СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА Российский патент 2010 года по МПК H01M4/52 

Описание патента на изобретение RU2406185C1

Изобретение относится к прикладной электрохимии и предназначено для совершенствования существующей технологии производства оксидно-никелевого электрода (ОНЭ). Широкое распространение получило использование ОНЭ в качестве положительного электрода в щелочных аккумуляторах /Дасоян М.А. Химические источники тока. - М.-Л.: Госэнергоиздат., 1961. - С.158-161/, перспективным направлением является применение ОНЭ в электрохимическом синтезе органических веществ.

Известный промышленный способ изготовления металлокерамического ОНЭ достаточно трудоемок, так как основу электрода - высокопористую никелевую пластину - изготавливают методом спекания в водородной атмосфере при температуре 900°С из смеси порошкообразного карбонильного никеля с порообразователем, например, с карбамидом /Вырыпаев В.Н. Химические источники тока. - М.: Высшая школа, 1990. - С.220/.

Существенными недостатками этого способа являются применение высоких температур, а также использование дорогостоящего карбонильного никеля при изготовлении основы электрода.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ изготовления ОНЭ / патент РФ №2224336. Оксидно-никелевый электрод и способ его изготовления / Баженов М.Д., Матренин В.И., Щипанов И.В. - Заявл. 28.01.2002; Опубл. 20.02.2004 /, который включает в себя следующие основные стадии:

1) изготовление каркаса (основы электрода), выполненного из никелевой сетки (или никельсодержащего сплава, или стали с никелевым покрытием);

2) формирование активной массы.

Однако расход дорогостоящего никеля на изготовление основы электрода, а также необходимость проведения трудоемких операций (просечка металлической ленты, вальцевание, спекание и т.д.) в ходе сборки всех составляющих ОНЭ делают этот способ недостаточно экономически эффективным. Кроме того, фиксация пористых слоев активной массы происходит в результате запрессовывания в поверхность электрода, что требует применения дополнительного механического оборудования. Существенным недостатком также является то, что в процессе эксплуатации активная масса подвержена оплыванию и вымывается с поверхности электрода.

Задача предлагаемого изобретения - создать способ изготовления оксидно-никелевого электрода с использованием никелированного углеродного волокна (УВ) в качестве основы, а также усовершенствовать существующую технологию пропитки электрода, что позволит снизить себестоимость изделия в несколько раз и упростить процесс производства электрода в целом.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что способ изготовления оксидно-никелевого электрода заключается в том, что в качестве основы электрода используют углеродное волокно, которое предварительно химически никелируют в растворе металлизации, затем слой никеля доращивают электрохимически до 5-10 мкм при катодной плотности тока 3-5 А/дм2 и температуре 40-45°С в растворе сульфаминовокислого никеля, далее никелированное углеродное волокно подвергают пропитке в растворе азотнокислого никеля, в ходе которой стадию обработки горячим раствором 5 моль/л гидроксида калия проводят при катодной плотности тока 8-10 А/дм2 в течение 10-20 минут.

Преимуществом использования никелированного УВ в качестве основы для ОНЭ является сокращение расходов дорогостоящего никеля и его сплавов на изготовление каркаса электрода. Предложенная технология позволяет исключить необходимость проведения высокотемпературных реакций (отжиг, термолиз и т.д.) и использования дополнительного механического оборудования для просечки металлической ленты и запрессовывания активной массы в поверхность электрода.

Предложенный оксидно-никелевый электрод с основой из УВ имеет высокие эксплуатационные характеристики, так как активная масса менее подвержена оплыванию и вымыванию с поверхности электрода благодаря волоконной структуре, что определяет экономическую эффективность разработанной методики.

Операция пропитки в растворе азотнокислого никеля была усовершенствована за счет того, что стадию обработки горячим раствором 5 моль/л гидроксида калия проводили при катодной плотности тока 8-10 А/дм2 в течение 10-20 минут. В результате время на проведение стадии обработки раствором щелочи сокращается в 6-12 раз, а длительность всего технологического процесса на 24-26% без ухудшения эксплуатационных характеристик оксидно-никелевых электродов.

Сравнение предлагаемого способа и способа-прототипа позволяет сделать следующее заключение: применение никелированного УВ в качестве основы оксидно-никелевого электрода упрощает в целом технологический процесс и значительно снижает себестоимость производимого изделия.

Технология изготовления оксидно-никелевого электрода включает в себя нанесение никелевого покрытия химическим способом на предварительно обезжиренную поверхность УВ при кратковременной катодной поляризации в течение 30-60 с плотностью тока 1-1,5 А/дм2 / патент РФ №2334020. Способ получения никелевого покрытия на материалах из углеродного волокна / Селиванов В.Н., Морозова А.П. - Заявл. 04.12.2006; Опубл. 20.09.2008 / в растворе металлизации следующего состава, г/л:

хлорид никеля 30

янтарная кислота 12

фторид натрия 2

гидроксид натрия 6

калий фосфорноватистокислый 4.

