СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАДМИЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАДМИЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА


RU (11) 2140121 (13) C1

(51) 6 H01M4/28, H01M4/44 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.03.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 98102717/09 
(22) Дата подачи заявки: 1998.02.19 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.02.19 
(45) Опубликовано: 1999.10.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: JP 61-190860 A, 25.08.86. RU 2080694 C1, 27.05.97. US 5064735 A, 12.11.91. 
(71) Заявитель(и): Уральский электрохимический комбинат 
(72) Автор(ы): Гудимов Н.Л.; Ковалев А.Н.; Жидков В.А.; Потанин А.В.; Шубин П.Ю. 
(73) Патентообладатель(и): Уральский электрохимический комбинат 
Адрес для переписки: 624130, Свердловская обл., Новоуральск, ул.Дзержинского 2, УЭХК, Патентное бюро 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАДМИЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве щелочных аккумуляторов с безламельными электродами. Согласно изобретению способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора включает заполнение пористой спеченной никелевой основы необходимым количеством активной массы путем пропитки азотнокислым кадмием с последующим превращением его в гидроксид кадмия и термообработку, причем термообработку производят в восстановительной атмосфере, например в водороде, по режимам, обеспечивающим содержание в активной массе металлического кадмия, расчетную долю которого вычисляют из выражения К = { [6,144(M1-M0)(M2-M0)] -7} 100%, где К - расчетная доля металлического кадмия, М0, М1 и М2 - масса электрода соответственно до пропитки, после пропитки и после термообработки, и выдерживают равной 25-50%. Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости изготовления и обеспечения заданной заряженности. 3 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве щелочных аккумуляторов с безламельными электродами.

Известен способ изготовления кадмиевых электродов щелочного аккумулятора (1 - патент РФ N 2080694, класс H 01 M 4/08) путем пропитки пористой спеченной никелевой основы в растворе щелочи, промывки в воде и сушки. Перечисленные операции повторяют несколько раз до заполнения основы необходимым количеством активной массы (гидроксида кадмия). После завершения операции пропитки электроды подвергаются электрохимической очистке, которая заключается в проведении от одного до нескольких циклов "заряд-разряд" в щелочном электролите с последующей промывкой в воде и сушкой, и имеет целью формирование структуры активной массы и удаление из нее нежелательных примесей, в том числе азотосодержащих соединений, например нитратной группы, которая ухудшает электрические характеристики аккумуляторов при циклировании и повышает саморазряд при хранении их в заряженном состоянии. Недостатком известного способа является большая трудоемкость и нетехнологичность операции формирования, которая из-за значительной продолжительности во времени затрудняет организацию процесса непрерывной обработки.

В качестве прототипа выбран способ изготовления кадмиевых электродов (2-выложенная заявка Японии N 61-190860, класс H 01 M 4/28), характеризующийся тем, что после заполнения пористой основы активной массой путем пропитки азотнокислым кадмием с последующим превращением его в гидроксид кадмия, проводят термообработку электродов при температуре от 210 до 310oC в атмосфере, состоящий из смеси инертного газа и водорода при содержании водорода ниже 4% объемных.

Недостатком способа является то, что из-за низкой концентрации в газовой смеси водорода активация активной массы электродов затруднена и поэтому, как показал эксперимент, такой способ не обеспечивает изготовление электродов с заданной степенью заряженности.

Заявляемый способ позволяет решить задачу изготовления кадмиевых электродов с заданной степенью заряженности и снижения трудоемкости при их производстве.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе изготовления кадмиевых электродов, включающем заполнение пористой спеченной никелевой основы необходимым количеством активной массы путем пропитки ее в растворе азотнокислого кадмия с последующим превращением его в гидроксид кадмия и термообработку, согласно заявляемому техническому решению, термообработку производят в восстановительной атмосфере, например в водороде, по режимам, обеспечивающим содержание в активной массе металлического кадмия, расчетную долю которого вычисляют из выражения



где K - расчетная доля кадмия,

M0, M1, M2 - масса электрода соответственно до пропитки, после пропитки и после термообработки, и выдерживают равной 25-50%.

