Устройство блока электродов ламельной конструкции для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора с газовой рекомбинацией

Авторы патента:

Полезная модель «Устройство блока электродов ламельной конструкции для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора с газовой рекомбинацией» относится к электротехнической промышленности и может быть использована при производстве щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов с газовой рекомбинацией с электродами ламельной конструкции.

Предлагаемая полезная модель направлена на повышение эксплуатационных характеристик никель-кадмиевых аккумуляторов с электродами ламельной конструкции за счет снижения газовыделения аккумулятора.

Технический результат достигается конструкцией блока электродов ламельной конструкцией для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора с газовой рекомбинацией, содержащей положительный электрод ламельной конструкции, отрицательный электрод ламельной конструкции, пористый сепаратор, в котором, согласно патенту, пористый сепаратор изготавливают из материала, выполненного из полипропиленового нетканого полотна с диаметром волокон 0,02-0,024 мм и с размером пор 130-150 мкм.

Известно изобретение, в котором для рекомбинации кислорода используют вспомогательный электрод из активированных углеродных волокон, размещенный между сепаратором и отрицательным электродом. Вспомогательный электрод устанавливают на поверхности отрицательного электрода, причем размер преобладающих пор вспомогательного электрода больше, чем размер преобладающих пор сепаратора. Техническим результатом изобретения является создание аккумулятора с низким уровнем газовыделения при заряде, уменьшение частоты контроля уровня электролита и частоты доливки электролита. Вспомогательный электрод может быть выполнен в виде ткани или нетканого материала, картона или бумаги. Он может быть расположен на одной или обеих сторонах пластин отрицательного электрода /1/.

Недостатком данного изобретения является то, что при использовании вспомогательного электрода из активированных углеродных волокон, увеличивается вероятность короткого замыкания между положительными и отрицательными электродами и возрастает трудоемкость сборки никель-кадмиевых аккумуляторов.

Известно изобретение, где аккумулятор содержит электродный комплект, состоящий из кадмиевого анода, никелевого катода и сепаратора, расположенного между ними. С целью

обеспечения газовой рекомбинации одна из сторон сепаратора покрыта щелочестойким электропроводным слоем, обращенным к кадмиевому аноду /2/.

Недостатком данного изобретения является то, что нанесение электропроводного слоя на одну из сторон сепаратора снижает надежность работы никель-кадмиевого аккумулятора и увеличивает затраты на его изготовление.

Технической задачей изобретения является создание блока электродов ламельной конструкции для никель-кадмиевого аккумулятора с газовой рекомбинацией.

Указанный технический результат достигается конструкцией блока электродов ламельной конструкцией для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора с газовой рекомбинацией, содержащей положительный электрод ламельной конструкции, отрицательный электрод ламельной конструкции, пористый сепаратор, в котором, согласно патенту, пористый сепаратор изготавливают из материала, выполненного из полипропиленового нетканого полотна с диаметром волокон 0,02-0,024 мм и с размером пор 130-150 мкм.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем:

Предлагаемая полезная модель направлена на повышение эксплуатационных характеристик никель-кадмиевых аккумуляторов ламельной конструкции за счет снижения газовыделения аккумулятора.

На фиг.1 изображено устройство блока электродов ламельной конструкции для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора с газовой рекомбинацией, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.

Блок электродов ламельной конструкции для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора с газовой рекомбинацией состоит из положительного электрода ламельной конструкции (1), отрицательного электрода ламельной конструкции (2) и пористого сепаратора (3).

Устройство работает следующим образом.

Блок электродов ламельной конструкции для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора с газовой рекомбинацией стягивали полипропиленовыми лентами для снижения утечки газа в межэлектродное пространство, при этом усилие сжатия пористого сепаратора между электродами составляет 0,2-1,5 кг/см², и помещали в пластмассовый бак с крышкой. Электролитом служил раствор КОН плотностью 1190-1210 кг/м³ с добавлением 10 г/л LiOH.

Заряд блока электродов ламельной конструкции для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора с газовой рекомбинацией проводили постоянным током 0,1 I_t А в течение 15 часов, разряд - постоянным током 0,2 I_t А до конечного напряжения 1,0 В. Газовыделение при

заряде щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов с электродами ламельной конструкции обусловлено термодинамическими причинами: зарядное напряжение источников тока выше напряжения разложения воды. При протекании заряда, как только положительный электрод приобретал примерно 70-80% своей электрохимической емкости, начинался процесс выделение кислорода на оксидноникелевом электроде, который протекал с заметной скоростью. Скорость этого процесса возрастала по мере увеличения степени заряженности оксидноникелевого электрода. Высокая скорость транспортирования кислорода обеспечивалась за счет выбора свойств пористой структуры сепаратора (низкое удельное сопротивление) и количества электролита в нем. Для этой цели был подобран сепаратор из полипропиленового нетканого полотна с диаметром волокон 0,02-0,024 мм и с размером пор 130-150 мкм. Выделение водорода на кадмиевом электроде из-за высокого перенапряжения начинается лишь в конце заряда. В нашем случае емкость кадмиевого электрода была на 10-30% превосходила емкость оксидноникелевого электрода, поэтому выделение водорода на кадмиевом электроде отсутствовало. Вследствие этого выделившийся кислород на оксидноникелевом электроде через поры сепаратора попадал на кадмиевый электрод и взаимодействовал с металлическим кадмием, окисляя его до оксида кадмия.

После этого была определена эффективность газовой рекомбинации, которая вычислялась через количество выделившегося газа при испытаниях.

Количество собранного газа было пересчитали по формуле (1) к величине перезаряда в Ач при температуре окружающей среды 20°С и давлении 101,3 кПа. Эффективность газовой рекомбинации рассчитывали по формуле (2) используя значение, полученное при расчете по формуле (1).

где

- количество выделившегося газа на 1А·ч, приведенного к температуре 20°С и давлению 101,3 кПа;

р - значение атмосферного давления при проведении измерения, кПа;

р₀-значение 101,3 кПа;

t - температура окружающей среды,°С;

V - объем собранного выделившегося газа, мл;

Q - количество электричества (А·ч), принятого аккумулятором во время сбора газа, А·ч.

, % (2)

где

- эффективность газовой рекомбинации, %;

673 мл - теоретическая величина объема выделившегося газа при 20°С и давлении 101,3 кПа.

Эффективность газовой рекомбинации для предложенного блока электродов составила 95-100%.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что устройство блока электродов ламельной конструкции для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора с газовой рекомбинацией, изготовленное по заявленной полезной модели, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Указанное устройство предназначено для использования в промышленности при производстве щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов с электродами ламельной конструкции.

ПУБЛИКАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ЗАЯВКИ

1. Патент на изобретение №2168808, Варакин И.Н., Степанов А.Б., Кильганова Е.А.

2. Патент на изобретение №6024148, «Кайя Хидэо», Япония

Блок электродов ламельной конструкции для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора с газовой рекомбинацией, содержащий положительный электрод, отрицательный электрод и сепаратор, отличающийся тем, что при изготовлении блока электродов использовались положительные и отрицательные электроды ламельной конструкции, разделенные между собой сепаратором, выполненным из полипропиленового нетканого полотна с диаметром волокон 0,02-0,024 мм и с размером пор 130-150 мкм, при этом усилие сжатия пористого сепаратора между электродами составляет 0,2-1,5 кг/см².