ЩЕЛОЧНОЙ АККУМУЛЯТОР Российский патент 2001 года по МПК H01M10/24 

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в качестве аккумулятора электрической энергии.

Известна кислотная аккумуляторная батарея, содержащая несколько элементов, каждый из которых представляет собой пластмассовый бачок, внутри которого размещены положительные и отрицательные пластины. Положительные пластины выполнены из чистого свинца и имеют в качестве активного вещества двуокись свинца. Отрицательные пластины выполнены из решетчатого свинца с примесью сурьмы и имеют в качестве активного вещества губчатый свинец. Между пластинами установлены сепараторы. Пластмассовый бачок заполнен электролитом, содержащим серную кислоту в дистиллированной воде. Плотность электролита - 1,24 - 2,26 г/см³. Напряжение одного элемента - 2,21 В /В.М.Кленников, Н. М. Ильин, Ю. В. Буралев. Автомобиль категории "В". Учебник водителя. М.: Транспорт, 1981, с. 68-73/.

Недостатками известной аккумуляторной батареи являются: зависимость заряда от плотности электролита, высокий саморазряд, повышенная чувствительность к недозаряду и перезаряду, сульфатация пластин при недостаточном уровне электролита.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией аккумуляторной батареи.

Известен также щелочной аккумулятор, содержащий корпус с крышкой, внутри которого размещены блоки положительных и отрицательных электродов, выполненных из стальных никелированных решеток, в ячейки которых впрессованы ламели, представляющие собой коробочки с большим количеством отверстий, наполненные активной массой, причем активной массой положительных электродов является гидрат окиси никеля с графитом, а активной массой отрицательных электродов является губчатое железо. Корпус заполнен электролитом, представляющим собой водный раствор щелочи КОН. Плотность электролита 1,19-1,21 г/см³. Напряжение 1,5 В /М.М.Авдеев и др. Электропоезда переменного тока. М. : Транспорт, 1973, с. 328-334/.

Известный щелочной аккумулятор как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату принят за прототип.

Недостатками известного щелочного аккумулятора, принятого за прототип, являются: малое напряжение, низкий коэффициент отдачи по емкости и энергии, чувствительность к низким температурам, саморазряд.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией щелочного аккумулятора.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств щелочного аккумулятора.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что на блоках положительных и отрицательных электродов установлено по два дополнительных электрода без наполнителей, расположенных около крайних электродов каждого блока и размещенных под углом 90^o к основным электродам, кроме того, обе пары дополнительных электродов противоположной полярности параллельны друг другу и заключены между полюсами верхних и нижних постоянных магнитов, причем верхние постоянные магниты закреплены на крышке, изолированы от электролита и направлены внутрь корпуса своими северными полюсами, а нижние постоянные магниты закреплены внутри корпуса, на его дне, изолированы от электролита и своими нижними полюсами направлены вверх навстречу полюсам верхних постоянных магнитов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид щелочного аккумулятора, на фиг. 2 - вид сверху на щелочной аккумулятор, на фиг. 3 - продольный разрез щелочного аккумулятора, на фиг. 4 - вид сверху на щелочной аккумулятор при снятой верхней крышке, на фиг. 5 - общий вид блока отрицательных электродов, на фиг. 6 - вид сверху на блок отрицательных электродов, на фиг. 7 - общий вид блока положительных электродов, на фиг. 8 - вид сверху на блок положительных электродов, на фиг. 9 - схема разделения ионов электролита.

Предлагаемый щелочной аккумулятор содержит корпус 1, выполненный из пластмассы, устойчивой к действию щелочи, и закрытый крышкой 2, выполненной из такого же материала. Внутри корпуса установлены блоки положительных и отрицательных электродов. Блок положительных электродов содержит прямоугольный брус 3, соединенный с клеммой 4, к которому прикреплены основные электроды 5, выполненные из стальных никелированных решеток, в ячейки которых впрессованы ламели 6, представляющие собой коробочки с многочисленными отверстиями, наполненные активной массой, в качестве которой использован гидрат окиси никеля с графитом. На блоке установлены дополнительные электроды без наполнителей 7 и 8, расположенные около крайних электродов и размещенные под углом 90^o к основным электродам. Блок отрицательных электродов содержит прямоугольный брус 9 с клеммой 10, к которому прикреплены основные электроды 11, выполненные из стальных никелированных решеток, в ячейки которых впрессованы ламели 12, представляющие собой коробочки с многочисленными отверстиями, наполненные активной массой, в качестве которой использовано губчатое железо. На блоке установлены дополнительные электроды без наполнителей 13 и 14, расположенные около крайних электродов и размещенные под углом 90^o к основным электродам. Каждая пара дополнительных электродов противоположной полярности параллельна друг другу и заключена между полюсами верхних 15, 16 и нижних 17, 18 постоянных магнитов. Верхние постоянные магниты закреплены на крышке корпуса, изолированы от электролита и направлены внутрь корпуса своими северными полюсами, а нижние постоянные магниты закреплены внутри корпуса, на его дне, изолированы от электролита и своими нижними полюсами направлены вверх навстречу верхним постоянным магнитам. На крышке расположено заливное отверстие, закрытое пробкой 19 с отверстием для прохода газов. Внутрь корпуса залит электролит, представляющий собой водный раствор щелочи.

