НЕТКАНЫЙ МИКРОПОРИСТЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СЕПАРАТОРОВ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

НЕТКАНЫЙ МИКРОПОРИСТЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СЕПАРАТОРОВ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ


RU (11) 2279158 (13) C2

(51) МПК
H01M 2/16 (2006.01)

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

Документ: В формате PDF
(21) Заявка: 2003131005/09
(22) Дата подачи заявки: 2003.10.21
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.10.21
(45) Опубликовано: 2006.06.27
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 166393 A1, 19.11.1964. RU 95108510 A1, 27.04.1997. RU 93008081 А, 10.03.1995. US 6274276 А, 14.08.2001. US 4137379 А, 30.01.1979.
(72) Автор(ы): Садовский Богдан Феодосиевич (RU); Будыка Александр Константинович (RU); Филатов Юрий Николаевич (RU); Захарьян Арам Арташесович (RU); Саакян Сурен Григорьевич (RU)
(73) Патентообладатель(и): ООО "Нанотехнологические материалы БАЛТИКА" (RU); Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова (RU)
Адрес для переписки: 197110, Санкт-Петербург, ул. Пионерская, 63, ООО "Нанотехнологические материалы БАЛТИКА"


(54) НЕТКАНЫЙ МИКРОПОРИСТЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СЕПАРАТОРОВ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к материалам, используемым в качестве межэлектродных сепараторов в химических источниках тока и аккумуляторах электрической энергии. Предложен нетканый микропористый материал для ультратонкого перхлорвинилового волокна для сепараторов щелочных химических источников тока, выполненный трехслойным из волокон различного диаметра, с диаметром пор не более 9 мкм. Предложен способ получения нетканого микропористого материала для сепараторов щелочных химических источников тока, включающий электроформование ультратонких перхлорвиниловых волокон и выполнение материала в виде трех слоев из волокон различного диаметра, прессование материала под давлением и обработку поверхностно-активным веществом. Полученный материал имеет высокую влаго- и щелочевпитываемость, низкое электросопротивление и высокую химическую стойкость, что является техническим результатом изобретения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к материалам, используемым в качестве межэлектродных сепараторов в химических источниках тока и аккумуляторах электрической энергии.

Известны пленочные сепараторы, содержащие эластомеры, выбранные из группы сополимеров акрилонитрила с бутадиен-стиролом, полиэфиров и группы поливинилиденфторида и его сополимеры, полиметилметакрилат, поливинилхлорид, имеющие пористость 30-95% и диаметр пор 0,1-5 мкм (US 6274276, 14.08.2001).

Однако электросопротивление аккумулятора с такой пористой мембраной оказывается высокой.

Для повышения удельной объемной электрической емкости и снижения электрического сопротивления используются сепараторы, изготовленные из тонких полимерных волокон.

Так, например, известны материалы для сепараторов из волокон полистирола, полиолефина, поликарбоната с диаметром волокна 0,05-20 мкм и средним диаметром пор 0,5-15 мкм (US 4137379, 30.01.1979).

Известен также материал для сепараторов из ультратонких полипропиленовых волокон, где 10% волокон имеют диаметр меньше 1 мкм, а большинство волокон с диаметром меньше или равных 5 мкм, при этом пористость материала составляет около 90% (US 5962161, 05.10.1999).

Недостатком таких материалов является низкая стойкость к прорастанию дендритов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является материал для сепаратора химических источников тока, выполненный из перхлорвиниловых ультратонких волокон с диаметром порядка 1-7 мкм (Ю.Н. Филатов, Электроформование волокнистых материалов. - М.: Нефть и газ, 1997, стр.199 и 278).

Наиболее близким к предложенному способу является способ изготовления известного материала, который заключается в прессовании волокнистого перхлорвинилового материала под давлением от 100 до 400 кг/см2 и обработка поверхностно-активным веществом типа ОП-7 или ОП-10 (RU 166393, 19.09.1964).

Недостатком этого материала является невысокая стойкость к прорастанию дендритов и недостаточная электропроводность за счет малой щелочевпитываемости.

Задачей настоящего изобретения является разработка микропористого материала для сепараторов щелочных химических источников тока, обладающих повышенной стойкостью к прорастанию дендритов, увеличение щелочевпитываемости и уменьшение электросопротивления.

Поставленная задача решается описываемым нетканым микропористым материалом для сепараторов щелочных химических источников тока из ультратонких перхлорвиниловых волокон, выполненного трехслойным: внутренний слой из волокон с диаметром 0,3-3,0 мкм, а наружные слои из волокон 4-8 мкм, при этом поверхностная плотность составляет 26-39 г/м2.

Предпочтительно, материал имеет диаметр пор 9 мкм, щелочевпитываемость 100%, электросопротивление 0,075 Ом·см2, прочность на разрыв не менее 18 кгс/см2, относительное удлинение не менее 25%.

