ПАСТА ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

ПАСТА ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА


RU (11) 2194341 (13) C1

(51) 7 H01M4/32, H01M4/52, H01M10/30 

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

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

(21) Заявка: 2001111310/09 
(22) Дата подачи заявки: 2001.04.23 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.04.23 
(45) Опубликовано: 2002.12.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2030032 С1, 27.02.1995. US 4074030 А, 14.02.1978. US 6203945 А, 20.03.2001. ЕР 0284333 А2, 28.09.1988. US 6210833 А, 03.04.2001. 
(71) Заявитель(и): Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" 
(72) Автор(ы): Агадуллина Е.А.; Беляев А.Л.; Ильенко Е.В.; Лосицкий А.Ф.; Полянский А.И.; Родченков Н.В.; Черемных Г.С.; Штуца М.Г. 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" 
Адрес для переписки: 427620, Удмуртская республика, г.Глазов, ул. Белова, 7, ОАО "Чепецкий механический завод", Патентно-информационный отдел 

(54) ПАСТА ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА 

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к составам паст на основе гидрата закиси никеля, предназначенных для наполнения положительного электрода химических источников тока. Техническим результатом изобретения является повышение электропроводности пасты и срока эксплуатации источника тока без замены электролита. Согласно изобретению паста положительного электрода химических источников тока, состоящая из порошка на основе гидрата закиси никеля, добавок и воды, в качестве добавок содержит кобальт, закись кобальта, сульфат кобальта, поливиниловый и этиловый спирты при следующем соотношении компонентов, мас.%: гидрат закиси никеля - 57-70, кобальт - 1-6, закись кобальта - 1-6, сульфат кобальта - 0,5-2, поливиниловый спирт - 0,1-0,5, этиловый спирт - 5-10, деионизированная вода - остальное, при этом паста имеет структуру, в которой сферические частицы гидрата закиси никеля покрыты тонким слоем сульфата кобальта и окружены более мелкими сферическими частицами кобальта и закиси кобальта. 1 табл., 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области электрохимии, в частности к составам паст на основе гидрата закиси никеля, предназначенных для наполнения положительного электрода химических источников тока.

Известна паста для электрода, состоящая из порошка, воды и водорастворимых связующих (заявка Японии (12) ВЧ (11) 1-22710, Н 01 М 4/80, 4/74, опубл. 21.10.1980).

Недостатком известной пасты является ее недостаточно высокая электропроводность.

Известна водная паста высокой текучести из гидроксида никеля, содержащая 30-50% объемных гидроксида никеля и 0,5-5%, отнесенных к содержанию гидроксида никеля, диспергаторов из группы растворимых в воде солей полифосфорной кислоты или ди- и полифосфорной кислоты и ее производных (заявка ФРГ А1(11) 3817826, Н 01 М 4/32, 4/28, опубл. 30.11.1988).

Недостатком известной пасты является ее недостаточно высокая электропроводность.

Известна никельгидроксидная или никельоксидгидроксидная водная высокотекучая паста, содержащая 30-50% объемных гидроксида никеля или оксидгидрооксида никеля и 0,4-6,3% в расчете на гидроксид никеля, диспергатора из группы растворимых в воде солей ди- и/или полифосфорной кислоты или ее производных.

(Патент Германии 4010811, Н 01 М 4/32, 4/28, опубл. 08.08.1991).

Недостатком известной пасты является се недостаточно высокая электропроводность.

Известна активная паста положительного электрода, содержащая кобальт и/или оксиды кобальта. (Заявка ЕПВ 0284333, Н 01 М 10/34, 4/52, 4/38, опубл. 28.09.1988).

Недостатком известной пасты является ее недостаточно высокая электропроводность, определяемая неэффективной структурой этой пасты.

Известна активная паста для положительного электрода щелочного аккумулятора, состоящая из гидрата закиси никеля (в пересчете на никель) 45-48 кг, из графита - 16,5-18,5 кг и из едкого кали (плотностью 1,09-1,1) - 1,6-6,0 кг в расчете на 100 кг массы. (Дасоян М.А. Химические источники тока. - Л.: Энергия, 1969 г., с.261).

Недостатком известной пасты является ее недостаточно высокая электропроводность, связанная с низкой активностью никеля, а также недостаточно высокий срок эксплуатации, связанный с наличием в составе пасты графита.

