СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО АККУМУЛЯТОРА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО АККУМУЛЯТОРА


RU (11) 2050636 (13) C1

(51) 6 H01M4/29, H01M10/28 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 92016149/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.12.22 
(45) Опубликовано: 1995.12.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока. М: Энергоиздат, 1981, с.198. 2. Сборник работ по химическим источникам тока. Л.: Энергия, вып.5, 1970, с.80-86. 3. Malgorn G., L'Electricien, 1956, 84,42. 4. Авторское свидетельство СССР N 382178, кл. H 01M 4/32, 1973. 5. Сборник работ по химическим источникам тока. Л.: Энергия, вып.4, 1969, с.20-26. 
(71) Заявитель(и): Научно-исследовательский аккумуляторный институт 
(72) Автор(ы): Новаковский А.М.; Горлева Л.К.; Леонов В.Н.; Беркман Е.А. 
(73) Патентообладатель(и): Научно-исследовательский аккумуляторный институт 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО АККУМУЛЯТОРА 

Использование: в производстве щелочных аккумуляторов с гидроксидно-никелевым катодом. Сущность изобретения: пористую металлокерамическую основу погружают в раствор гидроксида натрия концентрацией 40-65 мас. при температуре 130-165°С и проводят анодное окисление при плотности тока 1-7 A/дм2 сначала до гидроксида двухвалентного никеля, а затем до гидроксида трехвалентного никеля. Способ позволяет повысить производительность, интенсифицировать процесс и обеспечивает экологическую чистоту и безотходность технологического процесса. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к химическим источникам тока и может быть использовано при производстве электрических аккумуляторов с металлокерамическим гидроксидно-никелевым положительным электродом, например никель-кадмиевых.

Известные технологические процессы изготовления металлокерамических гидроксидно-никелевых электродов включают в себя в качестве одной из обязательных начальных стадий пропитку спеченной никелевой основы в растворах солей никеля, чаще всего нитратов, с последующим осаждением активного электродного материала в пористой структуре основы путем ее обработки в растворах щелочей [1]

Процесс изготовления электродов отличается многоступенчатостью, поскольку для получения достаточной удельной закладки активного материала цикл пропитка-осаждение повторяется несколько раз, и обусловленной этим значительной, до нескольких десятков часов, длительностью процесса.

Особую значимость в настоящее время приобретает то обстоятельство, что реализация подобного технологического процесса неизбежна, в большей или меньшей мере сопряжена с загрязнением окружающей среды сточными водами и промывными водами.

Известны различные модификации упомянутого основного процесса, направленные на его интенсификацию и повышение производительности при изготовлении электродов. Среди них особое место занимают электрохимические методы заполнения пористой основы активным электродным материалом. К этим методам относятся катодная пропитка металлокерамической основы [2] анодная обработка предварительно пропитанной в растворах нитратов металлокерамической основы [3] обработка заготовок электродов асимметричным импульсным током с различным соотношением катодной и анодной составляющих [4]

Однако во всех упомянутых и иных случаях неизменно сохраняется стадия пропитки основы в нитратных растворах с вытекающими их этого негативными последствиями, такими как неоднократное повторение цикла пропитка-осаждение и обусловленный этим периодический характер процесса, необходимость включения в состав технологического оборудования комплекса средств по обеспечению экологической чистоты, низкая производительность процесса.

В этом отношении весьма перспективным представляется способ осаждения гидроксида никеля в порах несущей никелевой основы путем ее прямого анодного окисления в растворах щелочей. Реализация подобного процесса принципиально позволили бы обеспечить экологическую чистоту и безотходность технологического процесса осаждения гидроксида никеля, повышение производительности изготовления электродов и снижение их стоимости. Однако из-за склонности никеля к переходу в пассивное состояние при анодном окислении металла в щелочных растворах эта идея не обрела до настоящего времени реального инженерного решения.

Вместе с тем при соответствующем сочетании концентрации электролита и его температуры этот недостаток никеля удается преодолеть [5] Однако применение для разработки промышленной технологии изготовления электродов режимов, использованных в [5] является неприемлемым из-за ряда его недостатков. В частности, высокая концентрация щелочного раствора, а именно 75 мас. не позволяет достигнуть достаточной для реального применения степени окисления металлической основы из-за резкого снижения выхода по току с ростом концентрации щелочи. Так, увеличение концентрации раствора с 65 до 75 мас. приводит к резкому, почти в два раза, снижению выхода по току при температуре электролита 135оС при прочих равных условиях проведения процесса. По этой же причине используемая в прототипе низкая плотность тока не позволяет в достаточной мере интенсифицировать процесс анодного окисления никелевой основы.

С целью устранения недостатков прототипа предлагается сочетание следующих технологических приемов.

