Delist.ru

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

Автор: Волынский Вячеслав Виталиевич

13 Гранулирование на сите -

14 Проведение 2-го анализа анодной массы -

В результате проведенных работ был полностью устранен перерасход активной массы, который составлял 1,4 % от объема выпуска. Таким образом, только в 2001 году производство дополнительно получило 1551,2 кг активной массы на сумму 234530 рублей. Применение нового оборудования и технологического процесса позволило увеличить коэффициент выхода продукта с 0,986 до 0,993, что привело к экономии 987 кг продукта стоимостью 141460 рублей. Экономический эффект от сокращения трудовых затрат и ликвидации 12 рабочих мест составил 105916 рублей в год. В 22-50 раз удалось сократить содержание никеля (II) в воздухе рабочей зоны. Количество анализов активной массы сократилось с 2439 до 930 в год. Общий экономический эффект от реализации нового технологического процесса на программу 2001 года в 34,6 млн. А·ч составил 517448 рублей.

В целом использование представленных результатов работы в аккумуляторной промышленности позволяет изготавливать активную массу для оксидноникелевых электродов щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов с высокими электрохимическими характеристиками.

Глава 3. Разработка технологии изготовления оксидноникелевых

электродов на металловойлочной основе

В настоящее время выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью никель-кадмиевые аккумуляторы с электродами прессованной и металлокерамической конструкций имеют невысокие удельные параметры (30-40 Вт?ч/кг) и ресурс 350-550 циклов. Поэтому исследования ведущих фирм-производителей никель-кадмиевых батарей направлены на увеличение плотности энергии источников тока этого типа, снижение их стоимости и увеличение ресурса. В этом плане особенно широкое развитие получили работы по созданию НКА с высокоэнергоемкими намазными электродами на металловойлочной основе. Использование этих материалов позволяет сократить расход дорогостоящего металлического никеля в 3-6 раз по сравнению с расходом его в металлокерамических электродах. По простоте и технологичности изготовление металловойлочных электродов (МВЭ) приближается к технологиям производства ламельных и прессованных электродов.

Никель-кадмиевые аккумуляторы с МВЭ имеют уникальное сочетание высокого ресурса (до 10000 циклов полного разряда) и большой скорости разряда (до 15 Сном). Высокая пористость – около 90 % – металловойлочной подложки позволяет уменьшить при равной емкости объем аккумулятора примерно на 20 %, а массу – на 25 % по сравнению с ламельными и спеченными пластинами. Отсутствие графита в составе активной массы аккумулятора с МВЭ позволяет отказаться от периодической смены электролита, необходимость которой связана с накоплением карбонатов. Металловойлочная подложка очень упруга и хорошо противостоит объемным изменениям активного материала при циклировании аккумуляторов. Высокие мощностные характеристики НКА обеспечены развитой поверхностью применяемых материалов. В объеме электрода 1 см3 содержится 300 м проводящего волокна.

В НИИХИТ (г. Саратов) разработана методика изготовления металловойлочных электродов на основе нетканого полотна из ионообменных щелочестойких волокон, исключающая при металлизации использование драгоценных металлов и отличающаяся высокой воспроизводимостью и простотой.

Изготовление МВЭ с применением модифицированного полипропилена может быть представлено следующей схемой:

- получение никелевой солевой формы модифицированного полипропилена;

???????????? ????????

???????????0??????

??????????

????????

??????- частичное или полное восстановление ионов никеля до металла в массе и на поверхности волокон;

- химическое никелирование волокон (слой никеля толщиной 0,5 мкм);

- гальваническое никелирование волокон (наращивание слоя никеля до толщины 5 мкм).

Технология процесса осаждения никелевого покрытия химическим восстановлением уже давно разработана и представлена во многих литературных источниках. В состав раствора химического никелирования должны входить:

- раствор соли никеля (в работе использован NiSO4);

- восстановитель (Na2H2PO2);

- буферная добавка ((NH4)2SO4);

- комплексообразователь (NH4OH).

Используемый раствор химического никелирования не содержит каких-либо дорогостоящих или дефицитных компонентов.

Исследование влияния сернокислого аммония на процесс химического никелирования войлочных материалов

Роль буферирующей добавки в составе раствора химического никелирования играет сернокислый аммоний. Относительно механизма воздействия буферных добавок на скорость процесса существует предположение, что они способствуют ускорению реакции разложения гипофосфита, выделению водорода и повышению эффективности процесса осаждения никеля. Однако выбранный для проведения химического никелирования раствор содержит в своем составе такие компоненты как аммиак и сернокислый никель, взаимодействие которых друг с другом в присутствии гипофосфита натрия приводит к образованию достаточного количества (NH4)2SO4. Более того, согласно литературным данным, скорость процесса химического никелирования при увеличении концентрации буферирующей добавки имеет свой максимум и поэтому завышенное содержание (NH4)2SO4 в рабочем растворе нежелательно.

При измерении электропроводности заготовок, полученных с добавкой и без добавки сернокислого аммония в составе раствора химического никелирования, экспериментально было зафиксировано увеличение удельного сопротивления металловойлочных, основ изготовленных по первому варианту (табл. 7).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что электропроводность изготовленных в новом составе раствора химического никелирования образцов выше, чем электропроводность заготовок, изготовленных по старой рецептуре.

Таблица 7

Зависимость удельного сопротивления металловойлочных основ от состава раствора химического никелирования

Вариант изготовления заготовки I, А ?ср , Ом?см

до хранения ?ср , Ом?см

после хранения

В присутствии (NH4)2SO4 0,1 0,301 2,146

Без (NH4)2SO4 0,1 0,137 0,837

Из представленных данных также следует, что изменение величины удельного сопротивления в процессе хранения у образцов обоих вариантов происходит примерно с одинаковой скоростью.

В дальнейшем все МВЭ были получены в растворах химического никелирования без добавления в них (NH4)2SO4.

Оптимизация условий заполнения металловойлочных основ активным материалом

В ходе проведения работ по изучению характеристик аккумуляторов с металловойлочными ОНЭ была отмечена определенная зависимость увеличения веса МВЭ после заполнения активным материалом порового пространства металловойлочного электрода (эффективность заполнения) от массы заготовки после гальванического никелирования. В данном случае масса заготовки прямо пропорциональна толщине никелевого покрытия. Заданную величину (5 мкм) обеспечивали исходя из того, что такую же толщину имеет покрытие электродов фирмы «Hoppecke». Однако экспериментальное обоснование этому отсутствовало.

Статистическая обработка данных (рис. 8, 9) по зависимости эффективности заполнения порового пространства основ активным материалом от массы никелевого покрытия показала, что для производства НКА с металловойлочными ОНЭ высокой емкости необходимо изготавливать основы массой 10,6/13,3 г (габариты заготовки 136*71 мм, для аккумулятора типа НКБН-25), что соответствует толщине никелевого покрытия от 5,85 до 7,54 мкм.

загрузка...