Cd con celdas ventiladas 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 nominal por celda). Las celdas suelen estar hechas de una poliamida ligera y duradera ( nailon ), con múltiples placas de níquel-cadmio soldadas entre sí para cada electrodo en el interior. Un separador o revestimiento hecho de caucho de silicona actúa como aislante y barrera de gas entre los electrodos. Las celdas se inundan con un electrolito de solución acuosa al 30% de hidróxido de potasio ( KOH ). La gravedad específica del electrolito no indica si la batería está descargada o completamente cargada, sino que 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 pernos de cobre niquelados y enlaces de interconexión gruesos aseguran una resistencia en serie equivalente mínima para la batería.

La liberación de gases significa que la batería se está descargando a un ritmo elevado o se está recargando a un ritmo superior al nominal. Esto también significa que el electrolito perdido durante la liberación 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 que puede ir desde unos meses hasta un año.

El voltaje de las celdas ventiladas aumenta rápidamente al final de la carga, lo que permite utilizar un circuito de carga muy simple. Normalmente, una batería se carga con corriente constante a una tasa de 1 CA hasta que todas las celdas hayan alcanzado al menos 1,55  V. Sigue otro ciclo de carga a una tasa de 0,1 CA, nuevamente hasta que todas las celdas hayan alcanzado 1,55  V. La carga finaliza con una carga de ecualización o de 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 acumulados 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 del 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 superar los 1,71  V (celda seca) ni caer por debajo de los 1,55  V (barrera de gas rota). ^{[ cita requerida ]}

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 electrolito. Un regulador de carga defectuoso puede permitir que el voltaje de carga aumente muy por encima de este valor, lo que provocaría una sobrecarga masiva con ebullición del electrolito. ^{[ cita requerida ]}

La mayoría de los usos descritos a continuación se muestran con fines históricos, ya que las baterías de Ni-Cd selladas (portátiles) han sido desplazadas progresivamente por celdas de ion-litio de mayor rendimiento, y su comercialización en el mercado de la UE ha estado, en su mayor parte, prohibida desde 2006 por la Directiva de Baterías de la UE 2006/66/EC.

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

Las baterías especiales de Ni-Cd se utilizaban en teléfonos inalámbricos, iluminación de emergencia y otras aplicaciones. Con una resistencia interna relativamente baja , pueden suministrar altas corrientes de sobretensión . Esto las convierte en una opción favorable para modelos de aviones, barcos y automóviles eléctricos a control remoto, así como para herramientas eléctricas inalámbricas y unidades de flash para cámaras.

Los avances en las tecnologías de fabricación de baterías a lo largo de la segunda mitad del siglo XX han hecho que su producción sea cada vez más barata. Los dispositivos alimentados por baterías en general han aumentado en popularidad. En el año 2000, se producían anualmente alrededor de 1500 millones de baterías de Ni-Cd. ^[5] Hasta mediados de la década de 1990, las baterías de Ni-Cd tenían una abrumadora mayoría de la cuota de mercado de baterías recargables en la electrónica doméstica.

En un momento dado, las baterías de Ni-Cd representaban el 8% de todas las ventas de baterías portátiles secundarias (recargables) en la UE, y en el Reino Unido el 9,2% (eliminación) y en Suiza el 1,3% de todas las ventas de baterías portátiles. ^{[6] [7] [8]}

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

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

Además de las baterías de una sola celda, existen baterías que contienen hasta 300 celdas (nominalmente 360 ​​voltios, voltaje real sin carga entre 380 y 420 voltios). Este diseño de múltiples celdas se utiliza principalmente en aplicaciones industriales de automoción y de servicio pesado. 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.

Recientemente, las baterías de níquel-metal hidruro y de iones de litio se han comercializado y son más baratas; las primeras rivalizan en costo con las baterías de níquel-cadmio. En los casos en que la densidad de energía es importante, las baterías de níquel-cadmio se encuentran en desventaja en comparación con las baterías de níquel-metal hidruro y de iones de litio. Sin embargo, la batería de níquel-cadmio sigue siendo muy útil en aplicaciones que requieren tasas de descarga muy altas porque puede soportar dicha descarga sin sufrir daños ni perder capacidad.

En comparación con otras formas de batería recargable, la batería de Ni-Cd tiene una serie de ventajas distintivas:

