Обычный способ изготовления пластин свинцовых аккумуляторов состоит в том, что из глета и сурика сначала приготовляют пасту, а затем ее во влажном виде вкладывают в имеющую решетчатообразную форму и состоящую из свинца или свинцового сплава жесткую основу, которая служит одновременно и проводником тока. В виду того, что паста после высыхания образует тело, внутренняя структура которого обладает излишней плотностью, к ней часто прибавляют еще порообразующие вещества. Восстановлением в одном случае и окислением в другом, при помощи электролиза вложенной в основание активной массы получают затем губчатый свинец отрицательной пластины и перекись свинца положительной.
Такие бывшие до сих пор в употреблении, свинцовые элементы обладают многими недостатками; так например,
(291)
свинцовая основа электродов принимает лишь в ничтожной степени участие в электрохимическом процессе, в то же время эта основа, в виду того, что она должна быть весьма массивной, значительно повышает и без того большой вес элемента, что в свою очередь делает необходимым употреблять для элемента массивные сосуды и тем еще больше увеличивать вес. Недостаточная эластичность основы приводит с течением времени к все более заметному ослаблению ее сцепления с активной массой, подверженной явлениям расширения и сжатия. Соседство свинца с перекисью свинца на поверхности положительного электрода приводит к скорому саморазряжению. Электроды должны формироваться, так как они лишь после многократной зарядки и разрядки приобретают свою полную емкость. Эти недостатки обычных свинцовых аккумуляторов делали их нелригодными в качестве первичных элементов и значительно ограничивали область их применения в качестве вторичных элементов.
Были уже сделаны многочисленные предложения для устранения этих и других недостатков обычных переносных элементов. Эти предложения ставят себе по большей части в качестве цели-вообще устранить необходимость основы. Так было предложено обычному материалу, из которого изготовляются электроды для свинцовых аккумуляторов, путем прессования придавать форму пластины, и в эти последние вделывать или к ним приделывать металлический проводник для тока. Указывалось на возможность применения перекиси свинца ш материале для изготовления пластин свинцовых аккумуляторов, а также.и на употребление свинцовой пыли. Достигнутые результаты, однако, не могут быть признаны удовлетворительными.
Изобретатель нашел в особом соединении свинца новый материал, применение которого, при соответствующем способе изготовления, позволяет получить новый вид свинцовых элементов.
Известен способ получения перекиси свинца обработкой сурика горячей азотной кислотой. Выпадающий при этом черный порошок и является перекисью свинца. Напротив, до сих пор было известно, что если подвергнуть сурик действию разведенной азотной кислоты и прервать процесс прежде, чем начнет образоваться вообще или в значительном количестве обычная густая перекись свинца, то получается другое прочное соединение свинца бурого цвета. Полученный . после промывки осадка бурый порошок и представляет собой новый материал, который может быть получен, например, описанным способом. В- большинстве случаев новое вещество содержит вследствие слишком раннего или слишком позднего прекращения процесса или остатки сурика, или уже образовавшуюся, перекись свинца. В большинстве случаев невозможно прервать процесс точно в необходимый момент. Практика подтвердила это наблюдение. Небольшие примеси этого рода, однако, нисколько не уменьшают возможности применения нового материала для изготовления из него электродов.
В качестве примера производственного процесса нового материала приводим следующее: 100 г сурика взбалтываются вместе с 333 см дестиллированной воды, 6QO см азотной кислоты с удельным весом в 1,4 разводятся в 840 с/ч воды. Каждая из жидкостей, когда их сливают вместе, должна обладать температурой в 24°. По истечении 50 минут процесс прерывается, и полученный бурый осадок промывается.
