Способ изготовления отрицательного электрода на основе меди, поливинилового спирта и серной кислоты Российский патент 2024 года по МПК H01M4/16 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении химических источников тока.

Техническим результатом является создание отрицательного электрода для экологически чистого химического источника тока.

Для изготовления используется гель на основе поливинилового спирта (далее по тексту ПВС) и серной кислоты, порошок меди марки ПМС (электролитический порошок).

Известен способ изготовления отрицательного электрода свинцово-кислотного аккумулятора, изложенный в патенте № RU1715157C от 20.04.1995 [1], включающий формирование активной массы в виде губчатого свинца на токоотвод путем преобразования поверхностного слоя токоотвода в активную массу посредством электрохимической обработки в растворе серной кислоты. Способ осуществляют следующим образом. На токоотвод наносят активную массу в виде губчатого свинца путем преобразования поверхностного слоя токоотвода в активную массу посредством электрохимической обработки в растворе. Затем электрод пропитывают раствором соединений бария и обрабатывают раствором серной кислоты, содержащим дубитель "БНФ". Прямоугольные электродные пластины, выполненные из свинца, обрабатывают в качестве анода (положительного электрода) в электролизере, содержащем электролит следующего состава: раствор серной кислоты плотностью 1,08 г/см3, аммоний азотнокислый 10г/л; хлорная кислота 8 г/л. Формирование ведут при плотности тока 3А/дм2 в течение 24 ч. Затем производят переполюсовку, т.е. подключают изготавливаемый электрод к отрицательному выводу источника тока и продолжают обработку до постоянства потенциала электрода, измеряемого при помощи кадмиевого электрода сравнения. После этого электрод промывают дистиллированной водой, сушат и погружают для пропитки в раствор гидроокиси бария. В этом растворе электрод выдерживают 30 мин, затем сушат и погружают для обработки в раствор серной кислоты плотностью 1,24 г/см3, содержащий дубитель «БНФ» (ОСТ17-545-75)-продукт конденсации фенола и 2-нафтол-сульфокислоты с формальдегидом и выдерживают 30 мин.

Недостатком указанного способа изготовления являются сложность, многостадийность процесса изготовления, токсичность используемой электрохимической системы.

Известен способ изготовления отрицательного электрода свинцово-кислотного аккумулятора, изложенный в патенте № RU2648246C2 от 13.11.2015 [2], включающий легирование расплава свинца теллуром в пропорции 0,05-0,10% от общего веса массы расплава в процессе производства свинцовых пластин для изготовления токоотводов. С одной стороны, данный способ приводит к увеличению коррозионной стойкости отрицательных электродов, но, одновременно, применение указанного способа изготовления приводит к усложнению процесса производства электрода и увеличению стоимости его изготовления.

Известен способ внесения анилиновых соединений в количестве 0,5-0,001 масс. % в изготавливаемый отрицательный и положительный электроды свинцово-кислотного аккумулятора, изложенный в патенте № RU2168804C1 от 10.06.2001 [3]. Данный состав используется в том числе и для восстановления работоспособности вышедших из строя сульфатированных свинцово-кислотных аккумуляторов. Но предельно допустимая концентрация анилина в воздухе рабочей зоны составляет всего лишь 0,3 мг/м3 (максимальная разовая) и средняя сменная за 8 часов - 0,1 мг/м3 [4]. Недостатком указанного применения добавок является их высокая токсичность для человека и окружающей среды.

Способ изготовления отрицательного электрода на основе меди, поливинилового спирта и серной кислоты заключается в изготовлении отрицательного электрода для нестандартного экологически чистого типа производства химического источника тока методом впрессовывания определенной по составу активной массы, получаемой любым промышленным способом гомогенизации, содержащей в своем составе порошок меди марки ПМС (электролитический порошок), гель на основе поливинилового спирта 14% концентрации по массе, серную кислоту концентрации 44-45% по массе относительно состава геля.

Активная масса имеет электрическую проводимость, сопоставимую с проводимостью самой меди [5], что говорит об отсутствии потерь энергии при циклировании электрода (прохождении циклов разряда и заряда). Электрод может иметь форму ленты и иметь токоотвод в виде «Флажка» или электрод может быть изготовлен в виде пластины.

