ЩЕЛОЧНОЙ АККУМУЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК H01M10/28 H01M2/02 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве химических источников тока, в частности щелочных аккумуляторов. Основной задачей является создание источника тока с длительным сроком службы и высокими электрическими характеристиками.

Одним из путей решения задачи является создание условий для равномерной работы электрода по поверхности. В частности, для этого необходимо равномерное распределение концентрации и количества электролита вдоль поверхности электрода.

В случае щелочных аккумуляторов на участках электродов с избытком электролита (по их торцам) происходит более интенсивная потеря активной массы и большая вероятность образования дендритов по сравнению с участками с меньшим количеством электролита. Наиболее интенсивно данные процессы протекают в щелочных аккумуляторах с цинковыми электродами.

С целью выравнивания концентрации электролита вдоль поверхности электродов предлагается конструкция щелочного аккумулятора с вибрирующими электродами. Реализация данного предложения ведет к снижению объемных характеристик аккумулятора и к усложнению его конструкции.

С целью уменьшения объема свободного электролита по торцам электродов разнополюсные электроды, разделенные сепарацией, (блок электродов) помещают в полиэтиленовый чехол. Недостатком данного предложения является то, что применение чехла для борьбы с дендритообразованием по торцам электродов ведет к некоторому снижению электрических характеристик аккумулятора. Последнее обусловлено тем, что наличие чехла с закрытой донной частью на блоке электродов исключает протекание обменных процессов между электролитом, находящимся в межэлектродном пространстве, и "свободным" электролитом, находящимся за пределами блока электродов.

Этот недостаток устраняется в щелочном аккумуляторе, содержащем сосуд, разнополюсные электроды, разделенные сепарацией, помещенные в чехол с частично открытой донной частью. Данное предложение является наиболее близким к предлагаемому техническому решению. Недостатком его является то, что в нем не определена степень открытия донной части чехла, которая позволила бы увеличить разрядную емкость щелочного аккумулятора без снижения его срока службы.

Сущность предлагаемого щелочного аккумулятора состоит в том, что степень открытия донной части чехла, надеваемого на блок электродов, составляет 20-50% Указанная степень открытия донной части чехла обеспечивает свободное протекание обменных процессов между электролитом, находящимся в межэлектродном пространстве, и "свободным" электролитом, находящимся за пределами блока электродов. При степени открытия донной части чехла менее 20% скорость обменных процессов между "свободным" электролитом и электролитом в межэлектродном пространстве ничтожна, что не ведет к снижению разрядной емкости аккумулятора. Применять чехлы со степенью открытий более 50% нецелесообразно, так как проявляется влияние "свободного" электролита на образование и рост дендритов в местах максимальной концентрации силовых линий на углах электродов. Следствием этого является уменьшение срока службы аккумулятора.

На чертеже изображен предлагаемый аккумулятор.

На чертеже приняты следующие обозначения: аккумуляторный сосуд 1, разнополюсные электроды, разделенные сепарацией, (блок электродов) 2; чехол из щелочестойкой пленки 3, в донной части которого выполнены отверстия 4.

При заряде щелочного аккумулятора с разнополюсными электродами, помещенными в чехол с отверстиями в донной части с указанными степенями открытия, "свободный" электролит проникает в межэлектродное пространство, способствуя выравниванию концентрации электролита и улучшению обменных процессов вдоль поверхности электродов, что ведет к улучшению характеристик щелочного аккумулятора. В то же время количество электролита, находящегося в контакте с торцами электродов, остается практически неизменным.

Были собраны макеты никельцинковых аккумуляторов с номинальной емкостью 60 Ач с намазными цинковыми и металлокерамическими оксидно-никелевыми электродами, разделенными сепарационной пленкой 101, которые помещены в щелочестойкий и цинконепроникающий полиэтиленовый чехол без отверстий в донной части (контрольный образец), с одним отверстием в донной части со степенью открытия 4% (прототип), пятью отверстиями в донной части с общей степенью открытия 32% (опытный предлагаемый образец). Поперечный размер блока разнополюсных электродов был на 6 мм меньше внутренней ширины бака. Проведенные контрольные разряды макетов током 14 А показали, что емкость, отданная контрольным макетом, прототипом и опытным макетом, составляла 51, 48 и 73 Ач соответственно. Наработка всех вариантов макетов близка и составляла 100-110 циклов. По разрядной емкости предлагаемый аккумулятор превосходит контрольный аккумулятор и прототип более, чем на 40% и не уступает им по сроку службы. Все это указывает на перспективность практической реализации предлагаемого щелочного аккумулятора. Для его реализации не требуется специального технологического оборудования. Производство можно считать готовым к его внедрению.

Использование: химические источники тока. Сущность изобретения: разделенные сепараторами разнополярные электроды помещают в чехол из щелочестойкой пленки, имеющей открытое на 20 - 50% дно. Это повышает емкость щелочного аккумулятора за счет выравнивания концентрации электролита и улучшения обменных процессов вдоль поверхности электродов. 1 ил.

ЩЕЛОЧНОЙ АККУМУЛЯТОР, содержащий сосуд, разнополюсные электроды, разделенные сепаратором, помещенные в чехол с частично открытой донной частью, отличающийся тем, что степень открытия донной части чехла составляет 20 50%