СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Российский патент 1997 года по МПК H01M10/54 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу восстановления свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

В аккумуляторе, как и в гальваническом элементе электрический ток является следствием химических процессов. В отличие от аккумулятора в гальваническом элементе получающиеся химические соединения не могут быть вторично разложены и приведены в первоначальное состояние током от постоянного источника, так как в процессе работы расходуются электроды и раствор. Химические процессы в гальванических элементах необратимы. Поэтому гальванические элементы называются первичными.

Широко известны источники тока, работающие на принципе обратимости химических процессов. Такими источниками тока являются аккумуляторы.

Во время заряда аккумулятора на электродах и в электролите (фиг.5а, 5в) образуются те вещества, которые были до полного разряда.

Химические реакции, происходящие в аккумуляторе при разряде и заряде, можно представить в следующем виде (см в конце текста).

Кроме того, теоретически установлено и доказано практикой, что диоксид свинца PbO₂ и губчатый свинец Pb отличаются высокой химической устойчивостью в электролите серной кислоты H₂SO₄. Количество активного вещества PbO₂ на положительных пластинах и Pb на отрицательных пластинах значительно больше, чем теоретически необходимо для получения определенной емкости аккумуляторной батареи. Это соотношение характеризуется коэффициентом использования активного вещества. В свинцово-кислотном аккумуляторе этот коэффициент не превышает 0,4. Следовательно в процессе работы аккумулятора в химическую реакцию с электролитом вступает только 40% активного вещества, остальные 60% не взаимодействуют и их химический состав не изменяется.

Эти 40% прореагировавшего активного вещества в процессе электрохимической реакции частично или полностью выпадает в осадок, который подлежит восстановлению.

Известен способ восстановления свинцово-кислотных аккумуляторных батарей ( А.Э. Северный и др. Использование, ремонт и хранение аккумуляторных батарей, М. ГОСНИТИ, 1991, с.94), в котором отработанную аккумуляторную батарею разделяют на отрицательные и положительные полублоки, состоящие из положительных и отрицательных пластин соответственно. Производят замену вышедших из строя пластин, а затем осуществляют сборку аккумуляторной батареи и ее зарядку.

В этом способе для ремонта используются новые пластины, поставляемые заводами, т. е. приходится приобретать дорогостоящие пластины из свинца. Весь осадок отработанного свинца выбрасывают, т.е. не утилизируют, загрязняя тем самым окружающую среду, ухудшая экологию.

Наиболее близким к заявляемому является способ восстановления свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, заключающийся в том, что отработанную аккумуляторную батарею разделяют на отрицательные и положительные полублоки, состоящие из отрицательных и положительных пластин соответственно, измельчают разрушенные положительные пластины, смешивают полученный порошок с электролитом для получения пасты, наносят пасту на решетки, прессуют, сушат, после чего восстанавливают и проводят сборку аккумуляторной батареи и ее зарядку (авт, св, СССР N 112833).

С целью увеличения срока службы аккумуляторной батареи для изготовления пасты используют активную массу положительных пластин в чистом виде без шлама, без массы отрицательных пластин и посторонних связующих. После прессования пластины вторично промазывают и повтоpно прессуют.

Перед разборкой отработанный аккумулятор предварительно подзаряжают в течение 4 5 ч, отрицательные пластины подвергают прессованию с брезентовыми прокладками и после сборки с положительными пластинами аккумуляторную батарею заряжают.

В авт. св, N 112833 указано, что используется активная масса положительных пластин в чистом виде без шлама, без массы отрицательных пластин и без посторонних связующих. Следует отметить, что в процессе работы аккумуляторной батареи происходит сульфатация пластин, масса положительных и отрицательных пластин выпадает в осадок. При этом не происходит электрохимического разрушения всех составляющих компонентов. Поэтому использовать массу положительных пластин в чистом виде невозможно.

После разборки блоков активной массы положительных электродов еще нет. Та масса, которая получена после разборки, должна быть превращена в активную массу только путем формировки. Формировка это процесс образования электрохимических активных масс.

Результаты экспериментов показывают, что увеличения срока службы аккумуляторов не происходит при применении двойного прессования. Срок службы зависит только от усилия прессования.

Кроме того, подзарядку можно производить при исправной аккумуляторной батарее. Для восстановления используются неисправные аккумуляторные батареи, которые имеют короткое замыкание, осыпавшуюся массу, пробитые крышки, поврежденные межэлементные соединения. Подзарядка таких аккумуляторных батарей не будет давать никакого эффекта.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа восстановления свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, в котором восстановление положительных и отрицательных пластин, составляющих полублоки аккумуляторной батареи из отработавших амортизационный срок положительных и отрицательных пластин, позволяет проводить восстановление аккумуляторной батареи без использования и приобретения дорогостоящего свинца.