Для этого, полученная указанным выше способом активная масса наносится роликовым впрессовыванием с двух сторон (Рис. 1) или с одной стороны (Рис. 2) на коллектор тока, представляющий из себя перфорированную или сплошную ленту рулонного типа, выполненную по аналогии с заявленной в патенте № RU46608U1 от 06.10.2003 [6], изготовленную из нержавеющей стали или из меди. Также, активная масса способом роликового впрессовывания может быть нанесена на сетку из перечисленных выше материалов различной конфигурации любой толщины, достаточной для того, чтобы можно было обеспечить надежный токоотвод и компактность расположения отрицательного электрода в составе элемента химического источника тока.

Применяемая активная масса имеет хорошую адгезию связующего с коллектором тока и умеренную первоначальную пластичность активной массы, что позволяет использовать различные автоматизированные системы для изготовления электрода.

При этом, сам электрод для уменьшения степени текучести геля может быть обработан впоследствии насыщенным раствором борной кислоты и тетрабората натрия, глутаровым альдегидом или любой другой производной дикарбоновых кислот [7]. После обработки данными отвердителями и выдерживания его в течение не менее 15 минут, следует удалить раствор для отверждения поливинилового спирта, высушив поверхность электрода. Из-за низкой текучести вяжущей основы, электрод не деформируется, не оплывает и сразу же готов к установке в химический источник тока.

Заявленный способ изготовления отрицательного электрода обеспечивает технологичность и простоту производственного процесса, является основой для производства более экологичного типа химического источника тока с другим типом электрохимической системы, использующей в своем составе в качестве отрицательного электрода и активной массы легкодоступные материалы - медный порошок, поливиниловый спирт и серную кислоту.

Список используемой литературы

1. Способ изготовления отрицательного электрода свинцового аккумулятора патент №RU1715157C Рос. Федерация № 4754263/07, заявл. 27.10.1989.; опубл. 20.04.1995, 5 с.

2. Способ изготовления отрицательного электрода поверхностного типа для свинцово-кислотного аккумулятора патент № RU2648246C2 Рос. Федерация № 2015148828, заявл. 13.11.2015.; Бюл. № 9, опубл. 23.03.2018, 5 с.

3. Способ изготовления электродов свинцового аккумулятора: патент № RU2168804C1 Рос. Федерация № 2000115254/09, заявл. 06.15.2000; опубл. 10. 06.2001, 8 с.

4. (Роспотребнадзор). № 54// ГН 2.2.5.3532-18 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны/утв. А.Ю. Поповой. - Москва, 2018. -С. 7.-170 с.

5. Краткий физико-технический справочник. Под ред. Яковлева К.П.: [В 3 т.]. - Москва: Физматгиз, 1960,446 с.

6. Батарея рулонных аккумуляторов: патент №RU46608U1 Рос. Федерация № 2003129683/22, заявл. 06.10.2003, Бюл. № 19, опубл. 10.07.2005, 7 с.

7. Степин С.Г, Дикусар Е.А. Набухание поливинилового спирта, сшитого предельными дикарбоновыми кислотами. Материалы 70-ой научной сессии сотрудников университета «Достижения фундаментальной, клинической медицины и фармации». 2015, С. 174.

Изобретение относится к технологии создания отрицательного электрода для более экологически чистого способа производства химического источника тока нового типа, состоящего из активной массы, включающей в себя порошок меди марки ПМС (электролитический порошок), гель на основе поливинилового спирта и серной кислоты, нанесенной способом роликового впрессовывания на коллектор тока, изготавливаемый из различного типа некоррозионного токопроводящего материала. Техническим результатом является обеспечение технологичности и простоты производственного процесса, производства более экологичного типа химического источника тока. 2 ил.

Способ изготовления отрицательного электрода, включающий роликовое впрессовывание активной массы, состоящей из медного порошка электролитического, геля на основе поливинилового спирта и серной кислоты, на решетку коллектора тока, изготовленного из нержавеющей стали или меди.