ГЕРМЕТИЧНЫЙ ЩЕЛОЧНОЙ АККУМУЛЯТОР Советский патент 1971 года по МПК H01M10/34 H01M4/24 

Известны герметичные щелочные аккумуляторы с отрицательным электродом из кадмия, отделенным сепаратором от положительного электрода, например, из никеля, и расположенным между отрицательным электродом и сепаратором дополнительным электродом в виде пористой основы с нанесенным на сторону, обращенную к отрицательному электроду, слоем проводящих частиц, например серебра, находящихся в непосредственном контакте с отрицательным электродом.

Такие акку.муляторы заряжаются током, составляющим лишь небольшую часть от их поминальной емкости. Увеличение силы зарядного тока приводит к выделению газообразного кислорода, скорость поглощения которого катодом значительно меньше скорости его образования на аноде. Это вызывает увеличение 11утреннего давления и задержку деполяризации отрицательного электрода.

Для увеличения зарядного тока и стабилизации внутреннего давления аккумулятора в цредложеином аккумуляторе слой серебра доиолвительного электрода выполнен с каниллярными порами и толщиной, например 0,1 - -0,2 мм.

тродами; на фиг. 4 - корнус аккумулятора, изображенного на фиг. 1.

Аккумулятор состоит из герметически закрытого бака /, положнтельных электродов 2,

параллельно присоединенных к зажиму 3, и отрицательных электродов 4, также расположенных параллельно н прнсоединенных к зажи.му 5 таким образом, что блок электродов ограничивается двумя отрицательными элек1родами, которые можно изолнровать от бака, как правило, изготовленного из металла, нри помощи двух изоляционных лнстов 6. Электроды состоят из пластин спеченного никеля, пропитанных активной массой. Для проп1ггкп положнтельных электродов употребляют гидрат окиси никеля, иногда с добавкой гидрата окиси кобальта, а для нропнткн отрицательных электродов - гидрат окнси кадмия. Снеченпые пластины - тонкие, толщниа их нрнмер 1О 0,9 -...и для по;южнтельных электродов и 0,8 мм - для отрицательных электродов. В одном из приведепных вариантов актнвпая масса положительного электрода состоит из соединения активного серебра, например из

оки.си серебра. Д1ежд - электродами находится пористый нзолнрующий сепаратор 7 состояи;ий из фетра, проп скной бумаги или из ткани изготовленных сиитетических волокон, таких как нейлон. Сепаратор может также содержать два СЛ1)Я, расположенных друг против друга, один из которых состоит из нейотоновой ткани, а другой из фетра (то толщине этот сепаратор остается все же небольшим, порядка 0,1-0,3 .клг)- Сепаратор может быть выполнен в виде непрерывной ленты, расположеной зигзагами менаду электродами, или может состоять из нарезанных кусков, расположенных один за другим вПромежутках между электродами. Рядом с каждым отрицатель 1ым электродом располож.ен дополнительный электрод 8 содержащий металл в тонкоизмельченном состоянии, являющийся более электроположительным, чем, например, серебро.

Дополнительный электрод изготавливают следующим образом. Сначала выбирают основу тех же размеров, что у отрицательных электродов, состоящую из нейлонового фетра и имеющую в несжатом состоянии толщину 0,1-0,2 мм. Эту основу п-ронитывают раствором азотно-кислого серебра с 50%-ной (но весу) концентрацией, и после быстрого стекаиня на воздухе основу погружают в раствор гидразина с 50%-ной (но объему) концентрацией при температуре около 20°С и выдерживают в этом растворе 1 мин при перемешивании. Азотнокислое серебро диссоциирует с осаждением восстановленного серебра по реакции

2AgN03 + 3N2H4 Л Ag + 4N2 + 6H2O

Серебро осаждается па поверхности волокон в тонком и пористом состоянии.

