Способ заряда никель-цинкового аккумулятора Советский патент 1980 года по МПК H01M10/44 H01M10/30 

(54) СПОСОБ ЗАРЯДА НИКЕЛЬ-ЦИНКОВОГО . АККУМУЛЯТОРА

1

Изобретение относится к области заряда вторичных химических источников тока и может быть использовано в отраслях промышленности, эксплуатирующих щелочные аккумуляторы.

Известен способ заряда никель-цинковых аккумуляторов, в котором заряд осуществляют однополупериодным током частотой 50- 200 Гц Заряд пульсирующим (однополупериодным) током частотой 50-200 Гц приводит к осаждению цинк;а в виде мелкокристаллического плотного осадка н, следовательно, к замедлению скорости дендритообразования.

. Недостатками способов являются пониженные срокн службы и емкостные характеристики никель-цинковых аккумуляторов вследствие замедления, а не устранения роста деидрнтов цинка.

При заряде цинковый электрод регулярно перезаряжается за счет неодинаковых коэффициентов использования тока положительного н отрицательного электродов при заряде. Это приводит к осаждению цинка из раствора н накоплению цинка на отрицательном электроде от цикла к циклу. При

этом происходит обедненне электролита цннкат-ионами, что, в свою очередь, способствует увеличению скорости дендритообразования.

Наиболее близким к предлагаемому является способ эксплуатации никель-цинковых аккумуляторов, lio которому аккумуляторы перед зарадом подвергают периодическим глубоким разрядам до полного превраще.ния металлического цинка в его окись с последующим нормальным зарядом (4. 10 Такой способ приводит к пассивации цинкового электрода, повыщению концентрации цннката в электролите, при этом стаиовится возможным выпадение окиснах соединений цннка не только в порах электрода, но и во всем объеме электролита, что снижает

15 емкость, срок службы и ухудшает электрические характеристики аккумуляторов.

Целью изобретения является стабилизация емкости и увеличение срока службы аккумуляторов путем устранения дендрито20 образования.

Поставлениая цель достигается тем, что заряд никель-цинковых аккумуляторов производят путем поочередного пропускания зарядного и разрядного токов, причем разрядный ток пропускают через цинковый и допол, нительный пористый никелевый электрод, введенный в аккумулятор, при соотношении разрядного тока к зарядному от 1:50 до 1:1,5 в зависимости от типа аккумулятора и сообщаемой зарядной емкости.

Предлагаемый способ устраняет перезаряды цинкового электрода, стабилизирует содерйсание окиси Цинка в растворе и, следовательно, устраняет условия, вызывающие осаждение цинка из раствора. Это достигается за счет частичного разряда цинкового электрода, осуществляемого в процессе заряда, а именно в моменты отсутствия зарядного тока.

Введение в аккумулятор дополнительного пористого никелевого электрода и пропускание разрядного тока через цинковый и дополнительный электрод устраняет перезаряды цинкового электрода.

На катоде щелочных аккумуляторов имеет место побочный процесс выделения кислорода, на который расходуется определенная часть зарядного тока. Отнощение количества электричества, пощедшего на полезный процесс окисления на катоде, к общему количеству электричества, сообщенному аккумулятору (коэффициент использования тока), колеблется от 0,95 до 0,7 в зависимости от сообщенного количества зарядного электричества. Коэффициент использования тока для цинкового электрода близок к 1, поэтому отрицательный электрод никель-цинкового аккумулятора, имеющий емкость, соответствующую разрядной емкости положительного электрода, на каждом цикле перезаряжается. Другими словами до от всей сообщенной емкости тратится на электролиз цинкатного электролита, неизбежным следствием которого является рост дендритов цинка. Устранить систематический перезаряд цинкового электрода введением в него больщого избытка окиси цинка практически невозможно, поскольку через 10-20 циклов она все равно восстанавливается до металлического цинка. Введение дополнительного пористого никелевого электрода и пропускание через него и цинковый электрод разрядного тока устраняет перезаряды, стабилизирует содержание цинката в растворе, полностью исключает дендритообразование, что стабилизирует емкость аккумуляторов и увеличивает срок их службы.