Предлагаемый способ позволяет изготавливать кадмиевые электроды с заданной степенью заряженности, что является особенно важным для производства никель-кадмиевых герметичных цилиндрических аккумуляторов. Использование кадмиевых электродов с заданной степенью заряженности обеспечивает безопасное поведение герметичных аккумуляторов при зарядно-разрядных процессах, в том числе и в режиме перезаряда и переразряда. Обработка в восстановительной атмосфере повышает пластичность и гибкость кадмиевых электродов, что позволяет снизить брак при сборке цилиндрических аккумуляторов. Применение способа термообработки вместо формирования в режиме "заряд-разряд" в щелочном электролите позволяет механизировать процесс изготовления электродов, существенно снизить трудоемкость их производства, сократить расход щелочи и дистиллированной или очищенной воды. При этом обеспечивается удаление из активной массы электродов азотсодержащих соединений, в частности нитратной группы и, соответственно, сохранность заряда аккумуляторов при их длительном бездействии в заряженном состоянии.

В табл. 1 приведены результаты работ по экспериментальному обоснованию выбранных режимов изготовления кадмиевых электродов по предлагаемому способу. Работы проводились с электродами размером /110х41х0,48/ мм. Термообработка производилась в атмосфере водорода. Степень заряженности электродов оценивалась по величине "остаточной" емкости, которая определялась в измерительной ячейке со щелочным электролитом и противоэлектродом /заряженным окисно-никелевым электродом/ разрядом током 200 мА до напряжения 1 В. Разрядная емкость определялась в той же ячейке после измерения "остаточной" емкости проведением цикла "заряд током 280 мА в течение 5 часов - разряд током 200 мА напряжения 1 В". Для сравнения в таблице приведены характеристики электрода, не подвергнутого термообработке /см. табл. 1, оп. 6/.

Как следует из таблицы, при термообработке в режимах, приводящих к образованию в активной массе менее 25% металлического кадмия (см. оп. 1), электродам сообщается слишком низкая степень заряженности, что видно по величине "остаточной" емкости. В результате же термообработки, обеспечивающей превращение в металлический кадмий более 50% активной массы, электроды приобретают высокую остаточную емкость, но при этом заметно снижается их разрядная емкость (срав. оп. 5 и 6), что можно объяснить укрупнением частиц активной массы и снижением ее удельной поверхности за счет спекания.

Термообработка же по режимам, которые обеспечивают получение активной массы с расчетной долей металлического кадмия от 25 до 50%, позволяет изготавливать электроды с требуемыми емкостными характеристиками.

Пример 1. Из электродной основы с пористостью 72%, изготовленной методом двустороннего нанесения на полученную прокатом никелевого порошка ленту-подложку пористостью 9% и толщиной (403) мкм пасты, состоящей из никелевого порошка с размером частиц 2,9 мкм, порообразователя и связующего, с последующей сушкой и спеканием, вырезали заготовки размером (110х41х0,48) мм. Заготовки подвергали пропитке в водном растворе азотнокислого кадмия плотностью (1,650,01) г/л, после сушки на воздухе обрабатывали раствором щелочи (водным раствором едкого кали), промывали водой и сушили; всего проводили 5 циклов пропитки. Часть электродов пропускали на конвейерной ленте, движущейся со скоростью 0,3 м/мин, через туннельную печь с длиной муфеля 1,7 м в атмосфере водорода при температуре 270oC.

Вторую часть электродов использовали для изготовления по способу прототипа, для чего электроды пропускали через туннельную печь в атмосфере, состоящей из 98% /объемных/ азота и 2% /объемных/ водорода.