Температура раствора металлизации 90-95°С.

Затем слой никеля доращивают до толщины 5-10 мкм электрохимически при катодной плотности тока 3-5 А/дм2 в растворе с содержанием никеля сульфаминовокислого 300 г/л и температуре 40-45°С.

Далее никелированное УВ пропитывают в соответствии с методикой / Позин Ю.М., Штерцер Н.И. Пропитка металлокерамических электродов в растворе азотнокислого никеля при катодной поляризации. // Сборник работ по химическим источникам тока, 1970, выпуск 5. - С.80-86 / в растворе азотнокислого никеля с содержанием ионов никеля 3,00 г/л при температуре 60°С и катодной плотности тока 0,5 А/дм2 в течение 5 часов. Однако затем в отличие от предлагаемой по данной методике двухчасовой обработки горячим раствором 5 моль/л гидроксида калия электрод погружали в этот раствор на 10-20 минут при катодной поляризации плотностью тока 8-10 А/дм2, что позволило сократить время этой стадии в 6-12 раз. После чего электрод промывали водой, высушивали при температуре 100-110°С и тщательно зачищали от налипшего на поверхность слоя гидроксида никеля (II). Таким образом, осуществили 3 цикла пропитки с промежуточными операциями обработки в растворе щелочи, промывки и сушки. В ходе пропитки образуется активная масса оксидно-никелевого электрода.

Последующее проведение формовочных «заряд-разрядных» циклов ОНЭ с основой из никелированного УВ осуществляли в растворе 5 моль/л гидроксида калия в гальваностатических условиях при габаритной плотности тока 0,32 А/дм2.

Таким образом, предложенная технология изготовления оксидно-никелевого электрода с основой из никелированного УВ состоит из трех последовательных операций:,

1) подготовка основы электрода - химическое и электрохимическое никелирование УВ;

2) пропитка никелированного УВ, в результате которой образуется активная масса электрода;

3) проведение формовочных «заряд-разрядных» циклов.

Пример 1.

Образец УВ площадью 12,5 см2 обезжиривают и подвергают химическому никелированию при предварительной кратковременной катодной поляризации плотностью тока 1 А/дм2 в течение 60 с, температура раствора металлизации соответствовала 95°С. Состав раствора химического никелирования, г/л:

хлорид никеля 30

янтарная кислота 12

фторид натрия 2

гидроксид натрия 6

калий фосфорноватистокислый 4.

После отключения электрического тока химическое никелирование продолжают в течение 5 минут.

Далее слой никеля доращивают электрохимически в растворе с содержанием никеля сульфаминовокислого 300 г/л в течение часа при катодной плотности тока 3 А/дм2 температуре раствора 45°С.

Вторая стадия технологического процесса: пропитка никелированного УВ в растворе азотнокислого никеля с содержанием Ni2+ 300 г/л при температуре 60°С и катодной плотности тока 0,5 А/дм2, после чего УВ обрабатывают горячим раствором 5 моль/л КОН при катодной плотности тока 10 А/дм2 в течение 10 минут. Затем электрод промывают водой, высушивают при температуре 100-110°С и тщательно зачищают от налипшего на поверхность слоя гидроксида никеля (II). В результате проведения трех стадий пропитки и обработки щелочью с промежуточными операциями промывки и сушки на поверхности УВ образуется активная масса оксидно-никелевого электрода.

Заключительная стадия изготовления оксидно-никелевого электрода с основой из никелированного УВ - проведение формовочных «заряд-разрядных» циклов в гальваностатических условиях при габаритной плотности тока 0,32 А/дм2 в растворе 5 моль/л КОН.

Пример 2.

Никелирование образца УВ площадью 12,5 см2 осуществляют аналогично методике, описанной в примере 1.

Заполнение поверхности никелированного УВ активной массой проводят в азотнокислом растворе, содержащем 285 г/л ионов Ni2+ (95%) и 15 г/л ионов Со2+ (5%), при температуре 60°С и катодной плотности тока 0,5 А/дм2 с последующей обработкой в течение 15 минут горячим раствором 5 моль/л КОН при катодной плотности тока 8 А/дм2. Аналогично примеру 1 осуществляют три полные стадии пропитки.

Проведение формовочных «заряд-разрядных» циклов оксидно-никелевого электрода с основой из никелированного УВ осуществляют в растворе 5 моль/л КОН в гальваностатических условиях при габаритной плотности тока 0,32 А/дм2.

Методика изготовления ОНЭ с основой из никелированного УВ была апробирована в научно-исследовательской лаборатории электрохимического синтеза химико-технологического факультета ЮРГТУ (НПИ).

