Delist.ru

Новые технологии получения и переработки электродных материалов для ни-кель-кадмиевых аккумуляторов (17.09.2007)

Автор: Волынский Вячеслав Виталиевич

им. Н.Г.Чернышевского» и в ОАО « Завод автономных источников тока»

Научный консультант: доктор химических наук, профессор

Казаринов Иван Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Каменев Юрий Борисович

доктор технических наук, профессор

Сербиновский Михаил Юрьевич

доктор технических наук, профессор

Шпак Игорь Евгеньевич

Ведущая организация: ОАО «НИАИ «ИСТОЧНИК» (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 2 ноября 2007 г. в ___ часов на заседании диссертационного совета Д.212.242.09 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» (410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77).

Автореферат разослан ___ октября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В. В. Ефанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы рынок вторичных источников тока для портативной техники претерпел значительные изменения. Стремительный рост объемов продаж мобильных телекоммуникационных устройств подталкивает производителей аккумуляторов к улучшению их эксплуатационных свойств. В условиях жесткой конкуренции увеличение удельных характеристик источников тока становится основополагающей концепцией, следуя которой, производитель захватывает наибольший сегмент рынка портативного оборудования.

Рынок промышленных источников тока (для железной дороги, напольного электротранспорта, речных и морских судов, городского наземного и подземного электротранспорта) менее динамичен. Дорогостоящие новые электрохимические системы в этой сфере пока остаются невостребованными. Рассматривая достоинства и недостатки известных электрохимических систем, потребитель в первую очередь останавливает свой выбор на дешевых, надежных и безопасных источниках тока, соответствующих техническим требованиям в течение максимально возможного периода времени.

К числу наиболее применяемых вторичных источников тока промышленного назначения относятся щелочные никель-кадмиевые аккумуляторы (НКА). В настоящее время по сочетанию эксплуатационных свойств, к которым относятся работоспособность при отрицательных температурах, минимальные затраты при обслуживании, устойчивость к перезарядам, высокая удельная мощность, низкая стоимость и большой ресурс, НКА по-прежнему остаются непревзойденными.

Наблюдаемый в последнее время рост объемов производства промышленных НКА стимулирует исследования, целью которых является повышение эффективности использования электродных материалов, в том числе и за счет их вторичной переработки. Для достижения качественно нового уровня технико-экономических показателей НКА особую значимость и актуальность имеют работы по созданию современных технологий и высокопроизводительного оборудования, позволяющих получать электродные материалы с заданными физико-химическими свойствами.

В целом при промышленном выпуске химических источников тока различных электрохимических систем существуют общие проблемы, связанные с экологичностью их изготовления, доступностью сырья и комплектующих, себестоимостью изделия. Во многом являются универсальными и технические решения, реализованные в составе комплексов оборудования для производства активных масс, сборки аккумуляторов, формировки и т. д. Таким образом, решение задач по совершенствованию технологии получения электродных материалов для НКА неразрывно связано с обеспечением динамичного развития наиболее перспективной отрасли современной техники – отечественной электрохимической энергетики.

Целью работы является повышение эксплуатационных характеристик никель-кадмиевых аккумуляторов путем создания новых технологий получения и переработки электродных материалов с привлечением современных достижений в области автоматизации технологических процессов.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

- Исследование влияния условий получения гидроксида никеля (II) на его электрохимические и физико-химические свойства. Оптимизация условий осаждения гидроксида никеля (II).

- Разработка технологии получения гидроксида никеля (II), обеспечивающей физико-химическую однородность условий его кристаллизации. Оценка необходимого уровня точности дозирования реагентов при осаждении гидроксида никеля (II). Создание автоматизированной системы управления процессом осаждения гидроксида никеля (II).

- Совершенствование технологического процесса отмывки гидроксида никеля от сульфат-ионов. Механизация процесса изготовления активных масс.

- Совершенствование технологии изготовления никелированных войлочных материалов химической металлизацией без применения палладия. Исследование влияния сернокислого аммония на процесс химического никелирования войлочных материалов. Установление закономерностей между физико-механическими и электрохимическими характеристиками оксидноникелевых электродов на металловойлочной основе.

