Цинково-воздушные аккумуляторы (Zinc-Air). Аккумулятор цинковый


Цинковый аккумулятор

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к изготовлению аккумуляторов и нормальных элементов. Согласно изобретению в цинковом аккумуляторе объемный положительный электрод в разряженном состоянии аккумулятора является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль сульфида цинка:1 моль сульфида меди, с добавлением порошка графита в качестве объемного токосъемника и использованием электролита из водного раствора хлорида цинка постоянного состава. Техническим результатом является технологическая простота и дешевизна.

 

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к изготовлению аккумуляторов и нормальных элементов.

Из уровня техники известны цинковые аккумуляторы, где положительный электрод состоит из смеси серебра и его оксида [В.В.Стендер. Прикладная электрохимия. Издательство Харьковского университета, 1961 г., 541 стр.]. Использование серебра в цинковых аккумуляторах значительно увеличивает их стоимость, что не позволяет широко использовать в электротехнических изделиях.

Известны аккумуляторы с нерасходуемым твердым электролитом [Дж.Садуос, А.Тилли. Сернонатриевые аккумуляторы. Издательство Мир, 1988 г., 672 стр.]. Таким аккумулятором является натрий-серный аккумулятор, с использованием в качестве твердого электролита β-глинозем или спецстекло. Температура использования и хранения таких аккумуляторов составляет более 300°С. Все существующие аккумуляторы дороги по используемым материалам или по сложности изготовления и эксплуатации.

Натрий-серный аккумулятор наиболее близок, по принципу функционирования, к предлагаемому цинковому аккумулятору.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании аккумулятора нового типа с водорастворным электролитом постоянного состава.

Техническим результатом изобретения является замена в положительном электроде цинкового аккумулятора оксида серебра на сульфид меди.

Технический результат достигается тем, что в цинковом аккумуляторе с водорастворным электролитом и отрицательным электродом из амальгамы цинка согласно изобретению объемный положительный электрод в разряженном состоянии аккумулятора является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль сульфида цинка:1 моль сульфида меди с добавлением порошка графита в качестве объемного токосъемника и использованием электролита из водного раствора хлорида цинка постоянного состава.

Принципиальная особенность - постоянство состава электролита [водного раствора хлорида цинка ZnCl2] в процессах заряда и разряда аккумулятора, в ходе которых происходит изменение состава положительного электрода и изменение массы отрицательного цинкового электрода.

Объемный положительный электрод в разряженном аккумуляторе является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль ZnS:1 моль Cu2S.

В качестве объемного токосъемника добавляется порошок графита (или толченого кокса или угля).

При этом молекулы Cu2S являются акцепторами атомов серы при их отрыве от ZnS.

Токообразующая реакция данного процесса:

- на отрицательном электроде Zn+2+2е-=Zn

- на положительном электроде 2Cl-+ZnS+Cu2S=2е-+ZnCl2+2CuS

итоговая реакция: ZnS+Cu2S=Zn+2CuS.

Термодинамический потенциал этой реакции ΔG(20°C)=158,38 кДж/моль.

Отсюда получаем, что напряжение равно 1,0 В.

Электрические параметры процесса заряда в лабораторном опыте

U[B] 1.2 1.3 1.4 1.5
j[A/M2] 0 16 20 40

Удовлетворительное качество образующегося металла (его плотность и химическая чистота) достигалась при межэлектродном расстоянии >1÷2 см [Патент РФ № 2307202, опубл. 27.09.2007. Бюл. № 27].

В данном процессе отсутствует возможность загрязнения медью получаемого цинка (даже при высоком напряжении электролиза). Действительно, при U>1,7 В термодинамически разрешенной является токообразующая реакция с образованием CuCl2

Однако образующийся CuCl2 (р) взаимодействует с ZnS из положительного электрода по следующей самопроизвольной реакции

CuCl2(p)+ZnS=ZnCl2(p)+CuS

ΔC(20°C)=-115,45 кДж/моль.

Поэтому медь не появляется на отрицательном электроде даже при U>1,7 В.

Предложенный цинковый аккумулятор технологически прост и намного дешевле традиционного цинкового аккумулятора из-за отсутствия серебряного положительного электрода.

Кроме того, создаваемые плотности тока близки к току короткого замыкания известного свинцового аккумулятора. Поэтому возможна замена свинцового аккумулятора предложенным цинковым аккумулятором.

Цинковый аккумулятор с водорастворным электролитом и отрицательным электродом из амальгамы цинка, отличающийся тем, что объемный положительный электрод в разряженном состоянии аккумулятора является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль сульфида цинка:1 моль сульфида меди, с добавлением порошка графита в качестве объемного токосъемника и использованием электролита из водного раствора хлорида цинка постоянного состава.

www.findpatent.ru

Никель-цинковый аккумулятор - это... Что такое Никель-цинковый аккумулятор?

Никель-цинковый аккумулятор — это химический источник тока, в котором анодом является цинк, электролитом — гидроксид калия с добавкой гидроксида лития, а катодом — оксид никеля. Часто сокращается аббревиатурой NiZn.

Достоинства: большая энергоёмкость и напряжение, наибольшее из щёлочных аккумуляторов.

Недостатки: небольшой ресурс (250—370 циклов заряд-разряд).

История изобретения

В 1901 году Томас Эдисон получил патент США на перезаряжаемую никель-цинковую батарею.[1] Его изобретение усовершенствовал ирландский химик Джеймс Драмм (1897—1974) и установил на четыре автомотрисы собственной конструкции, которые обслуживали линию Дублин-Брей с 1932 по 1948 год.

Хотя эксперимент оказался удачным, но автомотрисы были сняты с линии, когда аккумуляторы выработали ресурс. Ранние модели никель-цинковых аккумуляторов могли выдержать только очень ограниченное количество циклов заряда. В 1960-х никель-цинковые аккумуляторы рассматривали в качестве альтернативы серебряно-цинковым для использования в военных целях, а в 1970-х — снова заинтересовались применением в электромобилях. Компания Evercel Inc. разработала и запатентовала ряд улучшений для никель-цинковых аккумуляторов, но в 2004 году свернула работы в этой области.

Параметры

  • Удельная энергоёмкость(Вт·ч/кг): около — 60 Вт·ч/кг.
  • Удельная энергоплотность: около — до 255 Вт·ч/дм³.
  • ЭДС: 1,78 В.
  • Рабочая температура: −30…+40 °C.

