ЭЛЕКТРОД СВИНЦОВОГО АККУМУЛЯТОРА Российский патент 1995 года по МПК H01M4/76 H01M10/12 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и касается производства свинцовых аккумуляторов.

Известна конструкция электрода свинцового аккумулятора, содержащая токоотвод и активную массу, полученную путем преобразования поверхностного слоя токоотвода в активную массу посредством электрохимической обработки. Такие электроды широко известны под названием "Электроды Планте" (1).

Недостатком известной конструкции являются низкие удельные энергетические характеристики этого электрода, что объясняется тем, что как в процессе получения активной массы, так и в процессе эксплуатации электрода возникают внутренние напряжения, приводящие к появлению трещин, расслоений, нарушению электрического контакта между активной массой и токоотводом и т. д. и к увеличению сопротивления активной массы и уменьшению коэффициента ее использования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электрод свинцового аккумулятора, состоящий из панциря из коррозионно-стойкого материала, токоотвода, помещенного в карман, образованный панцирем, и активной массы (2).

Недостатками известного электрода являются невысокие удельные энергетические характеристики, ухудшенная экологическая обстановка на производстве за счет использования свинцового порошка и, как следствие, высокие производственные затраты на изготовление электрода.

Это объясняется следующим. В известном электроде (прототипе) при получении активной массы используется свинцовый порошок. Затраты на изготовление свинцового порошка занимают значительную часть от общих затрат на изготовление аккумулятора. Производство же свинцового порошка является основной причиной ухудшения экологической обстановки в производстве аккумуляторов. Кроме того, в известном электроде токоотводы изготавливают в виде стержней достаточно большого диаметра ≈3 мм, из соображений сохранения их жесткости при заполнении карманов из панциря свинцовым порошком или свинцовой пастой с последующим уплотнением последних, что приводит к ухудшению удельных энергетических характеристик. При этом активная масса, полученная описанным способом имеет невысокий коэффициент использования, что также уменьшает удельные энергетические характеристики.

Целью изобретения является повышение удельных энергетических характеристик электрода и улучшение экологической обстановки на производстве при снижении производственных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что в известном электроде, содержащем панцирь из коррозионностойкого пористого материала, токоотвод, помещенный в карман, образованный панцирем, и активную массу, активная масса получена электрохимическим преобразованием поверхностного слоя токоотвода, а карман находится в упругорастянутом состоянии с относительным увеличением периметра не менее 5%.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При электрохимическом преобразовании поверхностного слоя токоотвода в активную массу последняя увеличивается в объеме, взаимодействует со стенками кармана, пытаясь раздвинуть их, т.е. увеличить периметр кармана. Стенки, в свою очередь, сопротивляясь этому, оказывают давление на поверхность сформировавшейся активной массы, в которой возникают внутренние напряжения, из-за которых могут образоваться трещины, расслоения, вздутия и отслоения активной массы от токоотвода. Эти дефекты приводят к увеличению внутреннего сопротивления активной массы и электрода в целом, снижению коэффициента ее использования, а следовательно, к снижению удельных энергетических характеристик. Кроме того, вышеперечисленные дефекты дестабилизируют указанные характеристики, ухудшая их воспроизводимость.

Стенки кармана, имеющего возможность согласно изобретению изменить свой периметр, создают давление на поверхность активной массы в процессе ее образования, что позволяет скомпенсировать внутренние напряжения и исключить образование или уменьшить влияние вышеперечисленных дефектов активной массы, а следовательно, повысить ее качество и характеристики электрода. Кроме того, изменяющийся в размерах карман позволяет исключить переуплотнение активной массы, а следовательно, не допустить из-за этого снижение удельных энергетических характеристик и их дестабилизацию.

Вышеописанные дефекты могут возникнуть и в процессе эксплуатации электрода из-за колебания и постоянного роста объема активной массы при циклировании. Карман, находящийся в упругорастянутом состоянии и после окончания образования активной массы, т.е. в процессе эксплуатации, позволяет исключить образование вышеперечисленных дефектов.

Кроме того, использование заявляемого способа снижает производственные затраты на изготовление электродов в связи с отсутствием операции изготовления свинцового порошка, что дополнительно улучшает экологическую обстановку на производстве.