Наиболее близким техническим решением, выбранным авторами за прототип, является известная паста положительного электрода химического источника тока, состоящая из порошка на основе гидрата закиси никеля, добавок: 16-18% графита и гидроокиси бария (1,7-2,3% бария к никелю) и воды. (Дасоян М.А. Химические источники тока. - Л.: Энергия, 1969 г., с.260).

Недостатком известной пасты является ее недостаточно высокая электропроводность, связанная с низкой активностью никеля, а также недостаточно высокий срок эксплуатации химических источников тока, связанный с наличием в пасте графита, который приводит к карбонизации электролита и необходимости его замен.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение электропроводности пасты и срока эксплуатации источника тока без замены электролита.

Технический результат достигается тем, что в известной пасте положительного электрода химических источников тока, состоящей из порошка на основе гидрата закиси никеля, добавок и воды, в качестве добавок содержится кобальт, закись кобальта, сульфат кобальта, поливиниловый и этиловый спирты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гидрат закиси никеля - 57-70

Кобальт - 1-6

Закись кобальта - 1-6

Сульфат кобальта - 0,5-2

Поливиниловый спирт - 0,1-0,5

Этиловый спирт - 5-10

Деионизированная вода - Остальное

при этом паста имеет структуру, в которой сферические частицы гидрата закиси никеля покрыты тонким слоем сульфата кобальта и окружены более мелкими сферическими частицами кобальта и закиси кобальта.

При анализе патентных и научно-технических источников не выявлено технических решений, обладающих всей совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения.

Таким образом, заявляемая паста положительного электрода химических источников тока по результатам анализа уровня техники является неизвестной и соответствует критерию патентоспособности изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники показало, что известна паста положительного электрода с добавками кобальта, оксидов и сульфатов кобальта, известно использование поливинилового и этилового спиртов в пастах, известна сферическая форма частиц.

Однако выявленные технические решения лишь частично содержат существенные признаки заявляемой пасты и не обладают всей совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения. Необходимо отметить, что в заявляемой пасте только вся совокупность известных и не известных существенных признаков позволяет получить новый, ранее не известный положительный эффект, заключающийся в значительном повышении электропроводности пасты и срока эксплуатации химических источников тока без замены электролита.

Заявляемое техническое решение явным образом не следует из уровня техники, т.к. между составом пасты и ее структурным строением, с одной стороны, и электропроводностью и сроком эксплуатации источников тока, с другой стороны, существуют сложные нелинейные зависимости, которые не позволяют однозначно теоретически определять оптимальные параметры пасты без проведения большого количества длительных экспериментов.

Таким образом, заявляемая паста соответствует критерию патентоспособности изобретения "изобретательский уровень".

Технический результат в заявляемой пасте достигается путем использования в качестве добавок в гидрат закиси никеля кобальта, закиси и сульфата кобальта, поливинилового и этилового спиртов в заявляемых пределах, которые позволяют создать определенную структуру пасты, представляющую собой сферические частицы гидрата закиси никеля, покрытые тонким слоем сульфата кобальта и окруженные более мелкими сферическими частицами кобальта и закиси кобальта. Данная структура пасты обеспечивает более высокую ее электропроводность и высокую плотность энергии при превосходном коэффициенте использования действующей массы. Заявляемая паста отличается от известных меньшими локальными дефектами, что позволяет дополнительно повысить ее электропроводность за счет значительного уменьшения потерь в локальных зонах. Увеличение срока эксплуатации источников тока с заявляемой пастой достигается за счет исключения из ее состава графита, что приводит к исключению возможности карбонизации электролита и, следовательно, необходимости его замены.

Для проверки заявляемого технического решения была проведена следующая работа.

По прототипу изготавливали пасту положительного электрода следующего состава, мас.%:

Гидрат закиси никеля - 48

Графит - 17

Гидроокись бария - 1,15

Вода - Остальное

Пасту получали путем засыпания в лопастной смеситель порошков: гидрата закиси никеля, графита и гидроокиси бария в заданных количествах и последующего заливания в смеситель воды. Смесь перемешивали до получения однородной массы.