Поставленная задача решается также описываемым способом изготовления нетканого материала для сепараторов щелочных химических источников тока, включающий электроформование тонковолокнистого материала из раствора перхлорвинила в органическом растворителе, прессование этого материала под давлением и обработку поверхностно-активным веществом, при этом материал изготавливают трехслойным: внутренний слой из волокон с диаметром 0,3-3,0 мкм, а наружные из проклеенных между собой волокон диаметром 4-8 мкм, прессование осуществляют до толщины материала 40-60 мкм.

Как правило, электроформование ведут из раствора перхлорвинила в растворителе, выбранном из ряда: дихлорэтан, этилацетат, бутилацетат, циклогексанон или их смеси.

Ниже приведены примеры получения заявленного материала и его характеристики.

Пример 1

Приготавливают 12% раствор перхлорвинила в дихлорэтане.

Полученный прядильный раствор подают к капиллярам различного гидродинамического сопротивления установки электроформования волокон и ведут процесс со следующими параметрами:
разность потенциалов 120 кВ
расстояние между электродами 30 см
объемный расход на один капилляр 3·10 -3 см3/с


Из волокон диаметром 0,9-1,1 мкм формируют внутренний слой с поверхностной плотностью 10 г/см2. Из волокон диаметром 4,0-5,0 мкм формируют проклеенные слои с поверхностной плотностью 9 г/см2. При этом общая поверхностная плотность материала составляет 28 г/см2.

Затем материал прессуют под давлением 250 кг/см2 при температуре 25°С до толщины 50 мкм и смачивают водным раствором поверхностно-активного вещества ОП-10 с концентрацией 5 г/л с последующей сушкой при нормальной температуре.

Полученный сепарационный материал типа ФПП-10С имеет следующие характеристики:
диаметр пор 5 мкм
щелочевпитываемость 140%
электросопротивление 0,050 Ом·см2
прочность на разрыв 20 кгс/см 2
относительное удлинение при разрыве 28%


Пример 2

Приготавливают 14% раствор перхлорвинила в смеси этилацетата и бутилацетата в объемном отношении 1:1.

Полученный прядильный раствор подают к капиллярам различного гидродинамического сопротивления установки электроформования волокон и ведут процесс со следующими параметрами:
разность потенциалов 100 кВ
расстояние между электродами 30 см
объемный расход на один капилляр 6·10 -3 см3/с


Из волокон диаметром 1,8-2,0 мкм формируют внутренний слой с поверхностной плотностью 9 г/см2. Из волокон диаметром 4,0-5,0 мкм формируют проклеенные слои с поверхностной плотностью 15 г/см2. При этом общая поверхностная плотность материала составляет 39 г/см2.

Затем материал прессуют под давлением 300 кг/см2 при температуре 25°С до толщины 50 мкм и смачивают водным раствором поверхностно-активного вещества ОП-10 с концентрацией 5 г/л с последующей сушкой при нормальной температуре.

Полученный сепарационный материал типа ФПП-20СА имеет следующие характеристики:
диаметр пор 8 мкм
щелочевпитываемость 110%
электросопротивление 0,065 Ом·см2
прочность на разрыв 22 кгс/см 2
относительное удлинение при разрыве 26%


Аналогично представленному выше примеру получены материалы во всем интервале заявленных параметров.

Использование полученных сепарационных материалов в щелочных аккумуляторах обеспечивает до 600 циклов «заряд - разряд» до замыкания. Имеют щелочевпитываемость на 20% выше, а электросопротивление на 30% ниже, чем у прототипа.


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Нетканый микропористый материал для сепараторов щелочных источников тока из ультратонкого перхлорвинилового волокна, отличающийся тем, что он содержит три слоя, при этом внутренний слой образован из волокон диаметром 0,3÷3 мкм, а наружные слои - из проклеенных между собой волокон с диаметром 4÷8 мкм, при этом поверхностная плотность составляет 26-39 г/м2, диаметр пор не более 9 мкм.

2. Нетканый материал по п.1, отличающийся тем, что имеет щелочевпитываемость не менее 100%, электросопротивление не более 0,075 Ом·см2, прочность на разрыв не менее 18 кгс/см2, относительное удлинение при разрыве не менее 25%.

3. Способ получения нетканого материала для сепараторов щелочных химических источников тока, включающий формование ультратонких волокон из раствора полимера в органическом растворителе, прессование материала под давлением и обработку поверхностно-активным веществом, отличающийся тем, что электроформование волокон проводят из раствора перхлорвинила в органическом растворителе, материал изготавливают трехслойным: внутренний слой - из волокон с диаметром 0,3÷3,0 мкм, а наружные слои - из проклеенных между собой волокон диаметром 4÷8 мкм, прессование осуществляют до толщины материала 40÷60 мкм.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что формование ведут из раствора перхлорвинила в органическом растворителе, выбранном из ряда: дихлорэтан, этилацетат, бутилацетат, циклогексанон или их смеси.




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