В никель-цинковом аккумуляторе до сего времени остаются не решенными две основные проблемы - устранение дендрнтообразования цинка на отрицательном электроде и вредного влияния цинката на емкость положительного электрода при циклирсвании аккумулятора.
Срок службы аккумулятора определяется ростом дендритов, имеющим место уже на первых циклах. Через 20-30 циклов появляются признаки замыкания электродов дендритами цинка (аккумулятор iie заряжается выше напряжения -1,9 в), после чего работа акку.мулятора делается нестабильной.
Предметом изобретения является способ существенного снижения скорости роста дендритов цинка на отрицательные электроды никельцинкового аккумулятора, который одновременно в значительной степени решает и вторую из вышеперечисленных проблем, а именно проблему снижения его емкости при циклировании.
В основу предлагаемого способа положены наблюдения за работой серебряно-цинковых аккумуляторов, показавшие, что скорость роста в них дендритов цинка намного меньше, чем у никель-цинковых, несмотря на полную идентичность конструкций отрицательных электродов и режимов зарядки аккумуляторов. Как показало исследование, причина этого кроется в различии коэффициентов использования тока для положительных электродов обоих аккумуляторов. Под этим коэффициентом понимается отношение количества электричества, шедшего на полезный процесс окисления или восстановления активных веществ электродов, к общему количеству электричества, сообщенному электродам при зарядке аккумулятора до конечного напряжения (до 2,1 в).
145643- 2 -
Окисно-никелевый электрод в лучшем имеет коэффициент использования тока 85-90%, что примерно на 10% меньше коэффициента для серебряного электрода.
Если принять коэффициент использования тока для цинкового электрода за 100%, что весьма близко к истине, то отрицательный электрод никель-цинкового аккумулятора, имеюший емкость, соответствующую разрядкой емкости положительного электрода, на каждом цикле перезаряжается ца 10-15%. Другими словами, 10-15% от всего времени зарядки (или от всей сообщенной емкости) тратится на электролиз цинкатного электролита, неизбежным следствием которого является рост депдритов цинка. Устранить систематический перезаряд цинкового электрода введением в него большого избытка окиси цинка практически не представляется возможным, поскольку через определенное время она все равно восстанавливается до металлического цинка.
Так, например, для никель-цинкового аккумулятора, отрицательцый электрод которого имеет тройной против положительного запас емкости в виде окиси цинка, а коэффициент использования тока для положительного электрода равен 90%, вся окись восстанавливается до металлического цинка примерно через 20 циклов. Начиная с 21-го цикла отрицательный электрод аккумулятора систематически перезарял ается на 10%. Для серебряно-цинкового аккумулятора с таким же соотношением емкостей электродов это происходит примерно через 40 циклов и перезаряд отрицательного электрода на 5% в это.м случае имеет место начиная с 41 цикла.
Таким образом, до тех пор, пока в отрицательном электроде имеется способность восстановления окиси цинка, образование дсндритов цинка при зарядке аккумулятора не должно происходить в скольконибудь значительных количествах. Отсюда следует, что существенного уменьшения скорости дендритообразования в никель-цинковом аккумуляторе можно добиться путем периодического, по хмере накопления в отрицательном электроде металлического цинка, возвращения электрода в исходное состояние.
Сущность способа, составляющего предмет изобретения, заключается в том, что, с целью увеличения срока службы и предотвращения снижения емкости никель-цинковых аккумуляторов, у которых положительные электроды изготовляются по безламельной технологии, а отрицательные - прессованием смеси цинковой губки с окисью цинка, эти аккумуляторы подвергаются периодически глубоким разрядам, до полного превращения металлического цинка в его окись, с последующим нормальным их зарядом.
В основу этого способа положено то обстоятельство, что перенапряжение при выделении водорода на безламельном окисно-никелевом электроде в цинкатном электролите очень невелико и на 200-300 мв меньще, чем на порошковом серебряно.м электроде. Вследствие этого при катодной поляризации в крепком цинкатном растворе на безламельном окисно-никелевом электроде, в отличие от серебряного электрода, осаждение цинка не происходит даже в случае длительного электролиза. Применительно к никель-цинковому аккумулятору, имеющему запас емкости по металлическому цинку. Этот факт означает, что на его разрядной кривой, в отличие от серебряно-цинкового аккумулятора, имеется площадка, соответствующая процессу выделения водорода, обнаруживаемая при глубоком разряде никель-цинкового аккумулятора. Разрядная кривая никель-цинкового аккумулятора с безламельными окисно-никелевыми электродами, имеющего двойной запас емкости по металлическому цинку (по сравнению с разрядной емкостью аккумулятора), имеет две площадки, каждая из которых отвечает определенному процессу, протекающему на полол ительном электроде, одна - процессу восстановления высщих окислов никеля:
NiO (ОН) - HoOJ-/-x-Xi (ОН) 2+ОНи другая - процессу восстановления водорода:
2 H2O-r2;-)-Ho-L2 ОН-.
На отрицательном электроде в обоих случаях протекает один и тот же процесс - окисление цинка:
Zn+2 (OH)24-2/
Последние две реакции идут практически до поллого окисления всего цинка.
Проведеняые заявителями испытания показали, что, наряду со значительным уменьщением скорости роста дендритов цинка, после каждого глубокого разряда емкость аккумулятора существенно (примерно на 20%) увеличивается. На последующих циклах эта емкость постепенно спадает и через 20-30 циклов принимает первоначальное значение (т. е. величину емкости перед глубоким разрядом).
Предмет изобретения
Способ эксплуатации никель-цинковых аккумуляторов, у которых положительные электроды изготовляются по безламельной технологии, а отрицательные - прессованием смеси цинковой губки с окисью цинка, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы аккумуляторов путем уменьшения скорости роста дендритов цинка на отрицательных электродах и предотвращения снижения емкости положительных электродов, указанные аккумулятору подвергают перпод чески глубоким рязрядам, до полного превращения металлического цинка в его окись, с последующим нормальным их зарядом.
- 3 -АО 14564
