НИКЕЛЬ-ЖЕЛЕЗНЫЙ АККУМУЛЯТОР Российский патент 1996 года по МПК H01M10/30 H01M10/26 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве щелочных аккумуляторов с железными электродами.

Известен никель-железный аккумулятор, содержащий корпус, щелочной электролит, положительный и отрицательный электроды, разделенные сепаратором, выполненным в виде решетки из отдельных прутков [1]
Недостаток указанного аккумулятора связан с наличием обильного газовыделения на железном электроде при заряде. Это требует значительного зазора между электродами и разряженным сепаратором, обеспечивающим свободный выход образующегося при заряде газа. Аккумулятор имеет значительные габариты и низкие удельные характеристики.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является никель-железный аккумулятор, содержащий корпус, раствор щелочного электролита, пористые положительный и отрицательный электроды различной емкости, разделенные сепаратором. Для уменьшения газовыделения и обеспечения стабильной работы емкость положительного электрода меньше емкости отрицательного электрода на 20.25% Для обеспечения свободного выхода пузырей межэлектродный зазор составляет до 1,6 мм, а над электродами имеется газовое пространство [2]
Недостатком такого аккумулятора являются низкие удельные электрические характеристики, связанные с увеличенными габаритами аккумулятора, обеспечивающими свободный выход выделяющегося газа.

Задачей изобретения является создание никель-железного аккумулятора, свободного от газовыделения и имеющего повышенные удельные электрические характеристики.

Указанный технический результат достигается тем, что в никель-железном аккумуляторе в качестве раствора щелочного электролита взят тяжеловодный раствор гидроокиси калия, емкость положительного электрода составляет 1,2.2 от емкости отрицательного электрода, сепаратор выполнен из пористого материала, размер пор которого меньше размера пор электродов.

Применение тяжеловодного электролита позволяет исключить газовыделение на железном электроде за счет повышения перенапряжения выделения водорода на 130 мВ.

Применение положительного электрода повышенной емкости, как показали результаты испытаний, позволяет исключить возможность выделения кислорода на окисно-никелевом электроде и создать никель-железный аккумулятор в герметизированном исполнении.

Применение пористого сепаратора позволяет уменьшить межэлектродный зазор при сохранении надежности предотвращения короткого замыкания. Размер пор сепаратора должен быть меньше размера пор электродов, чтобы надежно удерживать раствор электролита и предотвратить его отсасывание за счет капиллярных сил в поры электродов.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков неизвестна, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного решения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Пример практической реализации. Был собран и проведены испытания макета никель-железного аккумулятора, содержащего полипропиленовый корпус, железный электрод размером 40 х 60 мм, пористостью 60% и средним размером пор 18 мкм, два окисно-никелевых электрода размером 40 х 60 мм, пористостью 70% и средним размером пор 22 мкм и полипропиленовый сепаратор толщиной 1 мм, пористостью 80% и средним размером пор 12 мкм. В качестве электролита использовался тяжеловодный раствор гидроокиси калия плотностью 1,24 г/см^3. Электролитом в аккумуляторе пропитывались электрод и сепаратор. Суммарная емкость окисно-никелевых электродов составляла 1,7 от емкости железного электрода. Аккумулятор заряжался током 1 А циклами по 20.40 мин с обратным импульсом между циклами длительностью 1.2 мин. Заряд проводился до напряжения 1,5 В. В процессе заряда выделение пузырей не наблюдалось. Разряд аккумулятора проводился до напряжения 0,9 В. Отдаваемая емкость в зависимости от разрядного тока составляла 0,6.1,0 А · ч. Аккумулятор циклировался несколько десятков циклов. Газовыделения не наблюдалось, характеристики оставались стабильными.

Таким образом, вышеизложенные данные свидетельствуют о том, что заявленный никель-железный аккумулятор имеет стабильные характеристики при отсутствии газовыделения, что дает возможность реализовать аккумулятор в герметизированном исполнении. Полученными данными подтверждена возможность практической реализации аккумулятора с получением заявленного технического результата. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".

Использование: в щелочных химических источниках тока. Сущность изобретения: аккумулятор содержит корпус с тяжеловодным раствором щелочи в качестве электролита, пористые положительные окисно-никелевые и отрицательные железные блоки электродов, емкость первого из которых составляет 1,2 - 2 от емкости второго, пористые сепараторы, размер пор которых меньше размера пор электродов. Это уменьшает газовыделение и повышает удельные электрические характеристики. 1 з.п. ф-лы.

1. НИКЕЛЬ-ЖЕЛЕЗНЫЙ АККУМУЛЯТОР, содержащий корпус с щелочным раствором электролита, в котором размещены пористые положительные и отрицательные электроды различной емкости, разделенные сепаратором, отличающийся тем, что в качестве щелочного раствора электролита взят тяжеловодный раствор гидроокиси калия, емкость положительных электродов составляет 1,2 - 2,0 емкости отрицательных электродов, а сепаратор выполнен из пористого материала. 2. Аккумулятор по п. 1, отличающийся тем, что размер сепаратора меньше размера пор электродов.