ЩЕЛОЧНОЙ АККУМУЛЯТОР И СПОСОБ ЕГО ЗАРЯДКИ Советский патент 1995 года по МПК H01M10/28 H01M10/44 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в щелочных аккумуляторах с отрицательным цинковым электродом.

Цель изобретения увеличение удельных электрических характеристик и срока службы.

На фиг. 1 изображен предложенный аккумулятор; на фиг.2 блок электродов аккумулятора; на фиг.3 показана схема зарядки аккумулятора; на фиг.4 схема включения электродных блоков в аккумуляторе; на фиг.5 показано последовательное соединение аккумуляторов в батарее.

Аккумулятор содержит корпус 1, положительные электроды, например, окисно-никелевые 2.1 и 2.2 с выводами 3.1 и 3.2, отрицательные цинковые электроды 4.1 и 4.2 с выводами 5.1 и 5.2 сепараторы 6.1-6.9. Сепараторы 6 плотно прилегают к стенкам корпуса 1. Цинковые электроды 4 расположены попарно, сепараторы 6 выступают примерно на одну пятую часть по высоте над электродами. Торцы сепараторов и выступающая часть изолированы герметиком. Сепараторы выполнены из микропористого материала. Такая конструкция и плотная сборка позволяет устранить оплывание активной массы и дендритообразование, поскольку восстановление цинка из цинкатного электролита на стороне цинкового электрода, обращенной к сепаратору, происходит в виде губчатого, а не дендритовидного осадка.

Способ заряда щелочного аккумулятора заключается в пропускании тока постоянного от положительного электрода к отрицательному. Заряжают поочередно одну пару электродов цинковый электрод с положительным электродом, прилегающим к смежному цинковому электроду, затем другую аналогичную пару, после чего осуществляют разряд замыканием положительных и отрицательных выводов в отдельности.

Зарядку предлагаемого аккумулятора осуществляют следующим образом. При одном полупериоде зарядный ток подают на электроды 2.1 и 4.2 в то время как электроды 4.1 и 2.2 от внешнего источника тока не заряжаются, так как блокированы диодами 7 и 8. При другом полупериоде происходит обратное блокированы электроды 2.1 и 4.2, а заряжаются электроды 4.1 и 2.2. Установлено, что при зарядке аккумулятора фронт прорастания дендритов стремится к сепаратору 6.2. Этот эффект усиливается при повышении плотности зарядного тока, уменьшении пористости, повышении толщины цинкового электрода. Внутреннее сопротивление сепаратора 6.2 не имеет значения, так как при разряде такого аккумулятора выводы 2.1 и 2.2 и 4.1 и 4.2 замыкаются, и разряд осуществляют обычным способом.

Такой аккумулятор имеет четыре вывода, схема соединений в ячейке трех пакетов (электродных систем) и последовательного включения аккумуляторов приведены на фиг.5. Нужно отметить, что по торцевым сторонам целостно-единая система, состоящая из сепараторов 6.1, 6.2 и 6.3 и цинковых электродов 4.1 и 4.2, должна по возможности плотно прилегать к боковым сторонам корпуса аккумулятора.

Применение, например, макропористых сепараторов обусловлено тем, что в отличие от гидратцеллюлозных, эти сепараторы полностью устраняют оплывание активной массы, как показало вскрытие электродов после многократного циклирования (более 400 циклов, при коэффициенте использования активной массы цинкового электрода порядка 50% от теоретического). Испытания таких аккумуляторов показали, что предложенная конструкция аккумуляторов устраняет вероятность коротких замыканий полюсов. Для получения экспресс-данных, зарядку производят током 120% от теоретического значения емкости цинковых электродов. Электроды выдержали многократные циклы таких интенсивных режимов и аккумулятор вышел из строя либо из-за разрыва токовывода цинковых электродов, либо прорастания дендритов через сепаратор 6.2, после чего система не может противостоять коротким замыканиям между полюсами.

Вскрытие электродов после циклирования показало, что активная масса цинковых электродов 4.1 и 4.2 прилипает к сепаратору 6.2, в то время как сепараторы 6.1 и 6.3 чисты от дендритов. Восстановление цинка из цинкатного электролита на стороне цинкового электрода, обращенного к сепаратору 6.2, происходит в виде губчатых, а не дендритовидных осадков, чем и можно объяснить достаточно высокое противодействие сепаратора 6.2 коротким замыканиям. В обычных условиях такой микропористый сепаратор выдерживает вышеприведенный интенсивный режим заряда-разряда не более 4-5 циклов. Применять гидратцеллюлозные сепараторы не рекомендуется из-за сильного оплывания активной массы по стороне, обращенной к пленочному сепаратору.

Для равномерного распределения цинкового осадка по обе стороны цинкового электрода можно заряжать аккумулятор обычным способом (при замыкании контактов 4.1 и 4.2 и 2.1-2.2) и по предложенной схеме. Изменением сопротивления шунтирующего резистора 9 (на фиг.3 показано пунктиром) можно добиться оптимального режима распределения осадка цинка без внесения изменений в схему зарядки.

Конструкция электродных систем аккумулятора дает возможность при помощи переключающих устройств зарядить аккумулятор другими видами нестационарного тока. Путем введения сопротивлений 10 и 11 можно получить эффект асимметричного зарядного тока. При этом асимметричный ток протекает только через цинковые электроды, что является преимуществом в сравнении с обычными схемами зарядки аккумуляторов асимметричным током.

1. Щелочной аккумулятор, содержащий корпус, попарно расположенные и разделенные сепаратором отрицательные цинковые электроды, отделенные сепараторами от положительных электродов, отличающихся тем, что, с целью увеличения удельных электрических характеристик и срока службы, сепараторы плотно прилегают к стенкам корпуса. 2. Способ зарядки щелочного аккумулятора путем пропускания постоянного тока от положительного электрода к отрицательному, отличающийся тем, что, с целью увеличения удельных электрических характеристик и срока службы, заряжают поочередно одну пару электродов цинковый электрод с положительным электродом, прилегающим к смежному цинковому электроду, затем другую аналогичную пару, после чего осуществляют разряд замыканием положительных и отрицательных выводов в отдельности.