Изготовленный таким образом, согласно изобретению, материал имеет обычно удельный вес ниже 7, во всяком случае ниже 8, в то время как удельный вес обычной имеюшейся в продаже перекиси свинца всегда превышает 8. Далее может быть дан еще и следующий критерий: если измерять объем 10 г нового вешества при помощи показывающего кубические сантиметры сульфуриметра Чанселя в эфире, и если взболтать новое вещество с эфиром таким образом, чтобы оно было совершенно им насыщено, то мы находим после того, как сульфуриметр отставлен, что вещество в течение определенного времени быстро оседает, после чего оседание вдруг изменяет свой характер и делается значительно менее заметным. В этот момент отсчитывается высота уровня вещества в сульфуриметре и полученное число помножается на 10, чтобы получить величину для 100 i. Этот отсчет будет в дальнейшем называться „немедленным отсчетом. Объем 100 г осадка, измеренный в эфире, при немедленном отсчете составляет для нового вещества обычно более 100 см, в то время как для обычной перекиси свинца он составляет менее 75 см.
Содержание кислорода в перекиси свинца, вычисленного по PbOg, составляет приблизительно 99%, в новом веществе приблизительно 93%. Электрическое сопротивление кубика с длиною ребра в 1 см при давлении в 100 кг составляет для перекиси свинца более 0,5 ома, для нового вещества менее 0,2 ома. По своему химическому составу новый материал, можно скаг
зать, приближается к гидрату перекиси свинца. Вышеописанное соединение свинца еще не употреблялось для изготовления электрических аккумуляторов, в частности для свинцовых, хотя иногда в процессе работы элемента такое вещество и могло получаться. При изготовлении электродов для свинцовых элементов с применением нового материала можно пользоваться обычными процессами изготовления, что не является выходом из пределов изобретения.
Прежде всего, однако, новый материал дает возможность при подходящих условиях приготовлять электроды из одной лишь массы без жесткого основания, которые по сравнению с обычными свинцовыми пластинами аккумуляторов значительно более продуктивны, при этом не только в расчете на вес всей пластины, но и в расчете на вес одной только активной массы.
При изготовлении положительных электродов для свинцовых элементов из одной только массы можно применять, например, следующий метод. Порошкообразная, высушенная на воздухе смесь соединений свинца обычно применяющихся при приготовлении электродов для свинцовых элементов комбинируется с новым материалом и прессуется вокруг металлического проводника, после чего спрессованный предмет обрабатывается разведенной серной кислотой, при этом по возможности до того момента, когда кислота внутри спрессованного тела и окружающая его кислота не достигнут одинаковой плотности по меньшей мере, однако, в продолжение 10 минут. После этого спрессованный продукт сушат. Металлический проводник, заделанный в электрод, в виду того, что он не должен больлле служить жестким основанием для активной массы, а служит исключительно только для распределения тока внутри активной массы, может обладать весьма маленькими размерами и .быть также гибким. Готовый электрод обладает сам по себе достаточной прочностью. Приготовленные таким образом, состоящие из одной массы, положительные электроды легче и меньше, чем общеизвестные положительные пластины той же емкости. Они не нуждаются в особом, производимом изготовителем формировании и обладают лишь слабой тенденцией к саморазряжению. Нетрудно наладить дешево их массовое производство, в том числе и очень маленьких и тонких экземпляров.
Два соответствующих показательных примера для изготовления положитель-i ных электродов, построенных по вышеописанному способу, показывают в существенном следуюший состав основных веществ.
Пример 1. 30% губчатого, свинца (преимущественно с прилипшей; серной кислотой, высушенный способом, который будет ниже описан), 40Vo бурого окисла-термин для обозначения нового материала, способ приготовления которого описан выше, 30%. сурика.
Пример 2. 30/о РЬО, 40Уо бурого окисла, приготовленного вышеописанным способом, 30 /о сурика.
В обоих случаях сила прессующего давления составляет 250 кг на 1 см-, в то время как пластина, если она обл адает толщиной в 1,5 мм, должна около получаса отвердевать в растворе серной кислоты с удельным весом в 1,18. Время, необходимое для отвердевания пластины, зависит таким образом от ее толщины. Нужно заметить, что плотность раствора серной кислоты, употребляемой для отвердевания пластины, приблизительно равна плотности электролитов, употребляемых в свинцовых элементах. Процесс отвердевания можно, однако, производить и любым другим способом.
Для производства положительных электродов, которые уже при одной единственной зарядке достигают своей полной емкости, оказалось целесообразным брать прессуемую массу, в состав которой входит более, чем на 15% новый материал.