Поставленная задача решается тем, что в способе восстановления свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, заключающемся в том, что отработанную аккумуляторную батарею разделяют на отрицательные и положительные полублоки, состоящие из отрицательных и положительных пластин соответственно, измельчают разрушенные положительные пластины, смешивают полученный порошок с электролитом для получения пасты, наносят пасту на решетки, прессуют и сушат, после чего восстанавливают и проводят сборку аккумуляторной батареи и ее зарядку согласно изобретению, одновременно с измельчением массы разрушенных положительных пластин осуществляют измельчение осадка отработанной аккумуляторной батареи с получением частиц размером от 0,02 до 0,04 мкм, а смешивание полученного порошка с электролитом производят при соотношении 1:0,13 вес. ч, удаляют с решеток отрицательных пластин губчатый свинец, степень сульфатации которого составляет более 20% после нанесения пасты на решетки проводят прессование при давлении от 20 до 30 атм, а сушку проводят при температуре от 30 до 100^oС в течение 24 ч, полученные положительные пластины формируют в полублоки, затем формируют отрицательные полублоки из отрицательных пластин, степень сульфатации которых составляет менее 20% из полученных положительных и отрицательных полублоков собирают блоки аккумуляторной батареи, которые до зарядки помещают в корпус с дистиллированной водой и пропускают постоянный электрический ток силой 0,03 - 0,05 А от емкости восстанавливаемой аккумуляторной батареи для образования на положительных пластинах двуокиси свинца, а на отрицательных пластинах - губчатого свинца в активной форме, после чего проводят зарядку.

Целесообразно, чтоб для нанесения пасты использовали освободившиеся решетки положительных и отрицательных пластин.

Целесообразно, чтобы просушивали губчатый свинец, удаленный с решеток отрицательных пластин, измельчали, смешивали с электролитом в соотношении 1: 0,13 вес. ч. и наносили на освободившиеся решетки отрицательных пластин, из полученных отрицательных пластин формировали отрицательные полублоки.

Полезно, чтобы в качестве электролита использовались смесь серной кислоты с дистиллированной водой в соотношении 1:3 плотностью 1,27 г/см.куб.

Обратимость химических реакций, химическая устойчивость свинца в электролите серной кислоты, только 40% активного вещества, взаимодействующего с электролитом, и отсутствие электрохимического разрушения активного вещества позволяют восстанавливать прошедшие амортизационный срок аккумуляторные батареи.

Кроме того, все залежи свинца бывшего СССР, находятся вы Казахстане, а также постоянное возрастание железнодорожных тарифов приводит к резкому возрастанию стоимости новых свинцово-кислотных аккумуляторов.

На фиг. 1 изображен общий вид аккумуляторной батареи с неразъемной крышкой (частичный вырыв); на фиг.2 общий вид блока аккумуляторной батареи, состоящий из отрицательного и положительного полублоков; на фиг.3 общий вид аккумуляторной батареи со съемными крышками (частичный вырыв); на фиг.4 - общий вид блока аккумуляторной батареи; на фиг.5, схема электролитной ячейки в процессе начала заряда положительной и отрицательной пластин; на фиг.6, - схема электролитной ячейки в конце заряда положительной и отрицательной пластин, которые превратились в положительный и отрицательный электроды.

Способ восстановления свинцово-кислотных аккумуляторных батарей проводится следующим образом.

Для восстановления одной аккумуляторной батареи (фиг.1), как правило, используются 2 3 прошедших амортизационный срок аккумуляторных батареи. Заявленный способ позволяет использовать свинцовые детали аккумуляторов одноразового использования, которые не подлежат ремонту и восстановлению.

Отработанную аккумуляторную батарею разделяют на отрицательные 1 (фиг.2) и положительные 2 полублоки. Для этого в случае восстановления аккумулятора со съемными крышками 3 (фиг.3) на сверлильном станке высверливаются межэлементные соединения 4. Межэлементные соединения 4 снимаются и укладываются в ящики для повторного применения, непригодные направляются на переплавку, а в случае восстановления аккумулятора (фиг. 1) с неразъемной крышкой 5, эту крышку 5 выпиливают.

Отрицательные 1 (фиг. 2) и положительные 2 полублоки состоят из набора отрицательных пластин 6 (фиг.2) и положительных пластин 7. Пластины 6 и 7 в полублоках соединены между собой посредством мостиков 8 и 9.

Осторожно сливают электролит из корпуса аккумуляторной батареи.

Положительные пластины 7 полублока 2, как правило, полностью разрушены. Поэтому осуществляется сбор со дна корпуса осадка, который представляет собой частиц положительных пластин 7. Этот осадок и оставшиеся неразрушенные части положительных пластин 7 вначале помещают в сушильный шкаф (на фиг.2 не показан) и высушивают при температуре 250 300^oС. Затем просушенные положительные пластины 7 и осадок измельчают в порошок с размером частиц в пределах 0,02 0,04 мкм. Измельчение осуществляется любым известным измельчительным устройством, например на шаровой мельнице.