По заявляемому техническому решению получали пасту положительного электрода нескольких составов, в которых соотношение компонентов пасты варьировали следующим образом, мас.%:

Гидрат закиси никеля - 55, 57, 64, 70, 72;

Кобальт - 0,5; 1; 3,5; 6; 6,5;

Закись кобальта - 0,5; 1; 3,5; 6; 6,5;

Сульфат кобальта - 0,25; 0,5; 1,25; 2; 2,2;

Поливиниловый спирт - 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 0,6;

Этиловый спирт - 4; 5; 7,5; 10; 12;

Деионизированная вода - Остальное

Заявляемую пасту получали путем засыпания в лопастной смеситель порошков: гидрата закиси никеля, кобальта, закиси и сульфата кобальта и залива в него поливинилового спирта (растворенного в деионизированной воде), этилового спирта, деионизированной воды в заданных соотношениях. Смесь перемешивали до получения однородной массы. Пасту по прототипу и заявляемому решению намазывали на положительный электрод щелочного аккумулятора и сушили при температуре 70-80oС до постоянной массы. По каждому варианту изготавливали по 3 образца.

В процессе выполнения данной работы на полученных электродах определяли структуру пасты, ее электропроводность и срок службы в составе аккумулятора по стандартным методикам. Результаты исследований представлены в таблице и на чертеже. На чертеже представлена структура заявляемой пасты.

Анализ данных, представленных в таблице и на чертеже, показывает, что заявляемая паста отличается от пасты по прототипу своей структурой: у нее сферические частицы гидрата закиси никеля покрыты тонким слоем сульфата кобальта и окружены более мелкими сферическими частицами кобальта и закиси кобальта, в отличие от игольчатой и дисперсной структуры пасты по прототипу.

Заявляемая паста также отличается от пасты по прототипу более высокой электропроводностью (183,5-408,9% вместо 100% у прототипа) и более длительным сроком эксплуатации без замены электролита (1256-1347% вместо 100% у прототипа). Оптимальным составом заявляемой пасты является следующий (опыты 2-4), мас.%:

Гидрат закиси никеля - 57-70

Кобальт - 1-6

Закись кобальта - 1-6

Сульфат кобальта - 0,5-2

Поливиниловый спирт - 0,1-0,5

Этиловый спирт - 5-10

Деионизированная вода - Остальное

при этом паста имеет структуру, в которой сферические частицы гидрата закиси никеля покрыты тонким слоем сульфата кобальта и окружены более мелкими сферическими частицами кобальта и закиси кобальта.

Уменьшение в пасте содержания, мас.%: гидрата закиси никеля - менее 57, кобальта - менее 1, закиси кобальта - менее 1, сульфата кобальта - менее 0,5; поливинилового спирта - менее 0,1; этилового спирта - менее 5, деионизированная вода - остальное (опыт 1) приводит к снижению электропроводности и ухудшению структуры пасты.

Увеличение в пасте содержания, мас.%: гидрата закиси никеля - более 70, кобальта - более 6, закиси кобальта - более 6, сульфата кобальта - более 2, поливинилового спирта - более 0,5, этилового спирта - более 10, деионизированная вода - остальное (опыт 5), не приводит к дальнейшему значительному росту электропроводности и сроку службы источника тока без замены электролита, при этом возрастает стоимость пасты.

На опытном участке ОАО ЧМЗ были получены опытные партии заявляемой пасты в количестве 15 кг с положительным результатом. Вышеуказанные опытные партии заявляемой пасты были отправлены на УЭХК (г.Новоуральск) для сборки и испытания опытных источников тока. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Паста положительного электрода химических источников тока, состоящая из порошка на основе гидрата закиси никеля, добавок и воды, отличающаяся тем, что в качестве добавок она содержит кобальт, закись кобальта, сульфат кобальта, поливиниловый и этиловый спирты при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гидрат закиси никеля - 57-70

Кобальт - 1-6

Закись кобальта - 1-6

Сульфат кобальта - 0,5-2,0

Поливиниловый спирт - 0,1-0,5

Этиловый спирт - 5-10

Деионизированная вода - Остальное

при этом паста имеет структуру, в которой сферические частицы гидрата закиси никеля покрыты тонким слоем сульфата кобальта и окружены более мелкими сферическими частицами кобальта и закиси кобальта.




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