ГИДРИДНЫЙ ЭЛЕКТРОД АККУМУЛЯТОРА Российский патент 2004 года по МПК H01M4/24 H01M4/62 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродам металл-гидридных аккумуляторов.

Известен гидрофобный электрод, содержащий сетчатый токоотвод в виде никелевой сетки и активной массы, состоящий из порошка интерметаллида системы лантан-никель, активированного платиной, и фторопластового связующего в соотношении 92% интерметаллида и 8% фторопласта. Полученная смесь после гомогенизации наносится на никелевую сетку и электрод подпрессовывается до толщины 1,5 мм [1].

Такой электрод не позволяет получать достаточно высокой удельной емкости из-за значительного содержания в смеси фторопласта.

Наиболее близким к изобретению является гидридный электрод для металл-газового аккумулятора, который может быть использован при изготовлении металл-гидридных аккумуляторов, состоящий из сетчатого токоотвода и активной массы из смеси порошка интерметаллида LaNi_4,8Al_0,2 с фторопластовым связующим. Активная масса нанесена на сетчатый токоотвод в количестве 80-120 мг/см² при соотношении компонентов, мас.%: интерметаллид 94-96, фторопласт 4-6 [2].

К недостаткам данного гидридного электрода следует отнести:

- сетчатый токоотвод имеет плоскую форму, что не позволяет нанести на электрод достаточного количества активной массы;

- значительное содержание фторопластового связующего 4-6 мас.% в смеси с порошком интерметаллида;

- алюминий в смеси порошка интерметаллида является отравляющей примесью для оксидно-никелевого электрода, т.к. алюминий постепенно выходит в электролит, переходит на положительный электрод, что снижает емкость аккумулятора.

Все вышеуказанное не позволяет получить достаточно высокую удельную емкость электрода.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение удельной емкости электрода, что в свою очередь позволяет увеличить емкость аккумулятора.

Поставленная задача решается за счет того, что в гидридном электроде аккумулятора, состоящем из сетчатого токоотвода и активной массы из смеси порошка интерметаллида LaNi₅, содержащего компоненты, стабилизирующие электрические параметры аккумулятора, например кобальт и марганец с фторопластовым связующим, сетчатый токоотвод выполнен объемным, в который с двух сторон внесена активная масса в количестве 1500-1600 мг/см³ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Интерметаллид 98,7-99

Фторопласт 0,75-1

Поливиниловый спирт 0,24-0,26

Анализ известных источников из уровня техники показал, что оригинальностью данного решения является:

- введение в интерметаллид системы никель-лантан LaNi₅ компонентов, улучшающих разрядную емкость электрода, например Со и Mn и др., позволяет повысить удельную емкость электродной массы и стабилизировать электропараметры аккумулятора при его циклировании, т.к. кобальт стабилизирует емкость при циклировании заряд-разрядных циклов, марганец активизирует процесс газового обмена в аккумуляторе;

- уменьшение содержания фторопластового связующего в активной массе электрода с 8% в аналоге, до 4-6% в прототипе и до 0,75-1% в предлагаемом решении ведет к увеличению удельной емкости электрода до ≥0,25 А·ч/г (в прототипе - 0,2 А·ч/г). Соответственно увеличение в активной массе содержания интерметаллида до 99% со структурой типа LaNi₅ и массовыми долями компонентов: La_30-33,5, Ni_32-35, Сo_31,2-42, Мn_0,9-1,8 (ТУ 145-93; ТУ 146-94), что делает электрод более активным в процессах заряда-разряда аккумулятора. Также возможно введение в интерметаллид LaNi₅ неодима Nd, цирокония Zr и др.;

- исполнение сетчатого токоотвода объемным, в частности, из пороникеля, плотность которого 0,2-0,4 г/см³, позволяет вносить активную массу с двух сторон токоотвода и большого количества до 1600 мг/см³;

- прессование и спекание в вакууме электрода (в прототипе) требует предварительного помола порошка интерметаллида до среднего размера частиц 2-3 мкм для приготовления активной массы электрода;

- в предлагаемом же электроде для приготовления активной массы из смеси порошка интерметаллида LaNi₅ дисперсностью 40-100 мкм, не требующего предварительного помола (или измельчения), с фторопластовым связующим и поливиниловым спиртом, который обеспечивает сцепление между частицами активной массы и сохранность заряда аккумулятора при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Интерметаллид 98,7-99

Фторопласт 0,75-1

Поливиниловый спирт 0,24-0,26

Заявляемое техническое решение с характеризующими его отличительными признаками на настоящее время в Российской Федерации и за границей не известно, следовательно, отвечает требованиям критерия "новизна".

Заявляемое решение является оригинальным, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

На чертеже представлен график зависимости разрядной емкости электрода аккумулятора в зависимости от количества зарядно-разрядных циклов для сплава интерметаллида.

Пример.

Объемный токоотвод выполнен из пороникеля, размеры которого 230 мм×38 мм×1,6 мм, что соответствует объему 14 см³, плотность пороникеля 0,2-0,4 г/см³ с величиной пор 0,5-0,8 мм.

Активная масса содержит смесь порошка интерметаллида Lа₃₂Ni₃₄Со₃₃Мn₁ дисперстностью 40-100 мкм, фторопластовые связующие и поливиниловый спирт при соотношении компонентов, мас.%: 98,9; 0,85; 0,25 соответственно. Берут навеску порошка интерметаллида в количестве 400 г, смешивают с 3,4 г 60%-ной водной суспензии фторопласта и 1 г 3%-ного поливинилового спирта, добавляют 72 г воды до получения гомогенной массы.

Полученную таким образом активную массу вносят (втирают с 2-х сторон маленькими щеточками) в токоотвод, объем которого 14 см³, при этом количество внесенной массы в пороникель 1550 мг/см³, вес электрода 1550×14=21 г. Далее электрод высушивают при температуре 120°С в течение 15 минут и вальцуют. Удельная емкость такого электрода достигает 0,25 А·ч/г и более.

Испытания электродов велись в никель-металл-гидридных аккумуляторах рулонного типа НМГЦ-2,5 А·ч; -5,0 А·ч; -8,5 А·ч. Длина отрицательных электродов в аккумуляторах НМГЦ-2,5 А·ч составила 25,0 см, ширина 3,8 см, толщина 0,04 см. Сухая навеска активной массы - 20 г. Формировка проводилась двумя циклами с токами формировки: I_заряда=0,1С, I_{разряда}=0,2С. После герметизации емкость аккумулятора составила 2,5-2,75 А·ч.

В предложенном гидридном электроде аккумулятора, в котором за счет уменьшения содержания фторопластового связующего в активной массе и соответственно увеличения смеси порошка интерметаллида LaNi₅, выполнения токоотвода объемным, что позволило внести активную массу с двух сторон токоотвода в количестве 1600 мг/см³, увеличена емкость электрода до 0,25 А·ч/г и более, что повышает в конечном итоге емкость аккумулятора.

Источники информации

1. Jp №59-37667, Н 01 М 4/86, 1984 г.

2. Патент №2020657, Н 01 М 12/08, 4/86, 1994 г. - прототип.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродам металл-гидридных аккумуляторов. Согласно изобретению в гидридном электроде аккумулятора, состоящем из сетчатого токоотвода и активной массы из смеси порошка интерметаллида LaNi₅, содержащего компоненты, стабилизирующие электрические параметры аккумулятора, например кобальт и марганец с фторопластовым связующим, сетчатый токоотвод выполнен объемным, с плотностью 0,2-0,4 г/см³, в который с двух сторон внесена активная масса в количестве 1500-1600 мг/см³ при следующем соотношении компонентов, мас.%: интерметаллид 98,7-99, фторопласт 0,75-1, поливиниловый спирт 0,24-0,26. Техническим результатом изобретения является повышение удельной емкости электрода и, следовательно, емкости аккумулятора. 1 ил.

Гидридный электрод аккумулятора, состоящий из сетчатого токоотвода и активной массы из смеси порошка интерметаллида LaNi₅, содержащего компоненты, стабилизирующие электрические параметры аккумулятора, например, кобальт и марганец с фторопластовым связующим, отличающийся тем, что сетчатый токоотвод выполнен объемным с плотностью 0,2-0,4 г/см³, в который с двух сторон внесена активная масса в количестве 1500-1600 мг/см³ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Интерметаллид 98,7 - 99

Фторопласт 0,75 - 1

Поливиниловый спирт 0,24 - 0,26