ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЙ СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫЙ АККУМУЛЯТОР Российский патент 2002 года по МПК H01M10/04 H01M10/34 

Изобретение относится к области химических источников тока и может быть использовано при конструировании и производстве герметизированных свинцовых аккумуляторов.

Известен герметизированный (безуходный) свинцовый аккумулятор, состоящий из бака, положительных и отрицательных электродов, сепараторов, матричного или загущенного электролита, токоведущих деталей и клапана (см., например, Варыпаев В. Н., Дасоян М.Л., Никольский В.А. "Химические источники тока". - М.: Высшая школа, 1990, с. 189-193).

Для обеспечения работы такoго аккумулятора необходимо максимально снизить выделение на электродах кислорода и водорода и организовать их поглощение внутри аккумулятора. В противном случае будет иметь место потеря аккумулятором воды и выход его из строя. В современных герметизированных аккумуляторах эффективно протекает кислородный цикл, когда практически весь выделяющийся на положительном электроде кислород восстанавливается на отрицательном электроде, образуя воду. Однако организация по такому принципу замкнутого водородного цикла до настоящего времени не осуществлена из-за низкой скорости окисления на положительном электроде водорода, выделяющегося на отрицательном электроде. Снижение скорости накопления в аккумуляторе водорода осуществляется за счет оптимизации режимов заряда или использования дополнительных окислительных электродов.

Для минимального выделения водорода заряд следует проводить при напряжении на аккумуляторе не выше 2,25 В, что приводит к значительному увеличению его продолжительности. При этом исключить накопление водорода в аккумуляторе полностью не удается. Более перспективной является попытка окислить выделяющийся водород. Для этого используют либо каталитические устройства, реализующие реакцию рекомбинации водорода и кислорода, либо дополнительные электроды. Каталитические устройства малоэффективны, так как требуют строгой стехиометрии водорода и кислорода, что имеет место только при подзаряде полностью заряженного аккумулятора.

В качестве прототипа выбрано техническое решение, описанное в работе Агуфа И. А. , Дасояна М.А., Лызлова Н.Ю. "Современное состояние и перспективы развития научных исследований в области герметичного свинцовою аккумулятора". - М.: Информэлектро, 1984.

В прототипе описан ряд примеров использования катализаторов в виде дополнительных электродов для окисления выделяющеюся водорода. Это электроды на основе металлов платиновой группы, нанесенные на пористые матрицы и расположенные на границе раздела электролит - газовая фаза. Применение дополнительных электродов значительно усложняет конструкцию аккумулятоpa и технологию его и изготовления. Сами катализаторы склонны к отравлению и постепенному снижению их активности. Крайне опасным является попадание катализатора на поверхность аккумуляторных электродов, вызывающее резкое увеличение газовыделения, что недопустимо для герметизированного аккумулятора. Кроме того, фиксация дополнительного электрода на границе электролит - газовая фаза затруднено из-за постоянного изменения уровня электролита в аккумуляторе при зарядно-разрядных циклах. Таким образом, применение дополнительных электродов для снижения накопления водорода в герметизированном аккумуляторе неэффективно.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи снижения накопления водорода в герметизированном аккумуляторе, реализации замкнутого водородного цикла, уменьшения потерь воды в процессе его эксплуатации и увеличения срока службы герметизированных аккумуляторов.

Поставленная задача решается тем, что в герметизированном свинцово-кислотном аккумуляторе, содержащем разноименные электроды и катализатор окисления водорода, в качестве катализатора применена добавка фуллерена, введенная в положительные электроды в количестве 0,05-1,5% от веса активной массы. Фуллерен обладает высокой окислительной способностью и стойкостью в условиях работы положительного электрода свинцового аккумулятора. Скорость окисления водорода на нем значительно выше, чем на обычных активных массах, и при определенных условиях может быть одного порядка со скоростью выделения водорода на отрицательном электроде, что позволяет говорить о реализации замкнутого водородного цикла. Таким образом, весь выделяющийся водород может быть поглощен на положительном электроде, что при отмеченной ранее высокой эффективности замкнутого кислородного цикла может позволить создать полностью герметичный аккумулятор.

Сущность изобретения поясняется примером его реализации и данными, приведенными в таблице.

Пример. Были изготовлены макеты аккумуляторов с манометром, позволяющим оценивать давление внутри аккумулятора. Положительные электроды макетов содержали 0,0, 0,03, 0,05, 1,0, 1,5 и 1,7 мас.% фуллерена по отношению к весу активной массы. С помощью манометра оценивали содержание водорода в макетах после заряда, а путем взвешивания макетов определяли потери воды. Содержанию водорода соответствовало давление внутри макета через 24 ч после заряда, когда парциальное давление кислорода снижалось практически до нуля за счет его восстановления на отрицательном электроде. В таблице представлены значения парциального давления водорода при циклировании и общее количество циклов, после проведения которых потери воды составили более 10%. Известно, что при таком осушении аккумуляторов резко возрастает их внутреннее сопротивление и электрические характеристики падают ниже 80% от номинального значения, что является показателем конца эксплуатации.

Увеличение содержания фуллерена выше 1,5% приводит к резкому снижению прочности активной массы, что и определяет низкий срок службы макетов с 1,7% фуллерена.

Изобретение относится к области химических источников тока и может быть использовано при конструировании и производстве герметизированных свинцовых аккумуляторов. Техническим результатом изобретения является решение задачи снижения накопления водорода в герметизированном аккумуляторе, реализации замкнутого водородного цикла, уменьшения потерь воды в процессе его эксплуатации и увеличения срока службы герметизированных аккумуляторов. Согласно изобретению в герметизированном свинцовом аккумуляторе в качестве катализатора окисления водорода применена добавка фуллерена, введенного в положительные электроды в количестве 0,05 - 1,5% от веса активной массы. 1 табл.

Герметизированный свинцово-кислотный аккумулятор, содержащий разноименные электроды и катализатор окисления водорода, отличающийся тем, что в качестве катализатора применена добавка фуллерена, введенного в положительные электроды в количестве 0,05-1,5% от веса активной массы.