После этого основу вынимают из раствора гидразина и промывают большим количеством воды, а затем воде дают стечь. После стекания воды цикл может быть повторен несколько раз для увеличения толщины осадка серебра, отложившегося иа основе. Желательно, чтобы осадок серебра составлял примерно 1-4 г на 1 dif поверхности основы. Повторенные циклы завершают пятнадцатичасовой сушкой при температуре около 70°С.

Полученная таким образом основа, на которую нанесен пористый тонкий слой серебра, обладает очень низким электрическим сопротивлением и, если ее поместить, папример, между двумя металлическими пластинами, то между этими пластинами образуется проводящий мостик с очень малым сопротивлением. Последующая стадия обработкИ основы заключается в ее пропитке водоотталкивающим материалом, таким как полистирол или иолитетрафторэтилеп, количество которого должно быть достаточно малым для того, чтобы сохранилось низкое сопротивление основы.

Так, например, основу с расположенным на ней пористым слоем серебра можно опустить в 1%-ный (по весу) раствор полистирола в трихлорэтилене (или в бутаноле-2), а затем удалить растворитель путем испарения, помещая основу примерно па 6 час в обогреваемый шкаф с температурой ниже 50°С. Концентрация раствора полистирола может быть увеличена до 15% (ио весу). Каждую из основ

помещают между активной поверхностью одного из отрицательиых электродов и сепаратора 7, таким образом, чтобы слой тонкорасиределенного серебра, которому приданы водоотталкивающие свойства, соприкасался с активиой поверхностью соответствующего отрицательного электрода, не нрикасаясь при этом к положительному электроду (благодаря наличию сепаратора 7). Для двух крайних отрицательных электродов основы могут быть помещены у их отрытых поверхностей для воздействия на кислород, способных выделяться в атмосферу бака вокруг электродов.

В аккумулятор до его герметического закрывания подводится количество электролита, достаточное для того, чтобы заполнить все поры в электродах и сепараторе 7, а также те поры, которые гидрофобное вещество оставляет доступными в осиове электрода 8. Свободный электролит удаляется, а оставшийся должен удерживаться в порах.

Блок, образованный электродами, сепаратором и основами, содержащими тонкорасиределенное серебро, сжимают в баке / за счет

25 крайиих поверхностей, параллельных электродам, таким образом, чтобы отдельные поверхности располагались возможно более прямо. Изоляционные листы 6, еслн они имеют достаточную толщину, могут сиособствовать этому

0 сжатию. Кроме того, крайние поверхности бака, параллельные электродам, могут быть подвергнуты внешнему давлению, изготовлеиные из лнстового материала малой толщины oini передают это давление блоку электродов. До

5 сжатия можио иользоваться ободом 9, который окружает бак и снабжен пружинами W, находящимися между ним и крайними поверхиостями бака.

Благодаря тому, что каждый из пористых

0 слоев, содержащих основу из нейлонового фетра и тонкоизмельченного серебра, обладает гибкостью, которая имеет место и в том случае, если основа слоя состоит из металлических волокон без изолирующей подложки, этот

5 слой может быть подогнан к поверхности отрицательного электрода, с которым он должен находиться в соирикосповении и плотно прилегать к нему под действием сжимающего усилия, прилегаемого к блоку. Аккумулятор такого типа может быть заряжеи током, равным 50-100% иомипальиой емкости, без создания опасного давления в герметически закрытом баке в условиях заряда и перезаряда.