Похожие патенты RU2406185C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЕВОГО ПОКРЫТИЯ НА МАТЕРИАЛАХ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН 2006
  • Селиванов Валентин Николаевич
  • Морозова Анастасия Петровна
RU2334020C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА 1990
  • Кулыга В.П.
  • Лихоносов С.Д.
  • Овчаренко С.Е.
  • Паюсова З.Э.
RU1695788C
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА 2009
  • Волынский Вячеслав Виталиевич
  • Тюгаев Вячеслав Николаевич
  • Волынская Валентина Васильевна
  • Гришин Сергей Владимирович
RU2407112C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕПОЛЯРИЗУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА 2020
  • Архипенко Владимир Александрович
  • Иванов Владимир Михайлович
  • Ермакова Елена Николаевна
  • Евсеева Надежда Викторовна
  • Жукалина Елена Павловна
  • Воронина Анна Геннадьевна
RU2744516C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА 1998
  • Галкин В.В.
  • Кулыга В.П.
  • Лапшин В.Ю.
  • Лихоносов С.Д.
  • Митрохин А.П.
RU2148284C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ НИКЕЛЕВОГО ПОКРЫТИЯ НА СТАЛЬНЫЕ И МЕДНЫЕ ДЕТАЛИ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ НИКЕЛИРОВАНИЯ 2011
  • Волынский Вячеслав Виталиевич
  • Тюгаев Вячеслав Николаевич
  • Гришин Сергей Владимирович
  • Клюев Владимир Владимирович
  • Чипига Игорь Викторович
RU2489525C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕПОЛЯРИЗУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА 2015
  • Варакин Игорь Николаевич
  • Кильганова Екатерина Алексеевна
  • Самитин Виктор Васильевич
  • Степанов Алексей Борисович
RU2611722C1
Способ нанесения никелевых покрытий на алюминиевые сплавы 2017
  • Девяткина Татьяна Игоревна
  • Лучнева Светлана Игоревна
  • Борисова Александра Евгеньевна
  • Рогожин Вячеслав Вячеславович
  • Михаленко Михаил Григорьевич
  • Ивашкин Евгений Геннадьевич
RU2661695C1
Способ изготовления металловойлочных основ оксидно-никелевых электродов щелочных аккумуляторов 2015
  • Михаленко Михаил Григорьевич
  • Гунько Юрий Леонидович
  • Козина Ольга Леонидовна
  • Мюнц Александр Андреевич
  • Кузякин Николай Олегович
  • Лоскутов Алексей Борисович
RU2616584C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕПОЛЯРИЗУЕМОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА 2003
  • Разумов С.Н.
  • Варакин И.Н.
  • Кильганова Е.А.
  • Степанов А.Б.
RU2254641C2

Реферат патента 2010 года СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА

Изобретение относится к прикладной электрохимии и предназначено для совершенствования технологии производства оксидно-никелевого электрода, применяемого в качестве положительного электрода в химических источниках тока и процессах электрохимического синтеза. Способ включает изготовление основы электрода и формирование активной массы, при этом в качестве основы электрода используют углеродное волокно, которое предварительно химически никелируют в растворе металлизации, затем слой никеля доращивают электрохимически до 5-10 мкм при катодной плотности тока 3-5 А/дм2 и температуре 40-45°С в растворе сульфаминовокислого никеля, далее никелированное углеродное волокно подвергают пропитке в растворе азотнокислого никеля, в ходе которой проводят стадию обработки горячим раствором 5 моль/л гидроксида калия при катодной плотности тока 8-10 А/дм2 в течение 10-20 минут. Технический результат: сокращение расходов дорогостоящего никеля и его сплавов, отсутствие необходимости проведения высокотемпературных реакций, исключение дополнительного механического оборудования из технологического процесса.

Формула изобретения RU 2 406 185 C1

Способ изготовления оксидно-никелевого электрода, включающий изготовление основы электрода и формирование активной массы, отличающийся тем, что в качестве основы электрода используют углеродное волокно, которое предварительно химически никелируют в растворе металлизации, затем слой никеля доращивают электрохимически до 5-10 мкм при катодной плотности тока 3-5 А/дм2 и температуре 40-45°С в растворе сульфаминовокислого никеля, далее никелированное углеродное волокно подвергают пропитке в растворе азотнокислого никеля, в ходе которой проводят стадию обработки горячим раствором 5 моль/л гидроксида калия при катодной плотности тока 8-10 А/дм2 в течение 10-20 мин.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2406185C1

ОКСИДНО-НИКЕЛЕВЫЙ ЭЛЕКТРОД И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2002
  • Баженов М.Д.
  • Матренин В.И.
  • Щипанов И.В.
RU2224336C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА 1990
  • Кулыга В.П.
  • Лихоносов С.Д.
  • Овчаренко С.Е.
  • Паюсова З.Э.
RU1695788C
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНЫХ МАСС ДЛЯ ЭЛЕКТРОДОВ АККУМУЛЯТОРОВ 1991
  • Фоминский Л.П.
  • Козярук О.И.
  • Петренко В.Г.
  • Семкин Д.П.
RU2012950C1
US 4751153 A, 14.06.1988.

RU 2 406 185 C1

Авторы

Морозова Анастасия Петровна

Селиванов Валентин Николаевич

Даты

2010-12-10Публикация

2009-06-09Подача