И, наконец, еще одну часть пропитанных электродов для оценки разрядной емкости подвергали формированию в щелочном электролите проведением двух циклов "заряд током 280 мА в течение 5 часов - разряд током 200 мА до напряжения 0,8 В по цинковому электроду сравнения"; емкость определяли на втором цикле.

Результаты приведены в табл. 2. В табл.2 приняты те же обозначения, что и в табл. 1. Определение "остаточной" и разрядной емкости электродов, изготовленных по предлагаемому способу и по способу прототипа, производилось так же, как и при выполнении работы по экспериментальному обоснованию выбранных режимов /см. табл. 1/.

Из данных табл. 2 видно, что предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом заметно /более чем в 10 раз/ повысить степень заряженности электродов при сохранении высокой разрядной емкости.

На базе кадмиевых электродов, изготовленных по предлагаемому способу, были собраны никель-кадмиевые герметичные цилиндрические аккумуляторы типа KRM 15/51 /НКГЦ-0,5/. Аккумуляторы комплектовались окисно-никелевыми электродами размером /82х41х0,46/ мм; электродная основа для них изготавливалась так же, как и для кадмиевых электродов. Пропитка осуществлялась по режиму: выдержка в растворе азотнокислого никеля плотностью /1,650,01/ г/л при температуре /705/oC в течение 2 ч, сушка на воздухе 1 ч, выдержка в растворе гидроксида калия плотностью /1,200,01/ г/л при температуре /655/oC в течение 2 ч, промывка, сушка на воздухе. Проводили четыре цикла пропитки в растворе азотнокислого никеля, пятый цикл пропитки - в растворе азотнокислого кобальта; суммарный удельный привес активной массы составил в среднем 1,3 г/см3. Электроды формировали в щелочном электролите путем заряда током 150 мА в течение 7,5 часов и разряда током такой же величины до напряжения 1,5 В по цинковому электроду. Проводили три цикла формирования, емкость электродов определяли на третьем цикле; она составила в среднем 0,74 Ач. В качестве сепаратора для сборки аккумуляторов использовался полиамид-22А. Для сравнения были собраны аккумуляторы на базе кадмиевых электродов, изготовленных по стандартной технологии /см. табл. 2, оп. 3/.

Аккумуляторы были испытаны циклированием по режиму "заряд током 50 мА в течение 16 часов - разряд током 100 мА до напряжения 1 В" и на сохранность заряда в соответствии с ГОСТ 26367.1-93 /разряд током 100 мА до напряжения 1 В после хранения в заряженном состоянии в течение 28 суток при разомкнутой цепи и температуре 20oC.

Результаты испытаний представлены в табл. 3.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ изготовления кадмиевого электрода не приводит к ухудшению поведения аккумуляторов при циклировании и обеспечивает сохранность заряда при длительном хранении в разряженном состоянии.

Расчеты показывают, что при изготовлении, например, 1000 кадмиевых электродов для аккумуляторов KRM 15/51 предлагаемым способом достигается экономия (по сравнению с традиционной технологией, т.е. с применением формирования электродов) 0,05 м3 водного раствора едкого кали и 0,7 м3 очищенной воды, а при условии замены трех формировочных стендов одной туннельной печью с конвейерной лентой трудоемкость снижается в 5 раз.

Источники информации:

1. Патент РФ N 2080694, H 01 M 4/80, 10/28, 07.07.93.

2. Выложенная заявка Японии N 61-190860, H 01 M 4/28. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ изготовления кадмиевого электрода щелочного аккумулятора, включающий пропитку пористой никелевой основы в растворе азотнокислого кадмия, сушку, обработку раствором щелочи, промывку, сушку и термообработку, отличающийся тем, что термообработку производят в восстановительной атмосфере, например в водороде, по режимам, обеспечивающим содержание в активной массе металлического кадмия, расчетную долю которого вычисляют из выражения:



где К - расчетная доля металлического кадмия;

М0, М1 и М2 - масса электрода соответственно до пропитки, после пропитки и после термообработки,

и выдерживают равной 25-50%.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru