СВИНЦОВЫЙ АККУМУЛЯТОР Российский патент 2009 года по МПК H01M10/12 H01M2/14 

Изобретение относится к химическим источникам тока и может быть использовано при конструировании и производстве свинцовых аккумуляторов.

Известен автомобильный свинцовый аккумулятор, содержащий блок отрицательных электродов и блок положительных электродов, разделенных между собой сепараторами, у которых на сторонах, обращенных к положительным электродам, выполнены вертикальные ребра, и помещенных в сосуд (моноблок), заполненный электролитом (Акимов С. В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов. - М.: ЗАО «КЖИ ”За рулем”», 2003 г. - С.17). Известен свинцовый аккумулятор, содержащий блок отрицательных электродов и блок положительных электродов, завернутых в конверт из кислотостойкой синтетической ткани, разделенных сепараторами, и электролит (авторское свидетельство SU 1690027 А1, МПК H01M 10/12, 1991).

Недостатком известных аккумуляторов является возможность оплывания и оползания активной массы положительных электродов в процессе их эксплуатации, приводящая к ухудшению эксплуатационных характеристик, нарушению работоспособности аккумуляторных батарей.

Известен свинцовый аккумулятор, содержащий блок отрицательных электродов и блок положительных электродов, разделенных двойными сепараторами и помещенных в сосуд (моноблок), заполненный электролитом. В данном аккумуляторе второй сепаратор выполнен из стекловолокна и расположен между положительным электродом и первым сепаратором и служит для задержки оплывания активной массы положительного электрода (Зарецкий С.А., Сучков В.Н., Животинский П.Б. Электрохимическая технология неорганических веществ и химические источники тока: Учебник для учащихся техникумов. - М.: Высш. школа, 1980. - С.365-366).

Недостатком данного свинцового аккумулятора является то, что при некотором увеличении срока службы двойные сепараторы затрудняют проникновение кислоты к положительной активной массе, увеличивают омическое сопротивление аккумулятора, снижают отдаваемую им емкость.

Процессы оплывания и оползания активной массы положительных электродов характеризуют вторичные изменения в положительных электродах аккумулятора (Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока. - М.: Энергоиздат, 1981. - С. 95-97), проявляющиеся при длительном циклировании. Так постепенное оплывание активной массы или некоторых ее компонентов связано с тем, что в одной из фаз работы (в заряженном или в разряженном состоянии) реагент приобретает рыхлую структуру и отдельные частицы в ней оказываются плохо сцепленными друг с другом или с основой (токоотводом) электрода. Постепенно отвалившиеся частицы накапливаются в нижней части моноблока в виде шлама. Этот процесс ускоряется в результате механических воздействий, например, из-за газовыделения при перезаряде или из-за вибрационных нагрузок на аккумулятор.

Процессы старения и оплывания активной массы происходят обычно равномерно по всей поверхности электрода. Возможны, однако, другие процессы, неравномерно распределенные вдоль поверхности положительного электрода. Примером может служить постепенное оползание активной массы с верхних зон электрода и накопление ее в нижних. Оползание наблюдается иногда в высоких аккумуляторах и не является следствием простого оплывания активной массы. Оно может быть вызвано концентрационными изменениями в электролите: более концентрированный и более тяжелый раствор, образующийся при заряде или разряде, накапливается в нижней части моноблока аккумулятора, оттесняя более легкие слои вверх, вследствие чего жидкость как бы расслаивается. В результате этого условия электродные процессы в нижней и верхней части электродов изменяются - в верхней создаются условия, благоприятствующие растворению активного вещества, в нижней - его осаждению.

Оползание или перемещение активной массы вызывает в отдельных участках накопление избытка массы, что не всегда связано с увеличением толщины электрода, и может привести к уменьшению пористости. В этом случае уменьшается поверхность контакта с электролитом, увеличиваются диффузионные затруднения и эффективная проводимость в порах, т.е. ухудшаются общие условия работы активной массы и коэффициент ее использования. В результате в отдельных местах возможно полное прекращение работы активной массы, т.е. ее пассивация.

Все эти явления приводят к постепенному снижению емкости аккумулятора в целом, к росту поляризации и снижению разрядного напряжения. Они являются основной причиной ограничения ресурса, срока службы и срока сохраняемости свинцовых кислотных аккумуляторных батарей.

На фиг.1 изображена схема известной конструкции автомобильного аккумулятора, на фиг.2 изображены сепараторы автомобильного аккумулятора известной конструкции, на фиг.3 - схема сепаратора свинцового аккумулятора предлагаемой конструкции.

На фиг.1 представлена схема известной конструкции автомобильного аккумулятора, состоящего из блока отрицательных электродов 1, блока положительных электродов 2, электролита 3, сепараторов 4 с вертикально расположенными ребрами 8, моноблока 5.

Сепараторы известных конструкций автомобильных аккумуляторов чаще выполнены либо в виде пластины из мипласта (фиг.2а), либо в виде сепаратора-конверта из полиэтилена (фиг.2б). Однако независимо от конструкции на их стороне, обращенной к положительному электроду, выполнены вертикальные ребра 8.

Однако, как показали проведенные авторами экспериментальные исследования, конструкция сепараторов существующих автомобильных аккумуляторов не в полной мере обеспечивает предотвращение оплывания и оползания активной массы положительных электродов. Так установлено, что при длительной эксплуатации аккумуляторов (от 2 до 4 лет и более) имеет место перемещение поверхностного слоя активной массы положительных электродов аккумулятора из верхней их части в нижние вдоль вертикальных ребер сепараторов. Оползание или перемещение активной массы вызывает на отдельных участках нижних частей поверхности положительных электродов в пространстве между сепаратором и поверхностью электрода накопление избытка массы. В этом случае уменьшается поверхность контакта электрода с электролитом, затрудняется диффузия электролита в поры активной массы электродов и эффективная проводимость в порах, приводящие к снижению эксплуатационных характеристик и срока службы аккумуляторных батарей. В результате в отдельных местах возможно полное прекращение работы активной массы и образование токопроводящих мостиков между разноименными электродами, приводящее к потере работоспособности аккумуляторов. При этом основной причиной оплывания и оползания активной массы положительных электродов является возникающая при эксплуатации аккумуляторов, разряженных более 25% от номинальной емкости, сила давления прореагировавшей в химической реакции активной массы верхних частей поверхности положительного электрода на нижние. Величина этого давления возрастает по мере разряда аккумулятора.

Установка в аккумуляторы двойных сепараторов позволяет значительно уменьшить оплывание активной массы положительных электродов, но сами сепараторы из стекловолокна, хотя и обладают значительной объемной пористостью (85-90%), но имеют относительно небольшой диаметр пор (50 мкм), в связи с чем в значительной степени увеличивают внутреннее омическое сопротивление аккумулятора и снижают отдаваемую им емкость.

Технический результат направлен на решение задачи предотвращения оплывания и оползания активной массы положительных электродов, обеспечение работоспособности и заданных эксплуатационных характеристик аккумуляторов в процессе эксплуатации, увеличение срока их службы.

Технический результат достигается тем, что в автомобильном свинцовом аккумуляторе, содержащем блок отрицательных электродов и блок положительных электродов, разделенных между собой сепараторами, у которых на сторонах, обращенных к положительным электродам, выполнены вертикальные ребра, и помещенных в сосуд (моноблок), заполненный электролитом, между вертикальными ребрами сепараторов дополнительно установлены сепараторы в виде объемного трехслойного каркаса из произвольно переплетенных лавсановых нитей диаметром 0,2 мм и размером ячеек между ними не менее 2 мм.

Отличительными признаками является то, что между вертикальными ребрами сепараторов дополнительно установлены сепараторы в виде объемного трехслойного каркаса из произвольно переплетенных лавсановых нитей диаметром 0,2 мм и размером ячеек между ними не менее 2 мм.

На фиг.3 изображена схема сепаратора свинцового аккумулятора предлагаемой конструкции. На стороне сепаратора 4, обращенной к положительному электроду, между вертикальными ребрами 8 сепаратора дополнительно установлены сепараторы 9 в виде объемного трехслойного каркаса из произвольно переплетенных лавсановых нитей диаметром 0,2 мм и размером ячеек между ними не менее 2 мм.

Предлагаемое устройство свинцового аккумулятора заключается в следующем.

Свинцовый аккумулятор, содержащий блок отрицательных электродов 1 и блок положительных электродов 2, разделенных между собой сепараторами 4, у которых на сторонах, обращенных к положительным электродам, выполнены вертикальные ребра 8, и помещенных в сосуд (моноблок) 5, заполненный электролитом 3 (фиг.1), в котором дополнительно на сторонах сепараторов 4 (фиг.3), обращенных к положительным электродам, между вертикальными ребрами 8 дополнительно установлены сепараторы 9 в виде объемного трехслойного каркаса из произвольно переплетенных лавсановых нитей диаметром 0,2 мм и размером ячеек между ними не менее 2 мм.

Предлагаемый свинцовый аккумулятор более совершенен по сравнению с известными, так как дополнительные сепараторы 9 из произвольно переплетенных лавсановых нитей, установленные между вертикальными ребрами 8 сепараторов 4, создают объемный каркас в электролите между поверхностью активной массы положительных электродов и сепараторами, препятствующий оплыванию и оползанию активной массы положительных электродов, не увеличивая при этом внутреннего сопротивления аккумулятора, что обеспечивает работоспособность и заданные эксплуатационные характеристики аккумулятора в процессе эксплуатации, способствует увеличению срока его службы.

Выполнение дополнительных сепараторов 9 в виде объемного трехслойного каркаса из лавсановых нитей диаметром 0,2 мм, произвольно переплетенных между собой с размером ячеек между ними не менее 2 мм, препятствует оплыванию активной массы положительных электродов аккумулятора, но при этом обеспечивает свободный доступ электролита к поверхности положительных электродов, не увеличивая внутреннего сопротивления аккумулятора электрическому току и не снижая отдаваемой емкости.

Изобретение относится к химическим источникам тока и может быть использовано при конструировании и производстве свинцовых аккумуляторов. Техническим результатом изобретения является предотвращение оплывания и оползания активной массы положительных электродов, увеличение срока их службы. Согласно изобретению в свинцовом аккумуляторе, содержащем блок отрицательных электродов и блок положительных электродов, разделенных между собой сепараторами, у которых на сторонах, обращенных к положительным электродам, выполнены вертикальные ребра, и помещенных в сосуд (моноблок), заполненный электролитом, между вертикальными ребрами сепараторов дополнительно установлены сепараторы в виде объемного трехслойного каркаса из произвольно переплетенных лавсановых нитей диаметром 0,2 мм и размером ячеек между ними не менее 2 мм. 3 ил.

Свинцовый аккумулятор, содержащий блок отрицательных электродов и блок положительных электродов, разделенных между собой сепараторами, у которых на сторонах, обращенных к положительным электродам, выполнены вертикальные ребра, и помещенных в сосуд (моноблок), заполненный электролитом, отличающийся тем, что между вертикальными ребрами сепараторов дополнительно установлены сепараторы в виде объемного трехслойного каркаса из произвольно переплетенных лавсановых нитей диаметром 0,2 мм и размером ячеек между ними не менее 2 мм.