СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК АККУМУЛЯТОРОВ

СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК АККУМУЛЯТОРОВ


RU (11) 2166815 (13) C1

(51) 7 H01M10/12, H01M10/26 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.03.2008 - может прекратить свое действие 

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

(21) Заявка: 99127082/09 
(22) Дата подачи заявки: 1999.12.27 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1999.12.27 
(43) Дата публикации заявки: 2001.05.10 
(45) Опубликовано: 2001.05.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2050644 C1, 20.12.1995. RU 2142179 C1, 27.11.1999. US 5451475 A, 19.09.1995. US 5260148 A, 09.11.1993. US 5246798 A, 21.09.1993. 
(71) Заявитель(и): Пряничников Валентин Евгеньевич 
(72) Автор(ы): Ефанов В.П.; Пряничников В.Е.; Селиверстов С.Д.; Шуруев А.А. 
(73) Патентообладатель(и): Ефанов Валерий Павлович; Пряничников Валентин Евгеньевич; Селиверстов Сергей Дмитриевич; Шуруев Анатолий Андреевич 
Адрес для переписки: 123557, Москва, ул. М. Грузинская 38, кв.110, Пряничникову В.Е. 

(54) СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК АККУМУЛЯТОРОВ 

Изобретение решает задачу улучшения рабочих характеристик аккумуляторов: электрических (саморазрядка и прочие) и эксплуатационных (морозостойкость и др.). Согласно изобретению в аккумулятор вводят эффективное количество смеси пространственно-затрудненных фенолов - агидола-1 и бисалкофена (50 - 99) : (50 - 1), при этом в случае щелочных аккумуляторов (Ni - Zn) смесь вводят в электролит или в пасту для формования одного или обоих электродов, а в случае кислотных аккумуляторов (например, свинцовых) - в пасту для формования электродов, одного или обоих. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, конкретно к способам улучшения рабочих (эксплуатационных и электрических) характеристик аккумуляторов, и может найти применение при их создании и ремонте.

В то время как в случае кислотных аккумуляторов основным недостатком является сульфатация, широкому внедрению щелочных аккумуляторов в практику препятствуют такие их недоставки, как: образование дендритов (древовидных разрастаний), выделение кислорода и его миграция, перенос массы электродов, разбухание при протекании циклических процессов, сопровождающееся отслаиванием и осыпанием материалов аккумулятора.

Решение этих проблем обычно ищут на путях введения в аккумуляторы добавок, которые способствуют улучшению рабочих характеристик. Перечень таких веществ обширен, и в нем в настоящее время не упомянут разве что флогистон, - вероятно, по причине неясной генеалогии. Так, например, для улучшения рабочих характеристик аккумуляторов описано введение: металлоценов (патент США N 5536599), солей аммония, морфолина, пиридина, пирролидина, ионов двухвалентного олова и свинца (патент США N 4510218), ферри- или ферроцианидов натрия или калия, а также K2H3(CN)4 (патент США N 4563403), оксалата кальция (патент США N 5451475, НКИ: 429/212), тетратиотетрацена (патент США N 4181779), сополимера винилпирролидона (патент США N 5180646), хелатообразующих аминопроизводных, в частности ЭДТУ, нитрилолуксусная кислота (патент США N 4377625, НКИ: 429/198), полибензимидазола, полибензотиазола, полибензоксазола (патент США N 4471038), октил- и 2-этилгексилсульфоновых кислот (патент США N 5284723), производных кислот таллового или кокосового масла (патент США N 5246798), сульфамата свинца (патент США N 4074029, НКИ: 429/198), желатины, пептона, фенола, гидрохинона, 1,4-нафтохинона, 1-нафтол-4-гидроксиантрахинона, 1-амино- 1-нафтол-3-сульфоновой кислоты, эвгенола, лигнинсульфоновой кислоты, диметиланилина, дибензолсульфонамида, аллантоина, резорцина, кумарина, мочевины, глицина (патент США N 4065606, НКИ: 429/198). Впечатляющий перечень добавок, способствующих улучшению рабочих характеристик аккумуляторов, содержится в описании к патенту США N 5260148, являющемся своеобразным обзором заявок Японии по данной теме.

В выбранном в качестве ближайшего аналога решении согласно патенту Российской Федерации N 2050644 (МКИ H 01 M 10/12, Бюл. 35, 1995 г.) описан кислотный (свинцовый) аккумулятор, в электролит которого, с целью увеличения срока службы и улучшения электрических и эксплуатационных свойств, введено от 0,02 до 0,4% (на массу электролита) смеси пространственно-затрудненных фенолов, агидола-1 и бисалкофена, при массовом соотношении между этими фенолами (50-99): (50-1).