Работа щелочного аккумулятора
Перед зарядкой щелочного аккумулятора необходимо проверить плотность электролита и его уровень. После этого подключить клеммы 4, 10 к зарядной цепи и выдержать необходимое время. Во время заряда аккумулятора под действием электрической энергии внешнего тока происходит окисление активной массы положительных электродов 5 и восстановление активной массы отрицательных электродов 11. При включении щелочного аккумулятора в нагрузочную цепь происходит его разряд и уменьшение потенциалов на его электродах 5, 11. Разряд щелочного аккумулятора происходит также и при длительном хранении. При наличии потенциала на положительном и отрицательном блоках электродов часть потенциала располагается на дополнительных электродах 7, 8 и 13, 14 и между ними возникает электрическое поле, перпендикулярное магнитным силовым линиям верхних 15, 16 и нижних 17, 18 постоянных магнитов. Ионы K⁺ и OH^-, находящиеся между дополнительными электродами 7, 8, 13, 14, начинают двигаться в электрическом поле. Ионы K⁺ движутся в сторону отрицательных дополнительных электродов 13, 14, а ионы OH^- движутся в сторону положительных дополнительных электродов 7, 8. Положительные ионы K⁺, пересекая магнитные силовые линии постоянных магнитов 16, 18, по правилу "левой руки" отбрасываются на крайний положительный основной электрод 5, прилипают к нему, увеличивая положительный заряд на блоке положительных электродов. Отрицательные ионы OH^-, пересекая магнитные силовые линии постоянных магнитов 16,18, отбрасываются по правилу "левой руки" в противоположную сторону в промежуток, образованный электрическим полем дополнительных электродов 8, 14 и корпусом. Накапливаясь в этом промежутке, ионы OH^- оседают на дно и далее распространяются по всему объему. Отрицательные ионы OH^-, пересекая магнитные силовые линии постоянных магнитов 15, 17, по правилу "левой руки", отбрасываются на крайний основной электрод 11 отрицательного блока электродов, прилипают к нему, увеличивая отрицательный потенциал на блоке отрицательных электродов. Положительные ионы K⁺, пересекая силовые линии постоянных магнитов 15, 17, отбрасываются по правилу "левой руки" в противоположную сторону и скапливаются в промежутке между электрическим полем дополнительных электродов 7, 13 и корпусом. Накапливаясь в этом промежутке, положительные ионы K⁺ опускаются вниз и далее распространяются по всему объему за счет броуновского движения или за счет циркуляции при нагревании электролита во время разряда щелочного аккумулятора (на фиг. 9 показано пунктирными линиями). При разряде щелочного аккумулятора электрические заряды с отрицательных дополнительных электродов 13, 14 через внешнюю электрическую цепь станут поступать на положительные дополнительные электроды 7, 8. В результате этого на дополнительных положительных электродах 7, 8 будет протекать реакция а на дополнительных отрицательных электродах будет протекать реакция OH^-+H₃O=2H₂O, где H₃O - гидратированный ион водорода. Образовавшиеся металлический калий и вода будут отделяться от крайних основных электродов и снова вступать между собой в реакцию с образованием КОН и затем снова диссоциировать. Таким образом при хранении и разряде щелочного аккумулятора будет происходить разделение положительных и отрицательных ионов, находящихся в электролите, и присоединение их к соответствующим электродам. Выделение ионов из электролита и присоединение их к электродам является дополнительным средством увеличения емкости и силы тока разряда.

Предлагаемый щелочной аккумулятор может быть использован в метеостанциях, электромобилях, переносной радиоаппаратуре.

Положительный эффект - уменьшение скорости саморазряда, повышение потенциала на электродах, увеличение тока разряда, повышение коэффициента отдачи по емкости и энергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве аккумуляторов. Щелочной аккумулятор содержит корпус с крышкой, выполненные из изоляционного материала, устойчивого к действию щелочей. Внутри корпуса размещены блоки положительных и отрицательных электродов. На каждом из блоков установлено по два дополнительных электрода, расположенных под углом к крайним основным электродам, причем каждая пара дополнительных электродов противоположной полярности параллельна друг другу и заключена между полюсами верхних и нижних постоянных магнитов, первые из которых размещены на крышке и повернуты вниз своими северными полюсами, а вторые установлены на дне корпуса и повернуты вверх своими южными полюсами. Все магниты изолированы от электролита, находящегося внутри корпуса и представляющего собой водный раствор щелочи. Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных качеств аккумулятора. 9 ил.

Щелочной аккумулятор, содержащий корпус с крышкой, внутри которого размещены блоки положительных и отрицательных электродов с активными массами, клеммы, установленные на крышке, электролит, залитый внутрь корпуса, отличающийся тем, что на блоках положительных и отрицательных электродов установлено по два дополнительных электрода без наполнителей, расположенных под углом к основным электродам, кроме того, обе пары дополнительных электродов противоположной полярности параллельны друг другу и заключены между полюсами верхних и нижних постоянных магнитов, причем первые закреплены на крышке, изолированы от электролита и направлены внутрь корпуса своими северными полюсами, а вторые закреплены на дне корпуса, изолированы от электролита и своими южными полюсами направлены вверх навстречу полюсам верхних постоянных магнитов.