СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЛЬЕФНОЙ ПОРИСТОЙ ОСНОВЫ ВОДОРОДНОГО ЭЛЕКТРОДА ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Российский патент 1999 года по МПК H01M4/88 B22F3/18 

Изобретение относится к порошковой металлургии, электротехнике, в частности, может быть использовано при изготовлении рельефной токопроводящей пористой основы водородного электрода никель-водородного, серебряно-водородного аккумуляторов или кислородно-водородного топливного элемента.

Известен способ [1] создания рельефной поверхности для закрепления и защиты катализатора водородного электрода, заключающийся в подготовке и прокатке никелевого порошка, спекании пористого проката, его соединении с никелевой сеткой с помощью диффузионной сварки и нанесении осаждением со стороны сетки суспензии катализатора. В результате этого последний, находясь между сеткой и подложкой, надежно защищен от механических повреждений в процессе изготовления изделия и его эксплуатации. Однако создание защитного рельефа таким способом приводит к большой массе и толщине водородного электрода, что существенно ограничивает область применения химического источника тока.

Этот недостаток устранен в способе [2], в котором сетка из конструкции электрода исключается, а рельеф создают на поверхности спеченной пористой основы методом фотохимического фрезерования. По этому способу подготавливают и прокатывают никелевый порошок, затем пористый прокат спекают, после этого на его поверхность фотохимическим фрезерованием наносят рельефную ячеистую сетку, в которую фильтрацией размещают катализатор. Последний, находясь в ячейках основы, не претерпевает механических повреждений при сборке, транспортировке, а также во время работы изделия в условиях тряски, вибрации.

Недостатком способа является трудоемкость нанесения рельефа методом фотохимического фрезерования. Кроме того, применение такого способа не позволяет организовать непрерывную технологическую линию изготовления рельефной основы водородного аккумулятора.

В способе [3], принятом за прототип, заключающемся в подготовке и прокатке шихты, содержащей никелевый порошок и термоустойчивый порообразователь, спекании проката и последующем удалении порообразователя, полученный объем пустот материала заполняют активной массой.

Техническим результатом для указанного способа является получение максимальной пористости для внесения наибольшего количества активной массы.

Материал, имеющий такую высокопористую структуру, не может быть использован в качестве основы для нанесения катализатора без потерь. Размеры частиц катализатора составляют доли микрона и нанесение методом фильтрации сопровождается его проскакиванием через высокопористый материал.

Техническим результатом предлагаемого способа является сохранение сквозной пористости рельефного проката.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе, заключающемся в подготовке и прокатке шихты, содержащей никелевый порошок и термоустойчивый порообразователь, спекании проката и последующем удалении порообразователя, после спекания наносят рельефный рисунок калибровкой в валках. Кроме того, особенностью является то, что рельефный прокат после удаления порообразователя дополнительно спекают. Таким образом, в предлагаемом способе термоустойчивый порообразователь используют по новому назначению: сохранение сквозной пористости после калибровки в валках.

Проведенный анализ уровня техники не выявил литературный источник, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует критерию "новизна".

Заявляемое техническое решение обеспечивает восстановление сквозной пористости. Это определяет новый технический результат - восстановление сквозной пористости, раскрытие пор основы, имеющей поверхностный рельеф. Исходя из вышеизложенного предлагаемый способ соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предложенный способ изготовления рельефной основы реализован следующим образом. Исходный никелевый порошок отжигали в водороде в лабораторной печи при температуре 430^oC в течение 20 мин с последующим его размолом и фр. - 004. Хлорид натрия и поливиниловый спирт общим количеством 210 г (в соотношении 6 : 1) размалывали в лабораторной шаровой барабанной мельнице диаметром 200 мм в течение 2 часов при скорости вращения 70 1/мин. Масса размалывающих шаров 2,5 кг. Размол вели с добавкой этилового спирта (из расчета 25 г спирта на 250 г шихты). После размола добавляли отожженный никелевый порошок, исходя из соотношения компонентов по шихте Ni : NaCl : ПВС 79 : 18 : 3. Смешивание производили в течение 60 мин при скорости вращения барабана 8 1/мин. Шихту сушили и прокатывали. Прокатку вели на стане ЮД1890, диаметр рабочих валков 20 мм. Затем прокат спекали при 600^oC в течение 1 час в водороде, калибровали на том же стане с применением рельефного валка. Высота выступов рисунка равнялась 20 - 25 мкм. После этого удаляли хлорид натрия отмывкой в горячей воде и последующей сушкой. Калиброванный прокат дополнительно спекали при 820 - 830^oC в течение 1 часа в водороде с целью увеличения механической прочности структуры. Пористость готового материала составила 55%, средний размер пор (по методу вытеснения жидкости) - 6 мкм, толщина - 100 мкм. Водородный электрод, изготовленный с использованием предложенной рельефной пористой основы, имеет высокие электрохимические характеристики. Трудоемкость изготовления рельефной основы с базовым вариантом [2] сокращается ориентировочно на 30%. Способ позволяет организовать непрерывную технологическую линию изготовления рельефной пористой основы водородного электрода.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 504263, кл. H 01 M 10/30, 1976 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 2042236, кл. H 01 M 4/88, 1995 г.

3. Лев М.Б. и др. Пористые спеченные материалы из никеля для электродов ХИТ. В сб. "Электрохимическая энергетика", М., 2-я Всесоюзная научная конференция, 1984 г.

4. Порошковая металлургия. Справочник (И.М.Федорченко, И.Н.Францевич, И. Д.Радомысельский и др.), Киев, Наук. думка, 1985 г.

Изобретение относится к порошковой металлургии, электротехнике, в частности, может быть использовано при изготовлении водородного электрода (ВЭ). Способ включает приготовление и прокатку дисперсного материала, спекание и калибрование проката, удаление порообразователя. ВЭ с использованием рельефной основы высокоактивен, имеет малую массу и толщину. Способ позволяет организовать непрерывную технологическую линию изготовления рельефных пористых основ ВЭ. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ изготовления рельефной пористой основы водородного электрода химического источника тока, заключающийся в подготовке и прокатке шихты, содержащей никелевый порошок и порообразователь, спекании и последующем удалении порообразователя, отличающийся тем, что после спекания на поверхность проката наносят рельеф калибровкой в валках. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рельефный прокат после удаления порообразователя дополнительно спекают.