Изобретение решает задачу разработки способа, позволяющего улучшить электрические и эксплуатационные характеристики (повышение срока службы, придание морозостойкости) как кислотных, так и щелочных аккумуляторов в процессе их создания и/или реновации (обновления).

Результат достигнут благодаря тому, что в способе улучшения электрических и эксплуатационных характеристик аккумуляторов, предусматривающем добавление в аккумулятор эффективного количества смеси пространственно-затрудненных фенолов - агидола-1 и бисалкофена, взятых в массовом соотношении между ними (50-99): (50-1), указанную смесь фенолов вводят в пасту, используемую для формования электродов, и тогда аккумулятор представляет собой кислотный аккумулятор, или эту смесь фенолов вводят в пасту, используемую для формования электродов, или в электролит, и тогда аккумулятор представляет собой щелочной аккумулятор, при этом добавку вводят в пасту, используемую для формования только одного из электродов (положительного или отрицательного) или обоих электродов сразу.

В предпочтительном варианте кислотный аккумулятор представляет собой свинцовый, а щелочной аккумулятор - никель-цинковый (хотя аналогичные результаты получены с аккумуляторами никель-кадмиевым, железо-никелевым, цинк-серебряным, кадмий-серебряным).

Отмеченный эффект пространственно-затрудненных фенолов, по-видимому, объясняется их химическим поведением в кислой (щелочной) среде или пасте и склонностью к образованию свободных радикалов, триад или иных заряженных частиц, а также, возможно, интеркаляцией (внедрением) фенольных ядер между слоями материалов, образующих электроды.

При выбранном соотношении между ингредиентами смеси фенолов, т.е. (50-99): (50-1), отмечен максимум действия, объясняемый синергизмом; при отступлении от указанного соотношения эффект выражен слабо или почти отсутствует.

Содержание смеси фенолов в пасте для формования электродов (в случае кислотных и щелочных аккумуляторов) или в электролите (в случае щелочных аккумуляторов), составляющее от 0,02 до 0,4%, определяется наличием нижнего порога проявления активности, ниже которого активность отсутствует. Что касается верхнего предела, при его превышении дальнейшего прироста эффекта не наблюдается.

Следует отметить, что введение смеси фенолов непосредственно в пасту для формования электродов, во-первых, позволяет "сконцентрировать" эффект, поскольку ингредиенты постоянно оказываются на активном участке, а не распределенными по всему объему электролита; во-вторых, при "лечении" аккумулятора (его обновлении) отпадает забота об утилизации значительных объемов электролита, содержащего фенолы и требующего нейтрализации во избежание загрязнения окружающей среды: так, в патенте США N 5277997 (НКК: 429/49) предложено щелочную "начинку" аккумулятора нейтрализовывать лимонной кислотой - ценным пищевым продуктом. Напротив, удаление вышедших из строя слоев электродов, содержащих добавки, осуществляется скалыванием (соскабливанием) и сбором для дальнейшей утилизации, а для обновления достаточно замазать поврежденные места. Допустимо, вместе с тем, содержащий эти фенолы отработанный электролит сливать в особые емкости, и выбор того или иного варианта введения фенолов диктуется соображениями удобства в каждом конкретном случае.

Изобретение поясняется примерами его практического осуществления.

Пример 1. Во все 32 элемента свинцово-кислотной батареи 32 ТН-450-У2, имевшей 20% начальной емкости, в пасту, используемую для формования обоих электродов, после первого контрольного цикла зарядка/разрядка вводили по 0,1% смеси агидола-1 и бисалкофена (99:1), производимой в соответствии с ТУ 2425-001-17945561 и ТУ 200/01-0204/01 от 23.02.99 г. Госстандарта России. На фигуре 1 представлены зоны глубокой сульфатации (----), уменьшившиеся в процессе восстановления, для начальной стадии из трех циклов. Затем батарея была установлена на тепловоз 2М62У, секция Б. Показания напряжения стабилизировались во всех банках на уровне 2,0 В и не изменялись в течение следующих 1,5 месяцев при измерении по возвращении тепловоза в депо. На фиг. 1 (-) отвечает зоне восстановления, а - зоне, указывающей на необходимость замены элемента.