Это объясняется тем, что кислород, выделяющийся в конце заряда у нолол ительного электрода, диффундирует и восстанавливается на смешанном ноложительном электроде, содержащем одновременно частицы серебра и кадмия. Металлический кадмий образуется is 0 результате восстаиовления, вызываемого зарядиым током аккумулятора. Если учесть степень измельчеиия металлического серебра, осажденного химическим способом, и образование электрохимической пары между этим металлом и кадмием, то кислород, образующийся на положительном электроде в основном при перезаряде в соответствии с реакцией;20Н- - HzO -f О -f 2е (1) будет восстанавливаться на катоде пары серебро-кадмий, на котором процесс восстановления произойдет в соответствии с реакцией: V02 + НгО + 2е - 20Н На аноде этой пары кадмий будет окисляться, благодаря наличию гидрооксиальных ионов, образующихся при реакции (2) в соответствии с реакцией Cd -f 2ОН - Cd(OH)2 -1- 2е Образование местных нар серебро-кадмий значительно повышает скорость восстановления кислорода в соответствии с реакцией (2). Это позволяет достигнуть равновесия для скорости реакции (3), которая соответствует поглощению на отрицательном электроде кислорода, выделяющегося па положительном электроде Б конце зарядки, и реакции: 2е - Cd + 20Н Cd(OH): которая соответствует зарядке отрицательного электрода. Благодаря хорошему электронному контакту между кадмием отрицательного электрода и серебром наиесениого слоя, небольшие пары серебро-кадмий дают ток с максимальной силой и скоростью поглощения кислорода, поступающего от положительного электрода, что делает возможным применение высокого зарядного тока. Водоотталкивающий материал, отложившийся в порах основы в виде слоя малой толщины, но с очень высокой пористостью, позволяет сохранить внутри пор небольшие объемы, ие заполняющиеся электролитом и облегчающие местное существование трех фаз при равновесии реакций. Тонкоизмельчеппый металл можно поместить лпщь у поверхности одпой или нескольких отрицательных пластин при условии, что туда может поступить кислород, выделяющийся на положительных электродах. Так, например, можно (см. фиг. 2) расположить пористую основу у поверхности одного отрицательного электрода 4, находящегося внутри бака на внешней поверхности блока электродов, при условнп, что поверхность электроположительного металла будет пахО диться в контакте с частицами активной массы, находящимися в восстаиовленно.м состоянии в конце процесса зарядки аккумулятора. В этом случае кислород, который может образоваться в конце зарядки аккумулятора и попасть в атмосферу бака, поступает, растворяясь, в электролит, содержащийся в пористой основе на поверхности между тонкоизмельченным металлом основы н отрицательным электродом. При этом он рссорбируется и давление внутри бака ограничивается величццой, при которой между выделяющимися кислородом и ресорбированным кислородом существует равновесие. Изобретение может быть использова1Ю а элементах, пластины которых не содержат активной массы, т. е. в электролитических элемеитах. В этом случае местньц: пары нредставляют собой пары, сущсствующпе между металлическими зернами основы отрицательпо иоляризованного электрода н зернами осажденного металла. На фиг. 3 и 4 показан аккумулятор, в котором как электроды, так и сепаратор скручены в форме спирали. Отрицательный электрод 4 и положительиый электрод 2, выполнены из Т011КОЙ н гибкой ленты из спеченного никеля, снабженной активной массой. Толщина лепты равна или иесколько мсиьше 0,8-0,9 ,i/.u. Между электродами расположен норнетый нзолирующнй сепаратор 7, состоящий из фетра, пропускпой бумаги или ткани из синтетического волокна. Толщина сепаратора 0,1-0,3 ,мм. Отрицательный электрод несколько длппнее положительного, что сделано с учетом того обстоятельства, что дуга сппрали, опнсываемая отрнцатсльным электродом, длиннее дуги, описываемой положительным электродом. Предмет изобретения Герметичный щелочной аккумулятор с отрицательным электродом из кадмия, отделениым сепаратором от положительного электрода, нанрн.мер, из никеля, и расположенным между отрицательным электродом и сепаратором дополнительным электродом в виде пористой основы с нанесенным на сторону, обращенную к отрицательному электроду, слоем проводящих частиц, например серебра, па.ходящихся в пепосредственном контакте с отрицательным электродом, отличающийся тем, что, с целью увеличения зарядного тока и стабплизацин внутреннего давлення, слой серебра вынолнеп с каппллярными норами и толщиной, например, 0,1-0,2 .),м/.

в J

Фиг /