Электрохимия

2Ni(OH)2(s) + Zn(OH)2(s) ↔ 2Ni(OH)3(s) + Zn(s)

Применение

Производители

Лидер производства никель-цинковых аккумуляторов в России различной ёмкости является компания «РИГЕЛЬ» (Санкт-Петербург) http://www.rigel.ru/.

См. также

Примечания

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 14 мая 2011.

dic.academic.ru

Аккумулятор на свинцовых и цинковых пластинах

Видео об аккумуляторе, собранном на сульфате натрия. На предыдущей модели, собранным автором канала » александр пехов», характеристики не показали стабильности, что было связано с тем, замкнули пластины. Цинк прошел через мембрану и замкнул. Но он выдержал много циклов и мастер собрал повторно аккумулятор из двух банок на сульфате. Сделан он из цинковых из свинцовых пластин. Он достаточно хорошо работает. Прикрепил выключатели и светодиод 1 ваттный на 3 вольта. Он дает хороший яркий свет. При полной зарядке свинцово-цинковый аккумулятор способен работать 12 часов в качестве фонарика.

Александр решил переделать большой свинцовый аккумулятор на сульфате. Долго пришлось искать, где найти цинк. Нашел их в форме шарика. Пришлось их плавить и формировать пластины. Трудно найти сульфат. Пришлось сделать в домашних условиях. Использовал соду и серную кислоту. Сульфат продавался в мешках по 50 килограмм. Это слишком много для покупки. Нашёл сульфат лития, который нужен, чтобы добавить в раствор для увеличения емкости.

свинцово-цинковый аккумулятор

Когда уже всё было собрано, приступил к сборке. Начиная с третьей минуты на видео показано это как происходил процесс сборки аккумулятора. Когда аккумулятор набрал емкость, он давал освещение на галогеновую лампочку 100 ватт 12 вольт. Цинковые пластины окислялись, насыщали окисью мембраны. Пришлось разобрать и собрать заново. Мастер не был доволен результатом. Он ожидал большего. В планах было сконструировать на основе самодельного аккумулятор электрический велосипед. Но полученные характеристики акб далеки от идеала.

свинцово-цинковый аккумулятор

Емкость невысокая. В чём положительные особенности? Безопасен, поскольку не содержит кислоту. Сульфат натрия продается в аптеках как слабительное. Поэтому он безопасен. Но емкость маленькая, это всё перечеркивает. Собрать пластины из цинка, разместить их в большой коробке. Но это не выход из положения, получится тяжелый ящик. Поэтому подбирать более эффективный вариант.

Напряжение, которое выдает свинцово-цинковая акб, равно 12,64 вольта. Зажигает галогенную лампу, но ненадолго, емкость мизерная. Если подключить к устройству ветряной генератор, то мощности хватит на свечение светодиодной ленты. На двое суток. Если использовать для работы фонариков на светодиодах, то очень эффективный вариант.

izobreteniya.net

Никель-цинковый аккумулятор

 

Использование: при производстве никель-цинковых аккумуляторов. Сущность изобретения заключается в том, что номинальная емкость отрицательных электродов составляет 0,9-1,2 от номинальной емкости положительных электродов, которые расположены в баке с электролитом и разделены сепаратором. Активная масса отрицательного электрода при изготовлении может содержать 10-25 мас.% металлического цинка и до 5 мас.% оксида свинца. Между положительными и отрицательными электродами дополнительно может быть размещена пористая мембрана из металлической фольги. Верхняя кромка мембраны выступает за пределы электродов и может быть активирована катализатором. Аккумулятор обладает повышенным ресурсом и высокими удельными электрическими характеристиками. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве никель-цинковых аккумуляторов.

