ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АККУМУЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК H01M10/30 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в щелочных аккумуляторах с цинковым анодом.

Известен никель-цинковый (НЦ) аккумулятор, содержащий положительные и отрицательные электроды, разделенные сепаратором, и щелочной электролит, повышение срока службы которого достигается за счет увеличения соотношения емкостей отрицательного и положительного электродов от 1,5-1,9 до 2-3. Запас емкости отрицательного электрода выбирается в зависимости от назначения аккумулятора и условий эксплуатации. При небольшом избытке емкости отрицательного электрода аккумулятор имеет высокую удельную энергию 75-80 Вт ˙ ч/кг, но ограниченный срок службы (40-60 циклов). Напротив, при значительном запасе емкости НЦ-аккумулятор имеет более низкую удельную энергию 50-65 Вт ˙ ч/кг, но более высокий срок службы (80-200 циклов).

Известен щелочной аккумулятор с цинковым анодом, в котором повышение срока службы обеспечивается благодаря применению многослойного сепаратора из различных материалов.

Практическая реализация высокого срока службы указанных НЦ-аккумуляторов достигается только при эффективном использовании электролита: правильной дозировке и создании условий для его распределения в составных частях аккумулятора. При недостатке электролита срок службы минимален из-за резкого снижения емкости в связи с недостаточной пропиткой активных масс и сепараторов; при избытке электролита потенциально возможный срок службы также не реализуется из-за разрушения цинкового электрода, обладающего высокой растворимостью в щелочных растворах.

Поэтому устойчивая обратимая работа цинкового электрода в НЦ-аккумуляторе возможна только в ограниченном объеме электролита в условиях плотной упаковки электродов, и используемый объем электролита является фактором, контролирующим степень уплотнения аккумуляторного блока.

Выбор необходимого количества электролита для НЦ-аккумулятора носит обычно эмпирический характер, что не обеспечивает реализацию максимального срока службы в общем виде даже при оптимальном запасе емкости цинкового электрода и высоких защитных свойствах сепаратора ввиду отсутствия критериев, определяющих допустимые пределы изменения электролитосодержания цинкового электрода и сепараторов при длительной обратимой работе аккумулятора.

В известном аккумуляторе для реализации высокого срока службы слои сепараторов подобраны таким образом, чтобы слои, находящиеся около катода, обладали большей впитываемостью электролита ( ≥11 мг/см²) по сравнению с впитываемостью слоев, находящихся около анода (1-10 мг/см²).

Однако в данном известном аккумуляторе не регламентируется необходимое электролитoсодержание цинкового электрода, хотя влияние его на работоспособность и срок службы НЦ-аккумулятора является определяющим.

Наиболее близкими по технической сущности и достигнутым результатам являются никель-цинковые аккумуляторы. Однако в этих аккумуляторах необходимое электролитосодержание цинкового электрода не регламентируется.

Цель изобретения - увеличение срока службы никель-цинкового аккумулятора. Цель достигается использованием в нем количества электролита, находящегося в определенном соотношении с массой активного материала отрицательного электрода. При этом одновременно в качестве дополнительного критерия предлагается использовать отношение количества электролита к суммарной площади цинковых электродов (фронту диффузии электролита). При учете этого отношения количественная связь между запасом активной массы Zn-электрода и необходимым объемом электролита отражает также и свойства применяемых сепараторов.

Отношение массы заливаемого электролита к массе активного материала отрицательного электрода в предлагаемом аккумуляторе выдерживают в пределах 0,9-1,2 и отношение количества электролита к площади Zn-электрода - 13-16,5, что обеспечивает стабильность характеристик цинкового электрода и увеличенный срок службы аккумулятора.

В таблице приводятся примеры конкретной реализации предлагаемого аккумулятора для соотношений теоретических емкостей отрицательного и положительного электродов от 1,5 до 4,0. Предлагаемыми соотношениями учитываются не только необходимые параметры цинкового электрода, но и свойства применяемых сепараторов, так как они коррелируются с количеством используемого электролита.

Таким образом реализация соотношений
М_{электролита}/М_{активноймассыцинковогоэлектрода}= = 0,9-1,2, где М - масса, г;
и одновременно соотношения
М_{электролита}/ ΣS_{цинковыхэлектродо} = =13-16,5, где ΣS - суммарная двусторонняя площадь цинковых электродов, дм², позволяет повысить срок службы в 1,5-2 раза по сравнению с достигнутым в настоящее время (до 160 циклов).

Использование: химические источники тока. Сущность изобретения: в щелочном никель - цинковом аккумуляторе с сепараторами из микропористого материала и набухшей пленки отношение массы электролита к массе активного материала отрицательного электрода составляет 0,9 - 1,2, а отношение массы электролита к суммарной площади отрицательных электродов равно 13,0-16,5 г/дм², что приводит к увеличению срока службы. 1 табл.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АККУМУЛЯТОР, включающий блок положительных оксидноникелевых и отрицательных оксидноцинковых электродов, разделенных пакетом сепараторов, выполненных из микропористого материала и набухающей пленки, и электролит, отличающийся тем, что отношение массы электролита к массе активного материала отрицательного электрода 0,9 - 1,2, а отношение массы электролита к суммарной площади цинковых электродов 13,0 - 16,5 г/дм².