АБСОРБИРУЮЩИЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ СВИНЦОВО-КИСЛОТНОГО АККУМУЛЯТОРА Российский патент 2019 года по МПК H01M2/16 H01M10/14 

Изобретение относится к производству свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, в частности, к технологии изготовления абсорбирующих стекломат сепараторов (AGM сепараторы).

Известен свинцово-кислотный аккумулятор, где в качестве сепаратора используют мат из стеклянных волокон или из полиолефиновых волокон, имеющий проводящий слой В одном из вариантов реализации данного изобретения сепаратор батареи может включать проводящую поверхность или проводящий слой, по которым могут протекать электроны (Патент RU 2598357, БИ №26 2016 г., ближайший аналог-прототип). Отличительной характеристикой известного сепаратора является наличие одного или двух слоев на поверхности сепаратора. Наличие электропроводящих слоев на обеих поверхностях сепаратора напоминает конденсатор, на обкладках которого накапливаются электроны, позволяющие повысить разрядную емкость аккумулятора. В состав отрицательной активной массы входит технический углерод. В процессе эксплуатации аккумулятора встречаются случаи, когда углерод вымывается из пластин, забивает поры сепаратора и превращает его в угольный электрод, что приводит к замыканию пластин.

Согласно известному изобретению сепаратор включает множество электроизолирующих волокон и преимущество его использования достигаются за счет того, что соблюдается требование наличия заданной пористости. Однако, какие - либо данные по количеству, распределению и характеристике пор, относящиеся к известному изобретению, отсутствуют.

Предлагаемый абсорбирующий сепаратор не имеет проводящих электрических слоев и представляет отличный изолятор для электронных проводимостей. Никакие электропроводящие добавки в сепаратор недопустимы. За счет высокой пористости сепаратор пропитан электролитом, в объеме которого перемещаются заряженные ионы сульфатов и оксидов свинца и, тем самым, обеспечивается хорошая ионная проводимость.

При заряде аккумулятора на положительном электроде образуется атомарный кислород, а на отрицательном - водород. Газы вытесняются из пор сепаратора электролитом и по газовым мостикам кислород перемещается к отрицательному электроду, соединяется с водородом с образованием воды. Газовые каналы (поры сепаратора), расположенные перпендикулярно плоскости сепаратора, по размеру больше, чем поры, лежащие в плоскости сепаратора, поэтому газы перемещаются быстрее от электрода к электроду, чем поднимаются вверх. Согласно этому принципу работы сепаратора весь электролит связан и находится в порах сепаратора. Аккумулятор со связанным электролитом может эксплуатироваться в любом расположении в пространстве, даже крышкой вниз, т.к. электролит из аккумулятора не вытекает.

Соотношение размеров горизонтальных и вертикальных пор сепаратора является одним из определяющих факторов при выборе оптимальных параметров работы аккумулятора, что подтверждается результатами сравнительных испытаний образцов абсорбционных сепараторов, изготовленных по заявляемому изобретению и прототипу.

Согласно предлагаемому изобретению соотношение размеров пор сепаратора, расположенных перпендикулярно плоскости сепаратора (горизонтальных), и пор, лежащих в плоскости сепаратора (вертикальных), должно варьироваться в пределах 4÷8 к1.

Как следует из данных, приведенных в таблице, при соотношении размеров горизонтальных и вертикальных пор меньше рекомендуемого значения, т.е. меньше 4,00 (образец 1) наблюдается повышение электросопротивления. Одновременно емкость аккумулятора понижается в результате ухудшения абсорбции электролита.

Важно отметить, что горизонтальные поры более склонны к изменению размеров, чем вертикальные: если в рекомендуемом диапазоне изменения «отношения размеров пор» от 4÷8 к 1 размер горизонтальных пор увеличивается на 60%, то размер вертикальных пор изменяется незначительно, в пределах 20%.

При увеличении размеров горизонтальных пор по сравнению с вертикальными более чем в 8 раз (образец 6) теряется эластичность сепаратора, снижается абсорбционная способность электролита и наблюдается сверхнормативное увеличение электросопротивления. Вместе с тем, при соблюдении граничных условий соотношения размеров пор, сепаратор характеризуется повышением предела прочности, что способствует увеличению срока службы аккумулятора, который соответствует среднему значению срока службы - 380 циклов «заряд-разряд» в рекомендуемом диапазоне «отношений размера пор».

Испытания сепаратора согласно прототипу показали, что при общей пористости существенно отличающейся от заявляемых образцов, за счет рекомбинации пор происходит ухудшение практически всех показателей сепаратора: теряется эластичность, снижается предел прочности при растяжении, уменьшается абсорбция электролита и в итоге срок службы аккумулятора сокращается на 15% по отношению к лучшему результату с использованием предлагаемого сепаратора (образец 4).

Предлагаемый абсорбирующий сепаратор превосходит прототип по величине абсорбции сернокислого электролита на 1,5-4,6%. При этом величина пористости сепаратора повышается на 1,4-3,4%, что положительно сказывается на скорости пропитки сепаратора.

Технические решения, совпадающие с. существенными признаками заявляемого изобретения, не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».

Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение вышеописанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».

Поскольку заявляемое изобретение обеспечивает технический результат, выражающийся в увеличении емкости аккумуляторов и срока их эксплуатации, то можно сделать вывод, что изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение относится к области электротехники, а именно к абсорбирующему сепаратору для свинцово-кислотного аккумулятора. Предлагаемый сепаратор не имеет проводящих электрических слоев и представляет отличный изолятор для электронных проводимостей. Высокая пористость сепаратора увеличивает скорость пропитки электролитом, в объеме которого перемещаются заряженные ионы сульфатов и оксидов свинца, обеспечивая хорошую ионную проводимость. Соотношение размеров газовых каналов или пор сепаратора, расположенных перпендикулярно плоскости сепаратора, и размеров пор, лежащих в плоскости сепаратора, составляет 4÷8 к 1, при этом указанные соотношения размеров пор обеспечивают предпочтительное течение электролита в горизонтальном направлении. Повышение срока службы аккумулятора с таким сепаратором является техническим результатом изобретения. 1 табл.

Абсорбирующий сепаратор для свинцово-кислотного аккумулятора, выполненный в виде волокнистого мата, включающего множество электроизолирующих волокон, образующих газовые каналы, отличающийся тем, что соотношение размеров газовых каналов или пор сепаратора, расположенных перпендикулярно плоскости сепаратора, и размеров пор, лежащих в плоскости сепаратора, составляет 4÷8 к 1.