Известен никель-цинковый аккумулятор, содержащий бак с электролитом и расположенные в нем положительные и отрицательные электроды, разделенные сепаратором [1]. Недостатком вышеуказанного аккумулятора является его низкий ресурс, связанный с образованием дендритов цинка из-за систематического перезаряда отрицательного электрода. Из известных никель-цинковых аккумуляторов наиболее близким по совокупности существенных признаков является аккумулятор, в котором для повышения ресурса емкость отрицательных электродов существенно превышает емкость положительных. Указанный аккумулятор содержит бак с электролитом и размещенные в нем положительные и отрицательные электроды, разделенные сепаратором. Теоретическая емкость цинковых электродов в 2-4 раза превышает расчетную емкость никелевого электрода [2]. Избыточная емкость отрицательного электрода предназначена для предотвращения его перезаряда при циклировании. Недостатком этого аккумулятора являются низкие удельные характеристики из-за избыточного количества активной массы на отрицательных электродах, которая не участвует в токообразующей реакции и является, по сути, балластом. Задачей изобретения является создание никель-цинкового аккумулятора, обладающего повышенным ресурсом и высокими удельными электрическими характеристиками. Указанный технический результат достигается тем, что в никель-цинковом аккумуляторе, содержащем бак с электролитом и размещенные в нем положительные и отрицательные электроды, разделенные сепаратором, обычно многослойным, отрицательные электроды имеют номинальную емкость, составляющую 0,9-1,2 от номинальной емкости положительных электродов. Целесообразно соотношение массовых количеств активных веществ отрицательных и положительных электродов выполнить равным 0,5-0,8. Указанное соотношение активных масс выбранного состава обеспечивает требуемое соотношение емкостей электродов. Целесообразно в активную массу отрицательного электрода ввести при изготовлении 10-25 мас.% металлического цинка и до 5 мас.% свинца. Целесообразно между положительными и отрицательными электродами разместить пористую мембрану из металлической фольги. Наличие фольги между электродами препятствует росту цинковых дендритов и предотвращает закорачивание электродов, приводящее к отказу аккумулятора. Целесообразно, чтобы верхняя кромка мембраны выступала за пределы электродов. Это позволяет сорбировать газ в подкрышечном пространстве аккумулятора. Выбранное соотношение номинальных емкостей электродов является оптимальным. При соотношении номинальных емкостей менее 0,9 емкость отрицательных электродов будет недостаточной для полного заряда положительных электродов. Отрицательный электрод зарядится первым и при дальнейшем заряде на нем будет выделяться водород, что усложняет эксплуатацию аккумулятора. При соотношении номинальных емкостей более 1,2 емкость отрицательного электрода избыточна, что приводит к снижению удельных электрических характеристик за счет избыточного содержания активной массы на отрицательном электроде, которая не участвует в токообразующей реакции. Соотношение количеств активных масс на электродах (0,5-0,8) соответствует оптимальному соотношению емкостей электродов при использовании на отрицательном электроде активной массы из оксида цинка и 10-25 мас.% порошка металлического цинка. Содержание металлического цинка при изготовлении 10-25 мас.% является оптимальным. Нижний предел содержания цинка определяется требуемой механической прочностью электрода и его электропроводностью. При содержании порошка цинка менее 10 мас.% электрод плохо прессуется, что снижает его механическую прочность. Кроме того, металлический цинк выполняет в электроде функцию токопроводящей добавки, обеспечивающей требуемую электропроводность. Содержание металлического цинка более 25 мас.% не оправдано, поскольку при любом исходном содержании металлического цинка в электроде после разряда всегда остается около 25 мас.% металлического цинка. Это связано с коэффициентом использования активной массы, составляющим для отрицательного электрода 75%. Введение в активную массу в процессе ее приготовления оксида свинца в количестве до 5% от массы цинкового электрода стабилизирует его разрядную емкость и повышает эффективность использования активной массы на 20%. Введение в состав активной массы более 5 мас.% оксида свинца нецелесообразно, поскольку дальнейшего улучшения характеристик не наблюдается, а доля неактивной компоненты растет, что снижает удельные характеристики. Введение пористой мембраны из металлической, например никелевой, фольги между электродами защищает электроды от закорачивания цинковыми дендритами. Цинковый дендрит не может проколоть фольгу, обладающую достаточной механической прочностью. Кроме того, дендрит, доросший до фольги, будет электрохимически растворяться, так как цинк и никель образуют гальваническую пару. Наличие выступающих за пределы электродов верхний кромок мембран позволяет сорбировать не только растворенные в электролите газы, но и газ, выделяющийся в газовое покрышечное пространство. Выступающие кромки могут быть активированы соответствующим катализатором, что позволяет создать никель-цинковый аккумулятор в герметичном исполнении. Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом и примером практической реализации. На ччччертеже схематически изображен поперечный разрез никель-цинкового аккумулятора. Заявляемый аккумулятор содержит положительный электрод 1 из гидроксида никеля, сепаратор 2 положительного электрода, пористую металлическую, например никелевую мембрану 3 с верхней кромкой 7, сепаратор 4 отрицательного электрода, отрицательный цинковый электрод 5, корпус 6, крышку 8 и борны 9. Верхние кромки 7 пористых металлических мембран выступают за пределы блока электродов 1, 5. Сепараторы 2, 4 пропитаны щелочным электролитом. Аккумулятор работает следующим образом. При разряде на положительном электроде происходит окисление гидроксида никеля, а на отрицательном - восстановление оксида цинка до металла. Суммарная токообразующая реакция имеет вид: В процессе циклирования на цинковом аноде образуются дендриты из осажденного при заряде цинка, которые могут проколоть сепаратор и вызвать внутреннее короткое замыкание электродов. Для предотвращения этого между сепараторам положительного и отрицательного электродов размещены пористые металлические мембраны. Кромки мембран выступают за пределы кромок электродов и уровня электролита. Мембрана механически и электрохимически при соответствующем выборе металла мембраны защищает электроды от внутреннего замыкания растущими дендритами. Обладая высокой пористостью и развитой поверхностью, мембрана способна сорбировать выделяющиеся при работе аккумулятора газы. Она сорбирует как растворенные в электролите газы, так и газы, поступающие в газовое пространство под крышкой. Для осуществления последнего процесса кромки мембран выступают за пределы электродного блока и находятся в газовом подкрышечном объеме. Пример практической реализации. Изготовлены и проведены испытания макетов никель-цинкового аккумулятора с различным содержанием цинка в отрицательном электроде. Аккумулятор содержал два цинковых электрода с размерами 40х84х1,2 мм и три окисно-никелевых электрода с размерами 40х84х0,55 мм. Емкость макетного аккумулятора составляла 4 Ач. При изготовлении использовались цинковые электроды с содержанием цинка 10 и 25% от массы электрода. Использовался также цинковый электрод с добавкой 5 мас.% оксида свинца. Было изготовлено 3 аккумулятора с соотношением активных масс отрицательных и положительных электродов 0,5; 0,8 и 1,14, при этом соотношение номинальных емкостей электродов составляло соответственно 0,89; 1,18 и 1,45. Аккумуляторы разряжались током 1 А до напряжения 1,0 В. Заряд аккумулятора проводился током 0,2 А. Было проведено 10 циклов заряд/разряд. В процессе испытаний установлено, что содержание металлического цинка в отрицательном электроде не влияет на разрядные характеристики аккумулятора. Аккумулятор с цинковыми электродами, содержащими добавку 5 мас.% оксида свинца имел более стабильные разрядные характеристики и повышенную эффективность использования активной массы цинкового электрода. Без добавки оксида свинца эффективность составляла 52%, с добавкой 5 мас.% оксида свинца - 76%. Введение добавки в количестве более 5 мас.% не дает дальнейшего улучшения характеристик. В один из макетов аккумулятора между слоями сепаратора устанавливалась никелевая фольга толщиной 40 мкм, пористостью 60% и размером пор 20 мкм. Испытания аккумулятора дали положительные результаты. Снижения характеристик в процессе циклирования не наблюдалось. Введение фольги в аккумулятор практически не сказывается на его внутреннем сопротивлении. Проведенные испытания показали, что заявленный аккумулятор обладает стабильными разрядными характеристиками и повышенными удельными характеристиками за счет уменьшения массы цинкового электрода.

Формула изобретения

1. Никель-цинковый аккумулятор, содержащий бак с электролитом и размещенные в нем положительные и отрицательные электроды с различными значениями номинальных емкостей, разделенные сепаратором, отличающийся тем, что значения номинальной емкости отрицательных электродов составляет 0,9 1,2 значения номинальной емкости положительных электродов. 2. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что соотношение массовых количеств активных веществ отрицательных и положительных электродов составляет 0,5 0,8. 3. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что активная масса отрицательного электрода при изготовлении включает 10 25 мас. металлического цинка и до 5 мас. оксида свинца. 4. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что между положительными и отрицательными электродами дополнительно размещена мембрана из металлической пористой фольги. 5. Аккумулятор по п.4, отличающийся тем, что верхняя кромка мембраны выступает за пределы электродов. 6. Аккумулятор по п.5, отличающийся тем, что верхняя кромка мембраны активирована катализатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Бромно-цинковый аккумулятор с непроточным электролитом

Изобретение относится к области химических источников тока, в частности к аккумуляторам с бромным катодом, цинковым анодом и электролитом, содержащим водный раствор бромида цинка. Техническим результатом изобретения является хорошая циклируемость цинкового анода и потенциально высокий ресурс работы аккумулятора, уменьшение саморазряда. Согласно изобретению аккумулятор содержит положительный электрод в виде горизонтально расположенной чашки из беспористого углеродного материала, заполненной углеродным материалом с высокой адсорбционной способностью, отрицательный электрод в виде горизонтально расположенного перфорированного алюминиевого диска, покрытого цинком и запрессованного в алюминиевую чашку с изолированной внутренней поверхностью. Сепаратором является беспористая перфторированная катионообменная мембрана. В анолит введена добавка бромида тетрабутиламмония. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области химических источников тока, в частности к аккумуляторам с бромным катодом, цинковым анодом и электролитом на основе водного раствора бромида цинка.