Изготовленная любым известным способом спеченная металлокерамическая основа подвергается анодному окислению в растворе щелочи. Для преодоления пассивного состояния никеля температура раствора поддерживается в диапазоне 130-165оС. Выбор указанного диапазона определяется тем, что при температуре ниже 130о не удается добиться необходимой полноты окисления металла вследствие наступления его пассивности, тогда как при температуре выше 165о продуктом окисления является не гидроксид, а электрохимически инертный безводный оксид никеля.

Выбор температурного диапазона, в свою очередь, диктует выбор диапазона концентраций раствора. В соответствии с зависимостью температуры кипения растворов гидроксида натрия от концентрации для работы при атмосферном давлении в выбранном температурном диапазоне концентрация раствора должна поддерживаться в пределах 40-65 мас.

Кроме того, как уже отмечалось выше, увеличение концентрации раствора свыше 65 мас. приводит к снижению степени окисления металла.

Что касается плотности анодного тока, то при ее выборе необходимо руководствоваться следующими соображениями. При снижении плотности тока увеличивается длительность процесса окисления, т. е. снижается его производительность. С другой стороны, при высокой плотности тока ускоряется переход металлического никеля в пассивное состояние, из-за чего не обеспечивается получение требуемого количества гидроксида в порах. На основании предварительных экспериментов в качестве оптимального был выбран интервал габаритной плотности анодного тока 1-7 А/дм2.

Как отмечалось выше, гидроксид двухвалентного никеля, полученный при повышенной температуре, не обладает вследствие особенностей его кристаллического состояния необходимой электрохимической активностью в условиях нормальных и пониженных температур при концентрации электролита, обычно используемой в аккумуляторах. Поэтому необходимо сразу, не снижая температуру раствора, осуществить процесс окисления низшего гидроксида до высшего, т. е. до гидроксида трехвалентного никеля.

Сочетание двух принципиальных обстоятельств, а именно высокой концентрации щелочи и повышенной температуры, обеспечивает депассивацию металлического никеля, переход его в активное состояние и регулируемое фарадеевское протекание процесса анодного окисления металла. В результате этого может быть получен продукт, активный в условиях работы источника тока.

Следует заметить, что при выборе источника питания электролизера с достаточным уровнем выходного напряжения процесс с первой площадки на зависимости ток напряжение, соответствующей окислению металлического никеля в гидроксид двухвалентного никеля, самопроизвольно переходит на вторую площадку, соответствующую процессу перехода гидроксида двухвалентного никеля в гидроксид трехвалентного никеля. Критерием окончания процесса окисления металла является выделение кислорода, что соответствует росту напряжения на ванне и появлению третьей площадки на кривой ток напряжение.

Последовательно сменяющие друг друга реакции окисления металла до двух-и трехвалентного состояния и окисления гидроксил-ионов (выделение кислорода) отличаются значениями электродных потенциалов, что позволяет на практике легко контролировать окислительный процесс и прекращать его в нужный момент.

Таким образом, производя анодное окисление металлокерамической никелевой основы при указанных выше условиях и заканчивая его на достижении потенциала выделения кислорода, можно получить в порах основы требуемое количество электрохимически активного гидроксида никеля. Обработанная окисленным способом основа, будучи перенесена в щелочной электролит с обычной для использования в щелочных аккумуляторах концентрацией и температурой, успешно функционирует как обратимая гидроксидно-никелевая на протяжении длительного циклирования.

Таким образом, изобретение устраняет недостатки известных способов изготовления металлокерамических окислоникелевых электродов, обеспечивая вместе с тем экологическую чистоту, его высокую производительность, возможность реализации непрерывного цикла изготовления положительного электрода. Кроме того, отказ от использования в технологии дорогостоящего нитрата никеля повышает технико-экономические характеристики процесса.

Пример осуществления изобретения. Использовалась основа размером 40х30х0,7 мм, предназначенная для серийных аккумуляторов НКГЦ-3,5, изготовленная на Талды-Курганском заводе щелочных аккумуляторов, анодная окисленность в растворе едкого натра с концентрацией 50 мас. при температуре 147-150оС и плотности тока 4 А дм-2, После выделения кислорода основа была перенесена в раствор гидроксида никеля с концентрацией 19 мас. при комнатной температуре и подвергнута циклированию путем заряда и разряда. При этом электрод имел удельную емкость 0,35-0,37 А ч см3. Емкость параллельно используемых электродов, изготовленных на заводе посредством стандартной нитратной пропитки и осаждения, была 0,32 А ч см-3. Подобное соотношение удельной электрической емкости сохранилось на протяжении более чем 1000 циклов заряд-разряд. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО АККУМУЛЯТОРА путем осаждения в порах спеченной основы гидроксидов никеля анодным окислением в концентрированном растворе гидроксида натрия при 130-165oС, отличающийся тем, что окисление ведут при плотности тока 1,0-7,0 М/дм2 при концентрации гидроксида натрия 40-65 мас. последовательно до гидроксида двухвалентного никеля, а затем до гидроксида трехвалентного никеля.




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