Пример 2. Во все 75 элементов щелочной никель-кадмиевой аккумуляторной батареи NKS-150 с тепловоза 4МЭЗ, имевшей 20% исходной емкости, после первого контрольного цикла зарядка/разрядка/зарядка по истечении двух суток отстоя вводили по 0,1% смеси агидола-1 и бисалкофена (75:25), при этом для 40 элементов смесь вводили в электролит, а для 35 элементов - в пасту для формования электродов (у 19 элементов - положительного электрода, у 10 - отрицательного и у 6 элементов - обоих электродов одновременно). Циклы 1-й, 2-й, 3-й и 4-й проводили двойным номинальным током зарядка/разрядка, равным 30 А (разрядка: циклы 1-3 по 3 часа, цикл 4 - 4 часа, зарядка: циклы 1-4 по 6 часов). Перед введением добавки показания напряжения в заряженных банках составляли 1,4 В. После введения добавки емкость во всех без исключения 75 элементах возросла и в 67 элементах достигла 80% от начальной к 4-му циклу (т.е. увеличилась в 4 раза по сравнению с исходными 20%).

Пример 3. В щелочную аккумуляторную батарею марки 40-ВЕЖ-300, имевшую отстающие элементы и пониженную емкость (50% от номинальной) и напряжение одного элемента под нагрузкой 0,5-0,6 В, добавили смесь агидола-1 и бисалкофена (50:50) из расчета 0,3% (к массе электролита). Провели три зарядно-разрядных цикла: циклы 1 и 2 - зарядка в течение 10 часов и разрядка в течение 2 часов, цикл 3 - зарядка в течение 10 часов, разрядка в течение 3 часов. После цикла 3 напряжение элементов под нагрузкой составило 1,1- 1,3 В, а напряжение батареи достигло 52 В после разрядки током 60 А в течение 3 часов. Батарея была установлена на железнодорожный вагон, который эксплуатировался в зимних условиях на трассе Москва-Иркутск в течение полугода (срок наблюдений). Отмечено заметное уменьшение выкипания электролита (по постоянству плотности электролита).

Пример 4. В щелочные батареи фирмы "ВАРТА" (12 В/140 Ач, I=400 А) в электролит добавляли 0,1% смеси агидола-1 с бисалкофеном (99:1) и при температуре минус 30oC определяли стартерную мощность. Из фиг. 2 видно, что батарея с добавкой (кривая а) сохраняет стартерный режим до 6-й минуты, в то время как батарея без добавки (кривая б) теряет возможность работы в стартерном режиме уже к 4-й минуте, при этом на 4-й минуте у батареи с добавкой (кривая а) напряжение на 0,9 В выше, чем у батареи без добавки.

Пример 5. На щелочных батареях фирмы "ВАРТА" (12 В/55 Ач; I=10 А) определяли влияние введения 0,1% смеси агидола-1 и бисалкофена (99:1) на работоспособность после 4-х лет эксплуатации и 3-х месяцев хранения в заряженном состоянии (см. кривую а на фиг. 3; кривая б там же отвечает батарее без добавки и служит целям сравнения). Видно, что емкость батареи с добавкой почти вдвое превышает емкость батареи без добавки.

Пример 6. В 21 батарею фирмы "ВАРТА" (6 В/250 Ач, I=25 А, кислотные) в пасту для формования обоих электродов добавляли по 0,09% смеси агидола-1 и бисалкофена (75:25) и после 2,5 суток зарядки достигали 100%-ного восстановления исходной (номинальной) характеристики (без добавки спустя 4-9 суток после начала зарядки процент восстановленных батарей едва превысил 50%).

Пример 7. В 3 батареи Курского завода 6СТ90ЭМ (кислотные) в пасту для формования одного из электродов добавляли по 0,05% смеси агидола-1 и бисалкофена (99: 1) и через 28 суток саморазряда отмечали только 1,0% саморазряда (в сравнительном опыте на 9 батареях без добавки уже через 14 суток саморазряд составил 4,0-4,9%).

Пример 8. Поступали как в примере 7, но работали с батареями Подольского завода 6СТ190СМ. С добавкой саморазряд через 20 суток составил 0,5%, а без добавки - 2,6-3,7% (через 14 суток). 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ улучшения электрических и эксплуатационных характеристик аккумуляторов, предусматривающий введение 0,02 - 0,4% смеси пространственно-затрудненных фенолов: агидола-1 и бисалкофена, взятых в массовом соотношении (50 - 99) : (50 - 1), отличающийся тем, что в случае щелочных аккумуляторов указанную смесь фенолов вводят в электролит или в пасту, используемую для формования одного или обоих электродов, а в случае кислотных аккумуляторов - в пасту, используемую для формования электродов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочных аккумуляторов выбирают никель-цинковые аккумуляторы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислотных аккумуляторов выбирают свинцовые аккумуляторы.




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