Теоретическая плотность энергии этого аккумулятора достаточно высока. Однако он имеет ряд серьезных проблем, снижающих его реальную эффективность и ресурс работы. К ним относятся: выделение водорода и образование дендритов цинка на отрицательном электроде при заряде, высокий саморазряд, обусловленный переносом растворенного брома из катодного пространства в анодное, а также осаждение тяжелого брома в процессе заряда на дно катодного пространства, которое приводит к неравномерности его доступа к поверхности вертикального катода при разряде.

Последняя из указанных проблем решалась уже в первом патенте Zito (патент США 3285781, кл. Н01М 10/36, опубл. 15.11.1966) за счет конструкции вертикального графитового катода с множеством полочек, расположенных с небольшим уклоном в сторону катода. Позже Zito разработал конструкцию батареи с биполярными электродами (патент США 3719526, кл. Н01М 35/00, опубл. 06.03.1973), в которой саморазряд уменьшался за счет адсорбции растворенного брома частицами активированного угля в катодном пространстве а также за счет ослабления переноса брома в анодное пространство пористой полимерной диафрагмой.

Так как в аккумуляторах с непроточным электролитом и активированным углем в качестве поглотителя брома количество накопленного брома ограничивалось массой активированного угля в катодном пространстве ячейки, то дальнейшее совершенствование системы Zn-Br2 пошло по линии аккумуляторов с биполярными электродами и с проточным электролитом, в которых бром накапливался вне ячейки в специальном катодном резервуаре в виде комплексного соединения. Такие аккумуляторы имеют большую энергоемкость и меньший саморазряд, а выделяющийся при заряде на отрицательном электроде водород уносился проточным электролитом и не препятствовал процессу осаждения цинка. Большое количество патентов на такой тип аккумулятора было опубликовано в 80-90-х годах прошлого века. Аккумулятор такого типа имеет сложную конструкцию (например, патент Австрии 393046, кл. Н01М 12/08, 12/02, опубл. 25.07.1991) и разрабатывался для электромобиля или крупномасштабного аккумулирования электроэнергии.

Сложность аккумулятора с проточным электролитом и, соответственно, меньшая его надежность и большая стоимость сохраняет интерес к гораздо более простой конструкции аккумулятора с непроточным электролитом. В частности (патент США 5011749, кл. Н01М 10/36, опубл. 30.04.1991), при сохранении активированного угля в катодном пространстве и пористого сепаратора перенос растворенного брома из катодного пространства в анодное дополнительно замедлялся тонкими листами полимерной матрицы, содержащей 80-85% электролита. Основным недостатком этого решения являются малые плотности тока заряда и разряда (от 2 до 6 мА/см2).

В следующем патенте (патент США 5591538, кл. Н01М 6/00, опубл. 07.01.1997), который можно считать прототипом данного изобретения, активированный уголь в катодном пространстве заменен на углеродную ткань или войлок с большой площадью поверхности, а в состав электролита введен комплексообразователь, связывающей бром, что позволяет значительно уменьшить саморазряд. Недостатками этого решения являются: заниженная концентрация бромида цинка в электролите (2.25М), что приводит к заниженной емкости аккумулятора; достаточно большая концентрация (0,8М) дорогого комплексообразователя - солей морфолиния или пирролидиния, что увеличивает стоимость аккумулятора.

Очевидно также, что во всех рассматриваемых решениях сохраняется проблема выделения водорода на отрицательном электроде, которая имеет два аспекта:

1. В батареях с вертикальным расположением биполярных электродов водород не удаляется, его пузырьки, уменьшая рабочую площадь электрода, способствуют увеличению истинной плотности тока заряда и дендритообразованию цинка, которое неизбежно приводит к потерям цинка.

2. Создавая избыточное давление в камере отрицательного электрода, водород выдавливает электролит через узлы герметизации.

Оба указанных недостатка значительно ухудшают циклируемость и снижают ресурс работы рассмотренных аккумуляторов с непроточным электролитом.

Другими недостатками ранее предложенных патентов являются:

1. В схемах с вертикальным расположением биполярных электродов не удается полностью предотвратить осаждение тяжелого брома на дно катодной полуячейки, что снижает транспорт брома к поверхности вертикального катода при разряде и, соответственно, снижает энергоемкость аккумулятора.

2. Применение в качестве сепаратора пористой полимерной диафрагмы уменьшает саморазряд за счет ослабления переноса растворенного брома из катодного пространства в анодное, но не исключает этот перенос полностью.

Задачей изобретения является создание бромно-цинкового аккумулятора с непроточным электролитом, лишенного отмеченных недостатков, а именно имеющего хорошую циклируемость и потенциально высокий ресурс работы, минимальный саморазряд и приемлемую удельную энергоемкость при сохранении очевидных преимуществ этого варианта - простой конструкции, невысокой стоимости, минимального ухода при эксплуатации.

Данная задача решается за счет того, что бромно-цинковый аккумулятор, содержащий корпус, отрицательный электрод, положительный электрод из углеродного материала, сепаратор и водный раствор непроточного электролита, содержащий бромид цинка, согласно изобретению отличается тем, что положительный электрод расположен горизонтально и представляюет собой чашку из беспористого углеродного материала, заполненную углеродным материалом с высокой адсорбционной способностью, отрицательный электрод расположен горизонтально и выполнен в виде перфорированного алюминиевого диска, покрытого цинком и запрессованного в алюминиевую чашку с изолированной внутренней поверхностью, сепаратор представляет собой беспористую перфторированную катионообменную мембрану, католит имеет состав 3M ZnBr2+3M NaBr, а анолит - 3M ZnBr2+3M NaBr+2·10-3M [(C4H9)4N]Br.

Схема единичной ячейки с горизонтальным расположением электродов показана на чертеже.