Упругое растяжение кармана может достигаться различными известными конструктивными приемами, например
- путем использования нитей, обладающих эластичными свойствами, таких как латексные нити, эластик, нити из спандексаполиуретана и др., при этом тип переплетения их в оболочке может не обладать эластичностью, например, полотняное, саржевое, сатиновое плетения;
- путем получения определенного типа переплетения нитей, обладающего эластичными свойствами, такого как трикотажное переплетение, эластик и его производные, кулинаpная гладь и др. (Шалов И.И. и др. Технология трикотажного производства. М. : Легкая и пищевая промышленность, 1984, с.89-98, 103^_105, 132-143), но при этом нити не обладают эластичными свойствами, (нити из лавсана, капрона, полипропилена и др.);
- путем получения различных комбинаций при сочетании в одной оболочке нитей, обладающих и не обладающих эластичными свойствами, а также путем чередования в одной оболочке разных типов переплетения нити, как обладающих, так и не обладающих эластичными свойствами;
- путем создания упругих резервных зон вне кармана, за счет которых происходит увеличение периметра неупругих стенок кармана (расположение по бокам от кармана упругих резервных нерабочих зон, из которых упруго вытягивают нити, увеличивая периметр карманов и уменьшая периметр резервных зон);
- путем частичного или полного сочетания вышеописанных приемов и т.д.

При изучении известных технических решений в данной и смежных областях техники признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, не выявлены, кроме того, для специалиста в данной области изобретение явным образом не следует из известного уровня техники, следовательно, заявленное решение является новым и имеет изобретательский уровень.

На чертеже показан общий вид электрода.

Электрод имеет токоотвод 1, активную массу 2, полученную путем преобразования поверхностного слоя токоотвода посредством электрохимической обработки в растворе, карман 3, находящийся в упругорастянутом состоянии и поджимающий активную массу 2.

Для экспериментальной проверки заявляемого электрода было изготовлено и испытано 2 партии электродов.

Для партии I были изготовлены электроды известной конструкции (2).

Для партии II были изготовлены электроды заявленной конструкции, т.е. электроды, у которых карман находится в упругорастянутом состоянии, а относительное увеличение периметра кармана составляет от 3 до 100%.

При изготовлении электродов использовались стержневые токоотводы, помещенные в карманы из панцирной ткани. После этого проводили формирование (образование активной массы из поверхностного слоя токоотвода) в растворе серной кислоты ρ = 1,1 г/см³ с добавкой перхлората калия в количестве 10-12 г/л при плотности тока 1,0 А/дм².

Карманы изготавливались из лавсановых нитей путем создания плетения типа "ластик". Использование карманов с различным начальным периметром позволяло получить электроды одинакового размера, карманы которых имели разные относительные увеличения периметра, рассчитывающиеся по методике известной в курсе "Сопротивление материалов" по формуле:
Е= (Р₁-Р_о)/Р_о^. 100%, где Е - относительное увеличение периметра кармана;
Р₁ - конечный периметр кармана (мм);
Р_о - начальный периметр кармана (мм).

Все электроды были испытаны циклированием в 5-часовом режиме разряда. Ряд характерных результатов испытаний приведен в таблице.

Из таблицы следует, что величина удельных энергетических характеристик зависит от относительного увеличения периметра кармана. Наиболее высокие удельные энергетические характеристики электродов достигаются при относительном увеличении периметра кармана не менее 5%, а относительное увеличение меньше 5% не оказывает влияния на повышение и стабилизацию энергетических характеристик. Дальнейшее увеличение периметра кармана практически не оказывает влияния на величину энергетических характеристик.

Применение заявленного электрода по сравнению с прототипом позволяет снизить производственные затраты на их изготовление, что снижает себестоимость аккумулятора в целом при увеличении его удельных энергетических характеристик. Кроме того, отсутствие операции изготовления свинцового порошка позволяет улучшить экологическую обстановку на производстве, что дополнительно сокращает затраты, необходимые для очистки окружающей среды.

Использование: производство свинцовых аккумуляторов. Сущность изобретения: электрод содержит токоотвод 1, поверхностный слой которого электрохимически преобразован в активную массу 2, заключенную в панцирь 3, образующий карман, находящийся в упругорастянутом состоянии и поджимающий активную массу 2. 1 ил., 1 табл.

ЭЛЕКТРОД СВИНЦОВОГО АККУМУЛЯТОРА, состоящий из панциря из коррозионно-стойкого пористого материала, токоотвода, помещенного в карман, образованный панцирем, и активной массы, отличающийся тем, что активная масса получена электрохимическим преобразованием поверхностного слоя токоотвода, а карман находится в упругорастянутом состоянии с относительным увеличением периметра не менее 5%.