- Разработка способов активации оксидноникелевого электрода на металловойлочной основе. Исследование влияния добавок кобальта (II) и цинка (II) на работу металловойлочного оксидноникелевого электрода. Изучение электрохимического поведения металловойлочных оксидноникелевых электродов со «сферическим» гидроксидом никеля (II), активированным добавкой кобальта (II) и цинка (II).

- Исследование процесса дистилляции кадмия на лабораторной печи периодического типа. Создание промышленного оборудования для переработки кадмийсодержащих отходов производства никель-кадмиевых аккумуляторов дистилляционным методом.

- Разработка гидрометаллургического способа утилизации ламельных оксидноникелевых электродов. Создание комплекса оборудования для промышленной переработки никельсодержащих отходов и возврата вторичного сырья в основное производство.

Научная новизна:

- Разработан новый способ получения гидроксида никеля (II) с высокой электрохимической активностью для активной массы никель-кадмиевого аккумулятора путем осаждения гидроксида никеля (II) из раствора соли никеля раствором щелочи с добавкой углекислого натрия. Создана пилотная автоматизированная установка получения гидроксида никеля (II), с помощью которой оптимизированы условия осаждения и изучено влияние избыточной концентрации натриевой щелочи на физико-химические и электрохимические свойства гидроксида никеля (II). Установлено, что обеспечение избытка натриевой щелочи в интервале 1,71-3,3 г/л при осаждении гидроксида никеля (II) исключает присутствие в составе Ni(OH)2 основных солей никеля, не участвующих в токообразующих процессах на оксидноникелевом электроде, и позволяет повысить электрохимические характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов типа КL250Р.

- Разработаны алгоритм автоматизированного управления процессом осаждения гидроксида никеля (II) и комплекс технологического оборудования, которые позволили обеспечить физико-химическую однородность условий протекания реакции осаждения гидроксида никеля (II) и проводить отмывку Ni(OH)2 от сульфат-ионов, минуя этап предварительной агломерации кристаллов гидроксида никеля (II) посредством высушивания.

- Разработана технология изготовления оксидноникелевых электродов на металловойлочной основе: оптимизирован процесс химического никелирования основ; определена зависимость эффективности заполнения активной массой порового пространства от толщины никелевого покрытия металловойлочных основ.

- Оптимизирован способ введения соединений кобальта (II) и цинка (II) в активную массу металловойлочного оксидноникелевого электрода. Изучены механизмы активации металловойлочного оксидноникелевого электрода добавками кобальта - «поверхностный» и цинка - «внутриструктурный».

- Исследован процесс дистилляции кадмия из кадмийсодержащих отходов различного типа. На основе сформулированных принципов изготовлена печь ручейкового типа, позволяющая непрерывно вести процесс дистилляции кадмия. Разработана технология получения активной массы из вторичного металлического кадмия для отрицательных электродов никель-кадмиевых аккумуляторов.

- Разработан эффективный способ получения гидроксида никеля (II) для щелочных аккумуляторов из отработанных ламельных оксидноникелевых электродов, согласно которому отделение металлической составляющей от положительной активной массы осуществляют физико-механическим способом без перехода металлических примесей в раствор сульфата никеля. Определены условия деформации ламельных оксидноникелевых электродов и последовательность технологических операций, обеспечивающих качественное отделение металла от активной массы.

Практическая ценность:

- Разработанная и внедренная в производство автоматизированная установка для осаждения гидроксида никеля (II) позволила направленно улучшить физико-механические и электрохимические свойства гидроксида никеля (II), повысить разрядные характеристики никель-кадмиевых аккумуляторов КL250Р. Экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 2788,8 тыс. руб. в год (по данным на 6.07.2005 г.).

- За счет повторного использования промывного конденсата значительно снижены энергозатраты при отмывке гидроксида никеля (II) от сульфат-ионов. Экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 760 тыс. рублей в год (по данным на 22.01.2003 г.).

загрузка...