Положительным электродом ячейки служила чашка 1 из беспористого углеродного материала, полностью заполненная углеродным материалом 2 с высокой адсорбционной способностью. На наружную поверхность чашки было нанесено гальваническое медное покрытие 3 для уменьшения переходного сопротивления чашки, находящейся в контакте с токоподводом 4. Беспористая перфторировання катионообменная мембрана 5 разделяет катодное и анодное пространства аккумулятора. Полиэтиленовая прокладка 6 определяет величину зазора между мембраной 5 и отрицательным электродом 7, который представляет собой перфорированный алюминиевый диск, покрытый цинком и запрессованный в алюминиевую чашку 8. Анолит 9 заливается через алюминиевую трубку 10, ввернутую на резьбе в чашку 8 с обеспечением необходимой герметичности. Трубка 10 может быть заменена пробкой-клапаном. Фторопластовое кольцо 11 обеспечивает фиксацию чашки 1 в корпусе аккумулятора. Католит вводился в катодное пространство шприцом через отверстие ⌀1 мм в корпусе, фторопластовом кольце 11 и стенке чашки 1. Затем отверстие ⌀1 мм герметизировалось. Корпус, отверстие 01 мм и герметизация аккумулятора на чертеже не указаны.

Полярность электродов при заряде и разряде указана на чертеже. При заряде протекают следующие процессы: на отрицательном электроде Zn2++2e=Zn; на положительном электроде 2 Br--=Br2+2е. При разряде процессы протекают в обратном направлении.

Вышерассмотренные проблемы решаются следующим образом. Перфорация верхнего цинкового электрода 7 позволяет беспрепятственно уходить выделяющемуся в конце заряда и начале разряда водороду в газовое пространство алюминиевой чашки 8, а затем удаляться через пробку-клапан. Для исключения работы короткозамкнутого гальванического элемента цинк-алюминий внутренняя поверхность алюминиевой чашки 8 изолирована. Выделяющийся на нижнем углеродном электроде 1 бром, растворяясь в электролите и адсорбируясь на поверхности углеродного материала 2 с высокой адсорбционной способностью, имеет близкий и равномерный доступ к поверхности углеродного катода при разряде.

Чашка 1 должна быть выполнена из беспористого углеродного материала, например стеклоуглерода или пирографита, чтобы исключить постепенное просачивание брома через дно чашки и его реакцию с медным покрытием 3 и токоподводом 4. Углеродный материал 2 с высокой адсорбционной способностью, согласно известным патентным решениям, может быть выбран из группы, включающей активированный уголь, активированную сажу, углеродные волокна, углеродные ткань или войлок.

Применение беспористой перфторированной катионообменной мембраны вместо обычно применяемой пористой полимерной диафрагмы полностью предотвращает диффузию растворенного брома из катодного пространства в анодное и значительно уменьшает саморазряд аккумулятора. Так как перенос заряда через такую мембрану осуществляется катионами, то неизбежна миграция и диффузия ионов H+ через нее из катодного пространства в анодное с последующей реакцией их с цинком 2Н++Zn=Zn2++Н2 (ионы H+ накапливаются в катодном пространстве из-за реакции гидролиза брома Br2+Н2О↔HBr+HBrO). Таким образом, саморазряд аккумулятора сохраняется и в случае применения беспористой катионопроводящей мембраны, но он будет значительно меньше за счет исключения переноса брома через такую мембрану.

Материалом перфторированной катионообменной мембраны может служить, например, мембрана марки МФ-4СК или «Нафион».

В качестве электролита был выбран состав 3M ZnBr2+3M NaBr, одинаковый для католита и анолита. Концентрация ZnBr2 была обычной для бромно-цинковых аккумуляторов, а добавка NaBr вместо обычно применяемых для повышения электропроводности KCl или Nh5Cl определяется повышенной проводимостью применяемой катионопроводящей мембраны по ионам Na+. А повышенная концентрация ионов Br-- (вместо Cl-) способствует повышенной растворимости брома в католите. Этот фактор можно считать положительным, поскольку диффузия брома в анодное пространство полностью предотвращена применяемой беспористой мембраной.

Для получения равномерного мелкокристаллического осадка цинка на отрицательном электроде при заряде в анолит введена добавка 2·10-3M бромида тетрабутиламмония [(С4Н9)4NBr. Применение этой добавки как наиболее эффективной для формирования равномерного бездендритного слоя цинка при заряде указана в литературе (Barker G. "Surfact. Energ. TechnoL: Proc. Conf., Brooklyn, N.Y., June 6, 1986", New York; Basel, 1987, p.127-129). Однако там же отмечено, что соединения иона тетрабутиламмония реагируют с бромом, что делает их малопригодными в случае использования в качестве сепаратора пористой полимерной диафрагмы. Применение в данном случае беспористой катионопроводящей мембраны, исключающей перенос брома, позволяет надеяться на длительное эффективное влияние этой добавки на качество осадков цинка. Выбранная концентрация [(C4H9)4N]Br является оптимальной, так как она близка к предельной растворимости данной соли в применяемом электролите, а более низкие концентрации недостаточно эффективно влияют на качество осадков цинка.

Потенциально высокий ресурс работы предложенного аккумулятора определяется хорошим качеством осадков цинка на отрицательном электроде и, соответственно, хорошей циклируемостью, длительным действием добавки в анолите и высокой коррозионной стойкостью и непроницаемостью положительного электрода из стеклоуглерода под действием брома. Кроме того, предложенная схема ячейки аккумулятора позволяет в случае необходимости скорректировать состав анолита или даже заменить его полностью без разборки ячейки (через трубку 10 или вывернув пробку-клапан).

Работа предлагаемого аккумулятора иллюстрируется следующим примером. В алюминиевую чашку вводилось 80 мл анолита. В чашку из стеклоуглерода помещалось 14 г углеродной ткани марки «Бусофит ТМ» и вводилось 70 мл католита. В качестве сепаратора применялась беспористая катионообменная мембрана марки МФ-4СК толщиной 215±15 мкм. Заряд аккумулятора проводили гальваностатически током 1 А в течение 4 часов с регистрацией прилагаемого напряжения. При этом плотность тока, рассчитанная на рабочую поверхность мембраны, составила 10,5 мА/см2. Плотность тока заряда на рабочей поверхности перфорированного цинкового электрода составляла около 7 мА/см2. Выдержка заряженного аккумулятора перед разрядом составляла 5 мин, после чего его ЭДС была 1,85 В. Разряд производили на постоянное сопротивление внешней цепи 1,6 Ом. Регистрировались выходное напряжение и ток разряда, которые постепенно снижались. Разряд производили до выходного напряжения 1,0 В. Количество А·ч при разряде определялось интегрированием функции Iразряда=f(τ). После разряда выдержка аккумулятора перед следующим зарядом составляла 16 часов.