Изготовленные согласно изобретению положительные электроды могут быть соединены с отрицательными электродами обычного вида и образовать таким образом готовый элемент. Возможность применения положительных 1 электродов в элементах со свинцом,
однако, расширяется и достигается дополнительная экономия в весе и размерах элемента, если употреблять в качестве отрицательных электродов также такие, которые состоят лишь из одной активной массы с помещенным в нее проводником тока. Изобретатель пользуется для их изготовления тем же методом прессования, увлажнения и сушки, как и для изготовления положительных электродов, употребляет, однако, в качестве прессуемой массы порошкообразный губчатый свинец, смешанный с сернокислым свинцом, к которому в случае нужды могут быть еще примешаны окислы свинца. Масса этого состава обладает прекрасной способностью спрессовываться и дает очень продуктивные отрицательные электроды, которые могут быть монтированы тем же способом, что и положительные.
При изготовлении такого смешанного с сернокислым свинцом губчатого свинца можно применять, например, следующий метод: окись свинца восстанавливается путем электролиза в ванне с серной кислотой и затем вместе с прилипшей к ней серной кислотой сушится и перемалывается. У приготовленных из сухих порошкообразных смесей путем прессования электродов важно всегда получить возможно равномерную и однородную структуру. В виду того, что у порошков, в отличие от жидкостей, прессующее давление не распределяется равномерно на все подверженное давлению пространство, а действует на верхние слои подвергающегося прессованию материала иначе, чем на нижележашие, целесообразно придавать прессуемым электродам форму не слишком толстых пластин и подвергать известным способом одновременному давлению обе стороны пластины. Вложенный металлический проводник является, однако, чуждым телом в пластине, которое при известных обстоятельствах может вообще сделать подобные электроды непригодными. Изобретатель нашел, что однородность внутренней структуры прессованных электродов нарушается меньше всего таким вложенным металлическим проводником, который обладает сечением
продолговатой или ромбоидальной фор мы и выбран по возможности так, что его края, т. е. плоскости проводника наклонны к направлению прессующего давления в то время, как проводник по возможности уложен в материал так, что длинная ось его сечения лежит в направлении прессующего давления.
Чтобы достичь возможно лучшего распределения тока внутри прессованных электродов, следует снабдить эластичный проводник боковыми отростками и отходящими от них ответвлениями. Изобретатель нашел особые преимущества в том, что каждый боковой отросток с его ответвлениями совершенно не соприкасается с соседними, так что отростки и ответвления ни в коем случае не образуют рамы. Каждый отросток и ответвление имеет свободный конец и никогда не образует таким образом с другими отростками или ответвлениями прямоугольных форм. Благодаря такой конструкции достигается то, что проводник может удобно следовать явлениям расширения и сжимания активной массы.
Соединение положительных и отрицательных, состоящих из одной лишь массы электродов, в готовые элементы не представляет особых затруднений, поскольку эти элементы должны найти применение вместо обычных свинцовых аккумуляторов. Целесообразно вставлять такие, состоящие из одной лишь массы электроды в приспособленные для этого оболочки и в таком виде устанавливать, подвешивать или каким-либо другим способом закреплять в коробке аккумулятора.
В качестве электролита применяется разведенная серная кислота в том виде, в каком она и в настоящее время употребляется в аккумуляторах.
Предмет патента.
1. Способ изготовления материала для активных масс, в особенности свинцовых аккумуляторов, действием разбавленной азотной кислоты на сурик, отличающийся тем, что реакцию не доводят до конца с той целью, чтобы получить особый вид перекиси свинца, отвечающий содержанию активного
кислорода, соответствующему приблизительно 93% перекиси свинца и обладающему в совокупности следующими физическими свойствами: меньшим удельным весом, чем обычная перекись свинца; объемным весом, измеренным в эфире, равным примерно единице, и
удельным сопротивлением сухого порошка при 1(30 атм. удельного давления, меньшим 0,2 ом/гл.
2. Применение материала по способу п. 1 в количестве не менее 15% общего веса активнбй массы.