• Las baterías son más difíciles de dañar que otras baterías, ya que toleran descargas profundas durante períodos prolongados. De hecho, las baterías de Ni-Cd almacenadas a largo plazo suelen almacenarse completamente descargadas. Esto contrasta, por ejemplo, con las baterías de iones de litio , que son menos estables y se dañarán 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 de Ni-Cd suelen durar más, en términos de número de ciclos de carga/descarga, que otras baterías recargables, como las de plomo/ácido.
• En comparación con las baterías de plomo-ácido , las baterías de Ni-Cd tienen una densidad energética mucho mayor . Una batería de Ni-Cd es más pequeña y liviana que una batería de plomo-ácido comparable, pero no una batería de NiMH o de iones de litio comparable. En los casos en que el tamaño y el peso son consideraciones importantes (por ejemplo, en aviones), se prefieren las baterías de Ni-Cd a las baterías de plomo-ácido más económicas.
• En aplicaciones de consumo, las baterías de Ni-Cd compiten directamente con las baterías alcalinas . Una celda de Ni-Cd tiene una capacidad menor que la de una celda alcalina equivalente y cuesta más. Sin embargo, dado que la reacción química de la batería alcalina no es reversible, una batería de Ni-Cd reutilizable tiene una vida útil total significativamente más larga. Ha habido intentos de crear baterías alcalinas recargables o cargadores de baterías especializados para cargar baterías alcalinas de un solo uso, pero ninguno que haya tenido un uso generalizado.
• El voltaje terminal de una batería de 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 disminuye la carga, la mayoría de las aplicaciones de consumo están bien equipadas para lidiar con el voltaje ligeramente más bajo de la celda de Ni-Cd sin una pérdida notable de rendimiento.
• La capacidad de una batería de Ni-Cd no se ve afectada significativamente por corrientes de descarga muy altas. Incluso con velocidades de descarga de hasta 50 °C, una batería de Ni-Cd proporcionará casi su capacidad nominal. Por el contrario, una batería de plomo-ácido solo proporcionará aproximadamente la mitad de su capacidad nominal cuando se descarga a una velocidad relativamente modesta de 1,5 °C.
• El consumo máximo de corriente continua de una batería de Ni-Cd suele rondar los 15 °C, en comparación con las baterías de NiMH, donde el consumo máximo de corriente continua utilizable no supera los 5 °C.
• Las baterías de níquel- hidruro metálico ( NiMH ) son el competidor más nuevo y más similar de las baterías de Ni-Cd. En comparación con las baterías de Ni-Cd, las baterías de NiMH tienen una mayor capacidad y son menos tóxicas, y ahora son más rentables. Sin embargo, una batería de Ni-Cd tiene una tasa de autodescarga menor (por ejemplo, 20% por mes para una batería de Ni-Cd, frente a 30% por mes para una batería de NiMH convencional en condiciones idénticas), aunque ahora hay disponibles baterías de NiMH de baja autodescarga ("LSD") , que tienen una autodescarga sustancialmente menor que las baterías de Ni-Cd o las baterías de NiMH convencionales. Esto da como resultado una preferencia por las baterías de Ni-Cd sobre las baterías de NiMH sin LSD en aplicaciones donde el consumo de corriente de la batería es menor que la tasa de autodescarga de la propia batería (por ejemplo, controles remoto de televisión). En ambos tipos de celdas, la tasa de autodescarga es más alta para un estado de carga completa y disminuye un poco para 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 tasa de descarga máxima más alta (lo que puede ser importante para aplicaciones como herramientas eléctricas).

La principal desventaja de las baterías de Ni-Cd es su mayor coste y el uso de cadmio. Este metal pesado es un peligro para el medio ambiente y es altamente tóxico para todas las formas superiores de vida. También son más caras 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, especialmente con los sistemas de carga relativamente simples que se emplean para las baterías de tipo plomo-ácido . Mientras que las baterías de plomo-ácido se pueden cargar simplemente conectando una dinamo a ellas, 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 una fuga térmica, donde la corriente de carga continuaría aumentando hasta que se active el corte por sobrecorriente o la batería se destruya a sí misma. Este es el factor principal 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 sencilla, pero los fabricantes de automóviles son reacios a abandonar la tecnología probada. ^[9]

Las baterías de Ni-Cd pueden sufrir un " efecto memoria " si se descargan y se recargan hasta alcanzar el mismo estado de carga cientos de veces. El síntoma aparente es que la batería "recuerda" el punto de su ciclo de descarga en el que 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, a todos los efectos prácticos, la batería parecerá "muerta" antes de lo normal.

Hay pruebas de que la historia del efecto memoria se originó a partir de satélites en órbita, que se cargaban y descargaban de manera similar con cada órbita alrededor de la Tierra durante un período de varios años. ^[10] Después de este tiempo, se descubrió que las capacidades de las baterías habían disminuido significativamente, pero aún eran aptas para su uso. Es poco probable que esta carga repetitiva precisa (por ejemplo, 1000 cargas/descargas con una variabilidad inferior al 2 %) pudiera ser reproducida alguna vez por personas que utilicen aparatos eléctricos. El artículo original que describe el efecto memoria fue escrito por científicos de GE en su Departamento de Negocios de Baterías en Gainesville, Florida, y luego se retractaron por ellos, pero el daño ya estaba hecho. ^[11]

La batería sobrevive a miles de ciclos de carga y descarga. También es posible reducir el efecto memoria descargando la batería por completo aproximadamente una vez al mes. ^{[ cita requerida ]} De esta manera, aparentemente la batería no "recuerda" el punto de su ciclo de carga.

Un efecto con síntomas similares al efecto memoria es el llamado efecto de depresión de voltaje o efecto de batería perezosa . Esto es resultado de una 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 raros, gran parte de la capacidad perdida se puede recuperar con unos pocos ciclos de descarga profunda, una función que suelen proporcionar los cargadores de batería automáticos. Sin embargo, este proceso puede reducir la vida útil de la batería. ^{[ cita requerida ]} 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 apagarán y no dañarán la batería, pero este parece ser un problema común. ^{[ cita requerida ]}

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 la batería.

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

En virtud de la denominada "Directiva sobre baterías" ( 2006/66/EC ), la venta de baterías de Ni-Cd de consumo ha quedado prohibida en la Unión Europea, excepto para uso médico, sistemas de alarma, iluminación de emergencia y herramientas eléctricas portátiles. Esta última categoría ha quedado prohibida a partir de 2016. ^[12] En virtud de la misma directiva de la UE, las baterías de Ni-Cd industriales usadas deben ser recogidas por sus productores para reciclarlas en instalaciones específicas.

• Reciclaje de baterías
• Comparación de tipos de baterías
• Lista de tamaños de baterías
• Lista de tipos de baterías
• Relación potencia-peso

• "Una batería de níquel-cadmio dura tanto como un automóvil". Popular Science , agosto de 1948, págs. 113-118.
• Manual de operación y mantenimiento de baterías de Ni-Cd para aeronaves (PDF)
• Historia de las baterías de níquel-cadmio Alcad en Redditch, 1918-1993