После 6 циклов заряд-разряд аккумулятор был разобран. Цинк на отрицательном электроде представлял собой мелкокристаллическое светлое покрытие без дендритов. Чашка из стеклоуглерода (в том числе медное покрытие чашки) не имела никаких следов коррозии под действием брома. Для шестого цикла кулонометрическая эффективность составляла 92%, к.п.д. по напряжению, рассчитанный по средним значениям напряжений разряда и заряда, составлял 80%, к.п.д. по энергии - 73,6%. Удельная энергоемкость аккумулятора, рассчитанная на объем электролита, составляла 24,5 А·ч/дм3. Для коэффициента использования объема конструкции 0,5 реальная величина в 2 раза меньше - 12,25 А·ч/дм3 конструкции. Полученная величина находится на уровне удельной энергоемкости свинцовых аккумуляторов стационарного применения с максимальной емкостью.

Простая конструкция с применением недефицитных материалов и, соответственно, невысокая стоимость, потенциально высокий ресурс работы и приемлемая удельная энергоемкость позволяют рекомендовать предложенный аккумулятор для аккумулирования значительных количеств электроэнергии на установках стационарного применения.

1. Бромно-цинковый аккумулятор, содержащий корпус, отрицательный электрод, положительный электрод из углеродного материала, сепаратор и водный раствор непроточного электролита, содержащий бромид цинка, отличающийся тем, что положительный электрод расположен горизонтально и представляет собой чашку из беспористого углеродного материала, заполненную углеродным материалом с высокой адсорбционной способностью, отрицательный электрод расположен горизонтально и выполнен в виде перфорированного алюминиевого диска, покрытого цинком и запрессованного в алюминиевую чашку с изолированной внутренней поверхностью, сепаратор представляет собой беспористую перфторированную катионообменную мембрану, католит имеет состав ЗМ ZnBr2+3M NaBr, а анолит - 3М ZnBr2+3M NaBr+2·10-3M [(C4H9)4N]Br.

2. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что положительный электрод выполнен из стеклоуглерода или пирографита.

3. Аккумулятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что материалом перфторированной катионообменной мембраны является, например, мембрана марки МФ-4СК или «Нафион».

www.findpatent.ru

Цинково-воздушные аккумуляторы (Zinc-Air) » Портал инженера

Эти элементы отличаются самой большой плотностью из всех современных технологий. Причиной тому стали компоненты, используемые в этих аккумуляторах. В качестве катодного реагента в этих элементах используется атмосферный кислород, что нашло отражение в их названии. Для того чтобы воздух реагировал с анодом из цинка, в корпусе батарейки проделаны небольшие отверстия. В качестве электролита в этих элементах используется гидроксид калия, обладающий высокой проводимостью.Первоначально созданные как неподзаряжаемые источники питания, цинково-воздушные элементы характеризуется долгим и стабильным сроком хранения, по крайней мере, если хранить их герметично от воздуха, в неактивном состоянии. В этом случае за год хранения такие элементы теряют около 2 процентов емкости. Как только воздух попадает в батарею, эти батарейки живут не дольше месяца, независимо от того, будете вы их использовать, или нет. Некоторые производители начали использовать ту же самую технологию в подзаряжаемых элементах. Лучше всего такие элементы зарекомендовали себя при продолжительной работе в маломощных устройствах. Основным же недостатком этих элементов является высокое внутреннее сопротивление, означающее, что для достижения высокой мощности, они должны быть огромного размера. А это означает необходимость создания в ноутбуках дополнительных отсеков для батареек, по размеру сопоставимых с самим компьютером. Но следует отметить, что такое применение они начали получать совсем недавно. Первый такой продукт - совместное творение Hewlett-Packard Co. и AER Energy Resources Inc. - PowerSlice XL - показал несовершенство этой технологии при использовании в портативных компьютерах. Эта батарейка, созданная для ноутбука HP OmniBook 600 весила 3,3 кг - больше, чем сам компьютер. Работы же она обеспечивала всего 12 часов. Компания Energizer также стала использовать эту технологию в своих маленьких пуговичных батарейках, используемых в слуховых аппаратах. Подзарядка батарей - тоже не такое простое дело. Химические процессы очень чувствительны к электрическому току, подаваемому на батарейку. Если подаваемое напряжение будет слишком низким, то батарейка будет отдавать ток, а не принимать. Если напряжение будет слишком высоким, могут начаться нежелательные реакции, способные испортить элемент. Например, при поднятии напряжения обязательно будет повышаться и сила тока, в результате батарейка перегреется. А если продолжать заряжать элемент уже после того, как он будет целиком заряжен, в нем могут начать выделяться взрывоопасные газы и даже наступить взрыв.

