ЩЕЛОЧНОЙ АККУМУЛЯТОР Российский патент 2002 года по МПК H01M10/28 H01M2/02 

Заявляемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве и эксплуатации аккумуляторов.

Конструкция химического источника тока должна наилучшим образом способствовать реализации тех энергетических возможностей, которые заключены в конкретной электрохимической системе. Конструкция элемента должна обеспечивать наиболее благоприятные условия для протекания токообразующих электрохимических реакций и одновременно соответствовать требованиям надежной и длительной работы в конкретных условиях эксплуатации.

Известен щелочной аккумулятор, конструкция которого включает электроды, разделенные сепаратором, пространство между которыми заполнено электролитом. Корпус аккумулятора выполнен из химически стойкого материала, имеющего высокую механическую прочность, минимальную массу и, как правило, высокое электрическое сопротивление (см. В.Н. Варыпаев, М.А. Дасоян, В.Л.Никольский. Химические источники тока. M. : Высшая школа, 1990, с. 14). Обычно корпус аккумулятора изготовлен из стали и покрыт снаружи и изнутри слоем никеля толщиной 10-15 мкм или оксидирован.

Особенно жесткие требования предъявляются к щелочным аккумуляторам, используемым в тяговых батареях. Последние служат источниками питания электродвигателей специальных видов рельсового и безрельсового транспорта - различных электровозов, электрокаров, электропогрузчиков, электротягачей. Для эксплуатации в таких условиях аккумуляторы должны обладать высокими вибро- и ударопрочностью.

Для обеспечения электроизоляции щелочных аккумуляторов, собранных в батарею, увеличения срока их службы и обеспечения безопасной работы аккумуляторы обычно снабжают электроизоляционным чехлом.

При использовании щелочного аккумулятора в железнодорожных (вагонных), судовых и аналогичных им батареях, служащих для энергоснабжения систем освещения, кондиционирования, средств сигнализации и связи, заменяющих генераторы тока в период их бездействия и эксплуатирующихся в особо жестких условиях, необходимым условием надежной работы является эластичность внешней оболочки аккумулятора в диапазоне температур -50 - +50^oС в условиях воздействия механических нагрузок.

Известен аккумулятор, пригодный для эксплуатации в указанных условиях, содержащий электроды, разделенные сепаратором, корпус которого выполнен в виде металлического бака с изоляционным щелочестойким резиновым чехлом (ГОСТ 26692-85). Указанный аккумулятор является наиболее близким решением к заявляемому. Чехол обеспечивает электроизоляцию корпуса и служит амортизатором при вибрации и ударах. Однако технологические характеристики резины не позволяют получить чехлы, плотно прилегающие к корпусу аккумулятора. Изготовление аккумуляторов с резиновыми чехлами и в особенности утилизация резиновых изделий является энергоемким и вредным производством, поскольку при этом выделяются канцерогены. Изделия с резиновым чехлом не обладают эстетической привлекательностью, т.к. обычно имеют черный цвет, а технология изготовления окрашенной резины достаточно сложна и традиционно не применяется при изготовлении чехлов для аккумуляторов.

Задачей заявляемого изобретения является создание очехленного щелочного аккумулятора, имеющего продолжительный срок службы в условиях широкого диапазона температур, в том числе низких, и воздействия механических нагрузок, обеспечивающего вторичную переработку менее экологически опасными технологиями, обладающего эстетически привлекательным внешним видом, дешевого. Технический результат достигается тем, что щелочной аккумулятор согласно изобретению содержит электроды, разделенные сепаратором, размещенные в корпусе, заполненном электролитом и снабженном чехлом, выполненным методом литья под давлением из термопластичного полимерного материала, способного к термоусадке, обладающего следующими свойствами: электрическое сопротивление не менее 20 МОм, электрическая прочность не менее 14 кВ/мм в течение 1 мин, ударная вязкость по Шарпи при Т=-60^oС не менее 40 кДж/м²без надреза и более 5 кДж/м² с надрезом.

Необходимым условием выбора материала является высокая щелочестойкость (в щелочах концентрации 25-30 мас.%), поскольку чехол предназначен для щелочного аккумулятора.

Достижение плотного прилегания чехла к корпусу позволяет эксплуатировать конструкцию достаточно долго в условиях низких температур и механических (вибро) нагрузок.