Смешивают полученный порошок с электролитом в соотношении 1:0,13 вес. ч. для получения пасты.

Затем приступают в обработке отрицательных пластин 6. В отработанной аккумуляторной батарее отрицательная пластина 6 представляет собой решетку 10, в ячейках которой находится частично или полностью засульфатированный губчатый свинец 11. Если степень сульфатации губчатого свинца 10 составляет более 20% его удаляют из решетки 10. Эту решетку 10 промывают и используют в качестве токоотвода для положительной пластины 7.

Наносят на каждую освободившуюся решетку 10 полученную пасту и прессуют на прессе (на фиг.2 не показан). Давление прессования составляет 20 30 атм. После этого положительную пластину сушат при температуре 30 100^oС в течение 24 ч. Полученные положительные пластины собирают в положительные полублоки 2. Сборку осуществляют известным образом.

Затем формируют отрицательные полублоки 1 из отрицательных пластин 6, степень сульфатации которых составляет менее 20%
Из полученных отрицательных 1 и положительных 2 полублоков собирают блоки 12 (фиг.4), при этом между всеми положительными и отрицательными пластинами 5, 6 размещают сепараторы 13 (фиг.1) из мипластового и мипорового изолирующего материала.

Блоки 12 помещают в корпус 14 (фиг.5) с дистиллированной водой 15, электрически связывают между собой и пропускают постоянный электрический ток силой 0,03 0,05 А. В результате электрохимического процесса в положительных пластинах 7 (фиг.5, 6) образуется двуокись свинца, а в отрицательных пластинах 6 губчатый свинец переходит в активную форму.

Возможен вариант, когда отделившийся губчатый свинец с отрицательной пластины сушат, измельчают до размера частиц 0,02 0,04 мкм смешивают с электролитом.

В качестве электролита используют смесь серной кислоты с дистиллированной водой в соотношении 1:3, что обеспечивает плотность электролита 1,27 т/см³.

Использование: производство свинцовых аккумуляторов. Сущность изобретения: измельчают в порошок разрушенные положительные пластины и шлам, смешивают с электролитом в соотношении 1:0,13 по массе. С решеток отрицательных пластин удаляют губчатый свинец, степень сульфатации которого составляет более 20%. На освободившиеся решетки наносят пасту, прессуют при давлении 20 - 30 атм, сушат при температуре 30 - 100^oС в течение 24 ч. Положительные пластины формируют в полублоки, формируют отрицательные полублоки, заливают дистиллированной водой и пропускают постоянный ток силой 0,03 - 0,05 А. Способ обеспечивает экономию свинца. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.,1 табл.

1. Способ восстановления свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, заключающийся в том, что отработанную аккумуляторную батарею разделяют на отрицательные и положительные полублоки, состоящие из отрицательных и положительных пластин соответственно, измельчают разрушенные положительные пластины, смешивают полученный порошок с электролитом для получения пасты, наносят пасту на решетки, прессуют и сушат, после чего восстанавливают и проводят сборку аккумуляторной батареи и ее зарядку, отличающийся тем, что одновременно с измельчением массы разрушенных положительных пластин осуществляют измельчение осадка отработанной аккумуляторной батареи с получением частиц размером 0,02 0,04 мкм, а смешивание полученного порошка с электролитом производят при соотношении 1:0,13 мас.ч. удаляют с решеток отрицательных пластин губчатый свинец, степень сульфатации которого составляет более 20% после нанесения пасты на решетки проводят прессование при давлении 20 30 атм, а сушку проводят при температуре 30 100^oС в течение 24 ч, полученные положительные пластины формируют в полублоки, затем формируют отрицательные полублоки из отрицательных пластин, степень сульфатации которых составляет менее 20% из полученных положительных и отрицательных полублоков собирают блоки аккумуляторной батареи, которые до зарядки помещают в корпус с дистиллированной водой, и пропускают постоянный электрический ток силой 0,03 - 0,05 А для образования на положительных пластинах двуокиси свинца, а на отрицательных пластинах губчатого свинца в активной форме, после чего проводят зарядку. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для нанесения пасты используют освободившиеся решетки положительных и отрицательных пластин. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что просушивают губчатый свинец, удаленный с решеток отрицательных пластин, измельчают, смешивают с электролитом в соотношении 1: 0,13 мас.ч. и наносят на освободившиеся решетки отрицательных пластин, из полученных отрицательных пластин формируют отрицательные полублоки. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что в качестве электролита используют смесь серной кислоты с дистиллированной водой в соотношении 1:3 плотностью 1,27 г•см³.