Разрядный ток пропускают через цинковый и дополнительный электроды при соотнощении разрядного тока к зарядному от 1:50 до 1:1,5 в зависимости от сообщаемого количества зарядного электричества. Это обусловлено следующим. Предположим, что емкость окисно-никелевого электрода (ОНЭ) равно С+, а цинкового -1,5С.. Для Заряда окисно-никелевого электрода аккумулятору необходимо сообщить зарядную емкость, равную не менее 1,25 С, так как часть зарядного электричества идет на выделение кислорода. При разряде аккумулятор отдает емкость, равную емкости ОНЭ,

то есть С.. В этом случае часть цинка, восстановленного при заряде, останется неокисленной к концу разряда. Она эквивалентна количеству электричества, равного разности между количеством электричества, сообщенного на заряде и отданного аккумулятором на разряде (1,25С. - С.). Для устранения накопления восстановленного цинка в цинковом электроде его следует периодически разряжать, пропуская ток через цинковый и дополнительный электроды в процессе заряда, сообщая при этом емкость (1,25С+- С.). При равных периодах заряда

И разряда .справедливо соотнощ(

соотнощение.

7р 1,2.5 . l.iS-i (

Т, - Лг5„т; о- Т

гдеЗр - разрядный ток, пропускаемый через цинковый и дополнительный электроды в процессе заряда;

Hj - зарядный ток.

Пример. Разрядная емкость никель-цинкового аккумулятора составляет 3 а. ч. и ограничена емкостью окисно-никелевого электрода. Для заряда аккумулятора ему необходимо сообщить 4,5 а. ч. предположим за 10 ч. Тогда Зз 0,45 а, а Иг 0,15 а. Зарядный ток пропускается через окисно-никелевый и цинковый электрод, а разрядный ток - через цинковый и предварительно введенный дополнительный пористый никелевый электрод. В качестве зарядного устройства могут быть применены две серийные однополупериодные схемы выпряления тока промышленной частоты, работающие со сдвигом тока на 180° от одной обмотки понижающего трансформатора.

Проведенные сравнительные испытания предлагаемого и известного способов заряда никель-цинковых аккумуляторов, имеющих одинаковые начальные характеристики, в течение 40 циклов показали, что емкость аккумуляторов, заряженных по известному способу, снизилась на 13% по сравнению с емкостью аккумуляторов, заряженных по предлагаемому способу.

При заряде по предлагаемому способу дендриты не обнаружены, а при заряде по известному способу появились к 10 циклу.

Анализы содержания окиси цинка в электролите показали снижение концентрации ZnO на 2,04-3,3% к концу заряда при заряде по предлагаемому способу и на , при заряде по известному способу.

Таким образом, введение в аккумулятор дополнительного пористого никелевого электрода, пропускание через него и цинковый электрод разрядного тока в процессе заряда и выбор соотношения между разрядным и зарядным токами обеспечивает полное устранение дендритообразования и, как следствие, стабилизацию емкости и увеличение срока службы никель-цинкового аккумулятора.

Предлагаемый способ можно легко реализовать, используя известные зарядные устройства.

Формула изобретения

Способ заряда никель-цинкового аккумулятора путем поочередного пропускания зарядного и разрядного токов, отличающийся тем, что, с целью устранения дендритообразования, в аккумулятор вводят дополнительный пористый никелевый электрод и

разрядный ток пропускают через цинковый и дополнительный электроды при соотношении разрядного тока к зарядному от 1:50 до 1:1,5 в зависимости от типа аккумулятора и сообщаемой зарядной емкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 145643, кл. Н 01 М 10/42, 1961 (прототип).