Сущность изобретения заключается в том, что аккумулятор, содержащий электроды, разделенные сепаратором и размещенные в корпусе, и чехол, последний выполнен из материала, свойства которого обеспечивают получение минимального гарантированного зазора между чехлом и корпусом, дешевого, служащего демпфером в условиях воздействия механических нагрузок. Высокая стойкость чехла к щелочам позволяет сохранить его без повреждений при воздействии механических нагрузок и вибрации и тем самым повысить безопасность условий работы. Термопластичные полимерные материалы обычно являются высокотехнологичными материалами, в которые легко вводится широкий круг красителей. За счет этого значительно улучшается внешний вид устройства и повышается его конкурентоспособность. Высокие ударопрочность и эластичность указанного материала при минусовых температурах обеспечивают расширение диапазона применения аккумулятора и применение более дешевых материалов при его изготовлении. Низкая горючесть частей, образующих конструкцию аккумулятора, делает более безопасными условия его эксплуатации. Необходимо заметить, что вторичная переработка деталей отработавших аккумуляторов является менее экологически вредным производством, чем переработка аккумуляторов с резиновыми чехлами.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, где схематично представлен общий вид аккумулятора в разрезе. Позиции на чертеже следующие:
1, 2 - электроды, 3 - сепаратор, 4 - корпус, 5 - чехол, 6 - электролит.

Предпочтительным является выполнение элементов аккумулятора следующим образом.

- Электродов в виде ламелей с активной массой, содержащей гидрат закиси никеля в количестве 80-82 мас.% и графит ГОСТ 10273 (марки ГАК 1) в количестве 18-20 мас.%, а также железной активной массой, содержащей 60-80 мас.% окислов железа и 20-40 мас.% графита ГОСТ 10273 (марки ГАК 1).

- Сепаратора из перфорированного винипласта.

- Корпуса из стали марки 08КП.

- Съемного чехла из пластифицированного поливинилхлорида, электрическое сопротивление которого не менее 20 МОм, электрическая прочность не менее 14 кВ/мм в течение 1 мин, ударная вязкость по Шарпи при Т=-60^oС не менее 40 кДж/м² без надреза и более 5 кДж/м² с надрезом. Чехол установлен на корпусе. Размер чехла превышает размер корпуса аккумулятора на 5-8 мм. Толщина стенки не менее 3 мм.

- Электролитом служит раствор щелочи NaOH концентрации 30 мас.%. Чехол изготавливают методом литья под давлением на горизонтальной литьевой машине при температуре массы расплава не более 175^oС, при давлении впрыска 100-120 МПа и температуре литьевой формы +25-30^oС и надевают на корпус при нагревании.

Испытания проводились по следующим методикам:
1. Электрическая прочность - в соответствии с ГОСТ 6433.3-71 "Методы определения электрической прочности при переменном (частота 50Гц) и постоянном напряжении".

2. Электрическое сопротивление - в соответствии с ГОСТ 6433.2-71 "Методы определения электрических сопротивлений при постоянном напряжении".

Указанные выше особенности материалов не исключают использования прочих материалов, помимо пластифицированного поливинилхлорида, отвечающих необходимым требованиям.

Испытания аккумуляторов, изготовленных согласно изобретению, показали, что аккумуляторы пригодны для эксплуатации в диапазоне температур -50 - +50^oС.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве и эксплуатации аккумуляторов. Согласно изобретению щелочной аккумулятор содержит электроды, разделенные сепаратором, размещенные в корпусе, заполненном электролитом и снабженном чехлом, выполненным методом литья под давлением из термопластичного полимерного материала, способного к термоусадке, обладающего следующими свойствами: электрическое сопротивление не менее 20 МОм, электрическая прочность не менее 14 кВ/мм в мин, ударная вязкость по Шарпи при Т= -60^oС не менее 40 кДж/м² без надреза и более 5 кДж/м² с надрезом. Техническим результатом изобретения является повышение безопасности эксплуатации, а также значительно улучшается внешний вид и расширяется диапазон применения аккумулятора. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Щелочной аккумулятор, включающий электроды, разделенные сепаратором, размещенные в корпусе, заполненном электролитом и снабженном съемным чехлом, выполненным из термопластичного полимерного материала, способного к термоусадке, отличающийся тем, что чехол выполнен методом литья под давлением из термопластичного полимерного материала, обладающего следующими свойствами: электрическое сопротивление не менее 20 МОм, электрическая прочность не менее 14 кВ/мм в течение 1 мин, ударная вязкость по Шарпи при Т=-60^oС не менее 40 кДж/м² без надреза и более 5 кДж/м² с надрезом. 2. Щелочной аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что чехол выполнен из пластифицированного поливинилхлорида. 3. Щелочной аккумулятор по п.2, отличающийся тем, что толщина стенки чехла не менее 3 мм.