Способ изготовления пористой основы электрода для химического источника тока Советский патент 1993 года по МПК H01M4/80 H01M10/28 

С/)

d

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении пористых электродов для химических источников тока.

ИэвеСтен способ изготовления пористых основ электродов для химических источников тока путем смешения никелевого порошка и порообразователя, прессования или прокатки, и спе-кания в водородной атмосфере. В качестве порообразователя используют бикарбонат аммония, мочевину и другие вещества, которые при нагреве разлагаются и улетучиваются, образуя большое количество пор.

Недостаток этого способа заключается в сложности изготовления и поддержания фракционного состава порошков порообразующих веществ, склонных к насыщению влагой и комкованию, а также в трудности обеспечения режима спекания для плавного удаления порообразователя.

Кроме того, этот способ не пригоден для получения основы электрода и газозапорных подложек с узким диапазоном размеров пор, поскольку удаление порообразователя происходит раньше спекания частиц никелевого порошка, наблюдается усадка, деформация электрода, радиус пор колеблется в диапазоне 5-20 мкм.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления пористой основы электрода для химического источника тока путем смешения порошка никеля с порообразователем - хлоридом натрия, прокатки, спекания, отмывки от порообразователя и сушки.

Недостаток этого способа связан с тем, что он не обеспечивает получения нужной пористости, поскольку невозможно полностью отмыть основу от порообразователя. После четырехчасовой отмывки в закрытых порах основы никелевого электрода остается до 1,5 мас.% от введенного количества порообразователя. Кроме того, отмывка является длительной операцией (не менее 4 ч), требующей к тому же значительного расхода воды.

Целью изобретения является повышение пористости и сокращение длительности технологического цикла.

Указанная цель достигается тем. что в способе изготовления пористой основы для химического источника тока путем смешения порошка никеля с порообразователем хлоридом натрия, прокатки, спекания, отмывки порообразователя и сушки, отмывку производят в 0,4-0,6 мас.%-ном растворе азотной или соляной кислоты с добавкой соответствующей соли никеля в количестве

80-90 г/1 в течение 20-25 мин с последующим ополаскиванием водой. При отмывке основу можно анодно поляризовать при плотности тока 10-12 А/дм в течение 10-12 мин.

Предлагаемый способ изготовления пористой основы электрода включает следующие последовательные технологические операции: смешение никелевого порошка с порообразователем, прокатку (или прессование), спекание в атмосфере водорода при 750-800°С в течение 1 ч, охлаждение, отмывку в 0,4-0,6 мас.%-ном растворе азотной или соляной кислоты с добавкой соответствующей соли никеля в количестве

80-90 г/л в течение 20-25 мин (отмывку с анодной поляризацией при плотности тока 10-12 А/дм в течение 10-12 мин), ополаскивание водой и сушку.

П р и м е р 1. Способ был проведен для

подложки электрода топливного элемента. Смесь порошка карбонильного никеля с размером частиц менее 40 мкм и NaCI с размером частиц менее 30 мкм в соотношении по массе 3:1 прокатывают при усилии

7,5 т, спекают в атмосфере водорода при 750°С в течение 1 ч, охлаждают в водородной среде. Готовят 0,4 мас.%-ный раствор азотной кислоты, добавляют в него 80 г/л азотнокислого никеля Ni(N03)2. Выдерживают подложку в растворе в течение 25 мин, ополаскивают водой и- сушат на воздухе. Общее время изготовления подложки составило 3,5 ч, вдвое быстрее по сравнению с прототипом. Пористость 73%.

П р и м е р 2. Способ был проведен на основе никелевого электрода щелочного аккумулятора. Смесь порошка оксалатного никеля с размером частиц 1-5 мкм и порообразователя NaCI с размером частиц

менее 30 мкм в соотношении 3:1 прокатывают при усилии 7,5 т, спекают в атмосфере водорода при температуре 750°С в течение 1 ч и охлаждают в среде водорода. Готовят 0,6 мае. %-ный раствор соляной кислоты, добавляют в него 90 г/л двухлористого никеля NiCl2. Помещают основу в раствор, анодно поляризуют при плотности тока 11 А/дм, выдерживают под током в течение 10 мин. Ополаскивают основу водой и сушат на воздухе. Общее время изготовления составило 3,2 ч. Пористость основы 76%.

Отмывка в слабом растворе кислоты с добавкой соответствующей соли никеля позволяет полностью удалить из основы порообразователь - хлорид натрия, значительно сократить время отмывки (в 10-12 раз). Как показали эксперименты, концентрация солей никеля ниже 80 г/л приводит к удлинению времени отмывки, увеличение же

концентрации выше 90 г/л никаких преимуществ не дает.

Время отмывки от NaCI в указанных растворах можно еще более сократить, если основу электрода анодно поляризовать при плотности тока 10-12 А/дм в течение 10-12 мин. При этом происходит не только полное и быстрое удаление порообразователя, но и частичное небольшое увеличение пористости за счет растворения никеля. При выдержке больше 14 мин (плотность тока 12 А/дм) начинается быстрое уменьшение веса основы, что свидетельствует об энергичном растворении никеля. Это приводит к неконтролируемому росту пористости и потере механической прочности

основы электрода. При выдержке при больших плотностях тока процесс растворения никеля наступает через 5-6 мин, еще до полного удаления порообразователя. Поэтому указанные параметры процесса отмывки являются оптимальными.

Использование предложенного способа позволяет получать основы с контролируемой пористостью без всякого остатка

0 порообразователя. Общий цикл изготовления существенно сокращается (с 6-7 ч до 3,2-3,5 ч).

6) Багоцкий B.C., Скундин A.M. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981,

5 с. 197.

Патент ГДР Nt 100406, кл. 12 h 2, 1973.

Формула изобретения

2. Способ по П.1, отличающийся тем, что при отмывке основу анодно поляризуют при плотности тока 10-12 А/дм в течение 10- 12 мин.