Технологии подзарядкиСовременные устройства для подзарядки - это довольно сложные электронные приборы с различными степенями защиты - как вашей, так и ваших батареек. В большинстве случаев для каждого типа элементов существует своё собственное зарядное устройство. При неправильном использовании зарядного устройства можно испортить не только батарейки, но и само устройство, или даже системы, питаемые батарейками. Существует два режима работы зарядных устройств - с постоянным напряжением и с постоянным током. Самыми простыми являются устройства с постоянным напряжением. Они всегда производят одно и то же напряжение, и подают ток, зависящий от уровня заряда батарейки (и от других окружающих факторов). По мере зарядки батареи, ее напряжение увеличивается, поэтому уменьшается разница между потенциалами зарядного устройства и батареи. В результате по цепи протекает меньший ток. Всё что нужно для такого устройства - трансформатор (для уменьшения напряжения зарядки до уровня, требуемого батарейкой) и выпрямитель (для выпрямления переменного тока в постоянный, используемый для заряда батареи). Такими простыми устройствами подзарядки пользуются для заряда автомобильных и корабельных аккумуляторов.Как правило, подобными же устройствами заряжаются свинцовые батареи для источников бесперебойного питания. Кроме того, устройства с постоянным напряжением используются и для подзарядки литий-ионных элементов. Только там добавлены схемы для защиты батареек и их хозяев. Второй вид зарядных устройств обеспечивает постоянную силу тока и изменяет напряжение для обеспечения требуемой величины тока. Как только напряжение достигает уровня полного заряда, зарядка прекращается. (Помните, напряжение, создаваемое элементом, падает по мере разряда). Обычно такими устройствами заряжают никель-кадмиевые и никель-металлгидридные элементы. Кроме нужного уровня напряжения, зарядные устройства должны знать, сколько времени нужно подзаряжать элемент. Батарейку можно испортить, если слишком долго подзаряжать её. В зависимости от вида батареи и от "интеллекта" зарядного устройства для определения времени подзарядки используется несколько технологий. В самых простых случаях для этого используется напряжение, вырабатываемое батарейкой. Зарядное устройство следит за напряжением батарейки и выключается в тот момент, когда напряжение в батарейке достигает порогового уровня. Но такая технология подходит далеко не для всех элементов. Например, для никель-кадмиевых она не приемлема. В этих элементах кривая разряда близка к прямой, и определить уровень порогового напряжения бывает очень сложно. Более "изощренные" зарядные устройства определяет время подзарядки по температуре. То есть устройство следит за температурой элемента, и выключается, или уменьшает ток заряда, когда батарея начинает нагреваться (что означает избыточность заряда). Обычно в такие элементы питания встраиваются термометры, которые следят за температурой элемента и передают зарядному устройству соответствующий сигнал. "Интеллектуальные" устройства используют оба этих метода. Они могут перейти с большого тока заряда на малый, или же могут поддерживать постоянный ток с помощью специальных датчиков напряжения и температуры.Стандартные зарядные устройства дают меньший ток заряда, чем ток разряда элемента. А зарядные устройства с большим значением тока дают больший ток, чем номинальный ток разряда батарейки. Устройство для непрерывной подзарядки малым током используют настолько небольшой ток, что он разве что не даёт батарейке саморазрядиться (по определению такие устройства и используются для компенсации саморазрядки). Обычно ток заряда в таких устройствах составляет одну двадцатую, или одну тридцатую номинального тока разряда батарейки. Современные устройства зарядки часто могут работать на нескольких значениях токов заряда. Сначала они используют более высокие значения тока и постепенно переключаются на низкие, по мере приближения к полному заряду. Если используется батарейка, выдерживающая подзарядку малым током (никель-кадмиевые, например, не выдерживают), то в конце цикла подзарядки устройство переключится в этот режим. Большинство зарядных устройств для ноутбуков и сотовых телефонов разработаны так, что могут быть постоянно подключены к элементам и не причинять им вреда.

Источник: world-mobile

Обсудить на форуме

ingeneryi.info

Никель-цинковый аккумулятор

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении никель-цинковых аккумуляторов. Техническим результатом изобретения является увеличение срока эксплуатации никель-цинковых аккумуляторов и повышение их зарядно-разрядных характеристик. Согласно изобретению в аккумуляторах используют в отрицательных и положительных электродах в качестве связующего кремнийорганические термически отверждаемые смолы при следующем соотношении компонентов (мас.%): для отрицательного электрода: цинковый порошок 86-95; кремнийорганическая смола 5-14; для положительного электрода: никелевый порошок 43-58; гидроксид никеля 32-43; кремнийорганическая смола 10-14. В качестве кремнийорганической смолы может быть использован полиорганилсилоксан или полиорганилдисилоксан. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении щелочных никель-цинковых аккумуляторов.

