Delist.ru

Новые технологии получения и переработки электродных материалов для никель-кадмиевых аккумуляторов (18.09.2007)

Автор: Волынский Вячеслав Виталиевич

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.

Рис. 9. Кривая распределения количества изготовленных электродов по степени их заполнения активным материалом

Как следует из рис.8, дальнейшее увеличение толщины никелевого покрытия приводит к снижению эффективности заполнения порового пространства металловойлочного ОНЭ. Анализ рис. 8, 9 показывает, что толщина никелевого покрытия основной массы электродов (более 50 %) находится в пределах 5,85/7,54 мкм, которые, согласно расчетам, являются оптимальными.

Таким образом, накопление статистических данных и разработанная методика их математического анализа позволили определить оптимальную толщину никелевого покрытия металловойлочной основы, нанесенного гальванически. Актуальность этой проблеме придает тот факт, что стоимость никелевых анодов, расходуемых на металлопокрытие, составляет 22,5 % от стоимости всего электрода.

Глава 4. Активация металловойлочного оксидноникелевого электрода

Разработанные НИИХИТ никель-кадмиевые аккумуляторы в габаритах НКБН-25, в которых электродной подложкой для ОНЭ служит химически, а затем и гальванически никелированное полотно из ионообменных щелочестойких волокон, имели не высокую удельную емкость (около 30 А·ч/кг) и ресурс 300-600 циклов. Предварительные результаты послужили основанием для продолжения исследовательских работ по поиску путей повышения удельных, мощностных и ресурсных характеристик НКА с металловойлочными электродами.

Изучение влияния соединений кобальта на электрохимическое поведение НКА с металловойлочными ОНЭ

Кобальт в электроды прессованной и ламельной конструкций, согласно действующей технологии, добавляют в виде порошка гидроксида кобальта (II) в смеси с гидроксидом никеля (II) на стадии приготовления активной массы; электроды металлокерамической конструкции пропитывают в растворе солей кобальта (II). Нерациональность первого способа заключается в том, что Co(OH)2 имеет ограниченный срок годности. Окисляясь кислородом воздуха до CoHO2, он со временем теряет свои активирующие свойства. Второй способ является наиболее оптимальным для электродов различной конструкции при условии предварительной формировки аккумуляторов со сменой электролита.

С учетом специфики металловойлочной подложки в настоящей работе активный материал наносили в виде пасты на основе полимерного водорастворимого связующего (ПВС), раствора сульфата кобальта и наполнителя (мелкодисперсного порошка Ni(OH)2). В связи с этим в технологическую документацию введены параметры по вязкости ПВС и дисперсности наполнителя.

Для оценки эффективности протекания электрохимических процессов на металловойлочных ОНЭ, активированных сульфатом кобальта, были собраны пять макетов аккумуляторов в габаритах НКБН-25. Уже на втором цикле формировки отдаваемая аккумуляторами емкость достигла 32,9 А?ч, коэффициент использования составил 77 %, а удельная энергия 41,3 Вт?ч/кг. К десятому циклу макеты были полностью расформированы и обладали следующими характеристиками: емкость 38,4 А?ч, коэффициент использования активной массы 89 %, удельная энергия 48 Вт?ч/кг.

Условия и результаты проведенных испытаний трех вариантов аккумуляторов, отличающихся друг от друга способом введения кобальта (1-й вариант – из раствора CoSO4, 2-й – добавка Coмет и 3-й – добавка Co(OH)2) – отражены в табл. 8.

По своим удельным параметрам разработанные аккумуляторы превосходят характеристики НКА с ламельными ОНЭ и только на больших токах разряда уступают источникам с электродами металлокерамической конструкции (рис. 10). В последующем аккумуляторы были поставлены на наработку по режиму МЭК. Достигнутый ресурс составил 1700 зарядно-разрядных циклов (рис. 11).

Таблица 8

Удельная энергия (W) и емкость (C) никель-кадмиевых аккумуляторов

в габаритах НКБН-25 с металловойлочными оксидноникелевыми электродами

в зависимости от тока разряда и способа введения активирующей добавки

Вариант

активации Ток разряда, А

5 12,5 25 50 125

Вт?ч/кг С,

Вт?ч/кг С,

Вт?ч/кг С,

Вт?ч/кг С,

Вт?ч/кг

CoSO4 37,6 47,9 32,0 40,9 31,5 40,2 27,5 35,6 21,2 27,3

Coмет 28,3 35,7 27,7 35 25,5 32,2 21,7 27,4 7,3 10,8

Co(OH)2 27,5 35,5 26,6 34,4 23,9 30,9 19,0 24,5 3,2 4,2

Рис. 10. Влияние конструкции электрода и способа введения кобальта в его активную массу на удельные характеристики НКА:

P- удельная мощность (Вт/кг), W- удельная энергия (Вт(ч/кг).

Рис. 11. Зависимость емкости НКА в габаритах НКБН-25 с металловойлочными оксидноникелевыми электродами, активированными различными добавками кобальта, от количества циклов наработки режимом МЭК: электрод: 1-через раствор CoSO4;

загрузка...