Никель-цинковые аккумуляторы представляют собой наиболее экономически выгодный и экологически безопасный возобновляемый источник тока. Их конструкция наряду с высокими электротехническими показателями - отношение энергоемкости на единицу массы, экономическими - стоимость производства на единицу массы остаются практически вне конкуренции. При их производстве не используются такие токсичные материалы, как свинец, ртуть, кадмий. Основной недостаток никель-цинковых аккумуляторов - меньшее количество циклов заряда-разряда по сравнению, например, с широко распространенными свинцовыми аккумуляторами. В настоящее время промышленные аккумуляторы этой электрохимической системы при циклировании с 80% разрядом имеет ресурс в 100-200 циклов. Улучшение качества состава активных масс отрицательного и положительного электродов позволяет в ряде случаев поднять ресурс устройства до 600-1000 циклов. (Proc. 34th Int. Power Sources Symp., Cherry Hill, N.Y. June 25-28, 1990 - New York, 1990 - P.232-234 // РЖ Энергетика, №1, 1992, реф. 1Ф120.) При этом повышение качества активных масс достигается введением дорогостоящих композиционных материалов, таких как металлизированная углеродная фибра и др.Причина сокращенного срока службы никель-цинкового аккумулятора по сравнению с другими известными - изменение состава активных масс положительного и отрицательного электродов, сопровождающееся их растрескиванием и осыпанием. Следствием этого является неравномерное осаждение металлического цинка в процессе заряда и образование цинковых дендритов, что приводит к короткому замыканию электродов аккумулятора.Известно техническое решение (патент РФ №2106043, МПК6 Н 01 М 4/24 от 24.08.1995), в котором данная проблема решается за счет изменения конструкции электродов. Электрод содержит брикет активной массы и наружную оболочку из пористого металла, например никеля. Такое решение приводит к усложнению конструкции аккумулятора и увеличению затрат на изготовление.Наиболее близким аналогом к заявляемому является щелочной никель-цинковый аккумулятор (заявка РФ №93003473/07, МПК6 Н 01 М 4/24 от 20.01.1993), где в активную массу положительного и отрицательного электродов введено органическое связующее - полиметилметакрилат. Использование данного полимера обеспечивало повышение срока службы электродов. Однако в процессе разряда аккумулятора растворение цинка протекает медленно и неравномерно, так как полимер носит гидрофобный характер. Осаждение цинка в процессе заряда в ряде случаев приводит к образованию дендритов. Низкая адгезия полимера к металлу является причиной отслаивания активной массы от токоотвода.Технической задачей данного изобретения является увеличение числа зарядно-разрядных циклов никель-цинкового аккумулятора, что позволит увеличить срок службы аккумулятора.Для решения технической задачи предлагается никель-цинковый аккумулятор, содержащий корпус, сепаратор, щелочной электролит, отрицательный электрод, состоящий из металлической решетки с напрессованным слоем активной массы, содержащей порошок цинка и связующее, и положительный электрод, состоящей из токоотвода - никелевой решетки с напрессованным слоем активной массы, содержащей никелевый порошок, гидроксид никеля (II) и связующее. В качестве связующего используют кремнийорганическую смолу, способную к термическому отверждению. Отвержденная кремнийорганическая смола механически и химически связывает частицы активных веществ массы электродов, обеспечивая необходимую механическую прочность. В отличие от полиметилметакрилата, являющегося карбоцепным полимером, отверждаемые кремнийорганические смолы, представляющие собой полиорганилалкокси(гидрокси)силоксаны, при термическом или каталитическом отверждении образуют нерастворимые полиорганилсилоксаны. Экспериментально было обнаружено, что они способны химически взаимодействовать с раствором гидроксидов щелочных металлов, входящих в состав электролита, растворяться в нем и тем самым создавать благоприятные условия для электрохимических взаимодействий активных веществ электродных масс. Взаимодействие активного вещества электрода и полиорганилсилоксана с щелочным электролитом взаимосвязано. Прекращение электрохимической реакции активного вещества электрода при возникновении рабочего потенциала электрода сопровождается прекращением растворения полиорганилсилоксана. Использовались органилполисилоксаны разветвленного, циклолинейного и лестничного строения, различающиеся по типу органических радикалов у атома кремния, в том числе полиметилсилоксаны, полифенилсилоксаны, полиметилфенилсилоксаны. Существенных различий в свойствах электродов, при изготовлении которых в качестве связующего использовались кремнийорганические смолы, способные к термическому отверждению, обусловленных строением применяемого в качестве связующего электродной массы кремнийорганического полимера, не наблюдалось. Исходя из общности физико-химических свойств полиорганилсилоксанов, можно предположить, что и другие термически отверждвемые кремнийорганические смолы, имеющие после отверждения строение сшитых полиорганилсилоксанов, будут пригодны для использования в качестве связующих при изготовлении электродов щелочных аккумуляторов.Кремнийорганическая смола, способная к термическому отверждению, вводится в состав активной массы электрода в виде раствора в органических растворителях, например кремнийорганического лака. Могут быть использованы как промышленные кремнийорганические лаки, так и специально приготовленные по известным методикам (Хананашвили Л.М., Андрианов К.А. Технология элементоорганических мономеров и полимеров. - М.: Химия, 1983. С.238-296) путем сополимеризации хлорсиланов или алкоксисиланов в системе вода - органический растворитель. Высокие результаты показывает применение термически отверждаемых кремнийорганических смол, содержащих в основной полимерной цепи, кроме силоксановых связей (-Si-O-Si-), дисилановые фрагменты (-Si-Si-), изготовление которых описано в (а.с. СССР 1625838, МКИ3 С 03 С 17/30, опубл. 07.02.1991). Полимеры такого типа также способны к растворению в щелочном электролите, причем реакция носит окислительно-восстановительный характер и сопровождается выделением водорода. Все исследованные композиции электродных масс обладали высокой адгезией к металлу токоотвода. В процессе эксплуатации электродов в составе аккумуляторов не наблюдалось растрескивания, отслаивания, осыпания активной массы.Для изготовления отрицательного электрода цинковый порошок смешивается с кремнийорганической смолой, растворенной в органическом растворителе, с содержанием сухого вещества 30-65% в соотношении: цинковый порошок 86-95 мас.%; полиорганилсилоксановая смола 5-14 мас.% в пересчете на сухой остаток, механически перемешивается до получения однородной пасты и наносится на токоотвод и прокатывается между валками или подпрессовывается при комнатной температуре. Выдерживается в течение времени необходимого для удаления основной массы органического растворителя и подвергается термической обработке при 140-200С в течение 2-6 ч (время термической обработки определяется свойствами кремнийорганической смолы). Конкретные примеры с указанием типа полиорганосилоксана, соотношения исходных компонентов приведены в таблице 1.Для изготовления положительного электрода смешивали никелевый порошок 43-58 мас.%, гидроксид никеля (II) 32-43 мас.% и кремнийорганическую смолу 10-14 мас.% (смолу также вводят в виде лака с содержанием сухого остатка 30-65%). Дальнейшие операции аналогичны изготовлению отрицательного электрода. В таблице 2 приведены составы конкретных примеров. Соотношения компонентов, указанные в таблицах 1 и 2, использованные при изготовлении активных масс электродов, ограничиваются механическими прочностными характеристиками получаемых электродов и свойствами исходной пастообразной массы, используемой в процессе их изготовления. Избыток кремнийорганического лака приводит к разжижению исходной смеси и затруднению формования электродов. Недостаточное количество раствора кремнийорганической смолы по сравнению с указанными в таблицах 1, 2 приводит к низкой механической прочности полученного электрода, недостаточной адгезии активной массы к материалу токоотвода. В то же время электротехнические характеристики электродов остаются удовлетворительными и в более широких пределах соотношения компонентов, нежели указанные в таблицах 1, 2. Собирали никель-цинковый аккумулятор из 6 отрицательных и 5 положительных электродов с размером цинковых электродов 1521402.2 мм и 1521402.2 мм соответственно никелевых. В качестве электролита использовали раствор гидроксида калия с концентрацией 7 моль/л и плотностью 1.23 г/см3.Испытания аккумулятора проводили на стенде КУС-250. Напряжение заряда-разряда контролировалось на вольтметре ВР-22М, разряд проводился током С/10 и С/2 до напряжения 1.0-0.9 вольта. Асимметричным током проводился тренировочный цикл и рабочие разрядно-зарядные циклы. Определялись интегральная разрядная емкость Q (А/ч) и количество циклов, при котором происходит снижение емкостных характеристик аккумулятора в два раза. Данные испытаний приведены в таблице 3. Высокие емкостные характеристики полученных аккумуляторов, значительное увеличение количества зарядно-разрядных циклов обуславливает преимущество предлагаемого технического решения перед известными.

Формула изобретения

1. Никель-цинковый аккумулятор, содержащий корпус, сепаратор, щелочной электролит, отрицательный электрод, состоящий из металлической решетки с напрессованным слоем активной массы, содержащей порошок цинка и связующее, и положительный электрод, состоящий из никелевой решетки с напрессованной массой, содержащей никелевый порошок, гидроксид никеля (II) и связующее, отличающийся тем, что активная масса положительного и отрицательного электродов содержит в качестве связующего кремнийорганическую смолу, способную к термическому отверждению, при следующем соотношении компонентов, мас.%:для отрицательного электрода:Цинковый порошок 86-95Кремнийорганическая смола 5-14для положительного электрода:Никелевый порошок 43-58Гидроксид никеля (II) 32-43Кремнийорганическая смола 10-142. Никель-цинковый аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганической смолы, способной к термическому отверждению, в составе активной массы отрицательного и положительного электродов используется полиорганилсилоксан.3. Аккумулятор по п.2, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганической смолы, способной к термическому отверждению, используемой в активной массе отрицательного и положительного электрода, применяется полиорганилдисилсилоксан.

www.findpatent.ru