Способ получения никельтригидроксида и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электрохимии и может быть использовано при производстве химических источников тока никель-цинковой системы, в частности пуговичных элементов питания. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в ускорении процесса окисления, а также в получении никельтригидроксида с высоким значением удельной емкости, приближенным к теоретическому значению 0,265А ч/г. Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения никельтригидроксида путем пропускания тока через никелевые анод и катод, помещенные в раствор электролита, содержащего порошкообразный Ni(OH)₂, а также КОН с плотностью 1,08 - 1,18 г/см³, суспензирования никельтригидроксида в объеме реактора перед пропусканием тока производят механическое перемешивание порошка Ni(OH)₂ с электролитом, при этом плотность тока на аноде выбирают равной 0,7 - 0,9 А/см², соотношение площадей анода и катода выбирают в диапазоне 2,8 - 3,2. Устройство содержит анод и катод, выполненный в виде соосных цилиндров из никелевой сетки, помещенные в корпус, устройство для перемешивания электролита в виде пропеллеобразной мешалки, причем катод расположен внутри анода симметрично относительно него. 2 с.п.ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к электрохимии и может быть использовано при производстве химических источников тока никель-цинковой системы, в частности, пуговичных элементов питания.

Известен способ изготовления катодного материала, заключающийся в электрохимическом осаждении на экран дендритов гидроокиси никеля из расплава азотного никеля с последующим электрохимическим окислением дендритов на экране до высших окислов в водощелочном электролите [1].

Известен способ получения никельтригидроксида [2] путем добавления марганца, серебра или их соединений в гидроксид никеля с последующим озонированием, способствующий ускорению реакции окисления. К недостаткам способа относится повышенная опасность производства, вызванная токсичностью озона в атмосферных условиях.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ [3] , при котором электрический ток пропускают через никелевые анод и катод, помещенные в раствор электролита, содержащего порошкообразный Ni(OH)₂. Процесс ведут в присутствии ионообменной мембраны между анодом и катодом при температуре 80^oC, током плотностью 2 а/см² в течение двух часов.

Недостатком этого способа является вероятность неполного окисления Ni(OH)₂, поскольку диафрагма задерживает перенос активного материала между анодной и катодной зонами. Кроме того, полученный продукт не подвергается каким-либо изменениям в процессе дальнейшего окисления.

Известно устройство [4], содержащее анод и катод, выполненные из перфорированных пластин, помещенных в корпус, снабженный токонесущим коробом с прорезями, катоды размещены внутри коробка и электрически соединены с ним, аноды электрически соединены с герметичной токонесущей крышкой и пронизывают короб через прорези, имеются устройство для циркуляции рабочих сред, токоподвод.

Недостатком этого устройства является наличие относительно высокого гидравлического сопротивления, что приводит к малому времени контакта суспензии с электродами.

Технической задачей, решаемой изобретением, является ускорение процесса окисления, обеспечение полного окисления Ni(OH)₂, а также получение никельтригидроксида с более высоким значением удельной емкости, приближенным к теоретическому значению: 0,265 Ач/г.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения никельтригидроксида путем пропускания тока через никелевые электроды, помещенные в раствор электролита, содержащего порошкообразный Ni(OH)₂, а также КОН с плотностью 1,08 - 1,18 г/см³, суспензирования никельтригидроксида в объеме реактора, согласно изобретению перед пропусканием тока через электроды производят механическое перемешивание порошка Ni(OH)₂ с электролитом, при этом плотность тока на аноде выбирают равной 0,7 - 0,9 А/см², соотношение площади анода к площади катода выбирают равной в диапазоне 2,8 - 3,2.

В части устройства поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для получения никельтригидроксида, содержащем анод и катод, выполненные из перфорированных пластин, помещенных в корпус, устройство для перемешивания электролита и токоподвод, согласно изобретению, анод и катод выполнены в виде соосных цилиндров из никелевой сетки, причем катод расположен внутри анода симметрично относительно него, а соотношение площади анода к площади выбирают в диапазоне 2,8 - 3,2.

Предлагаемое устройство содержит цилиндрический корпус 1, выполненный из никеля, размещенные в нем анод 2 и катод 3, выполненные в виде соосных цилиндров из никелевой сетки. Устройство для перемешивания электролита, включающее в себя пропеллеобразную мешалку 4, насаженную на вал 5, соединенный с электроприводом 6. Выпрямитель 7 подключен к электродам.

Способ получения никельтригидроксида осуществляют следующим образом. В корпус 1 заливают электролит до уровня, покрывающего анод 2. Затем засыпают гидрат окиси никеля Ni(OH)₂ в необходимом количестве. Включают мешалку, посредством которой создаются конвективные потоки, перемешивающие исходную смесь. При распределении, близком в равномерному, включают источник постоянного тока, и происходит электрическая реакция, при которой происходит перемещение окисленного продукта NiOH от анода к катоду и обратно в катодное пространство, происходит частичное его восстановление с последующим окислением на аноде, за счет чего увеличивается емкость активной массы.

Как показали эксперименты, плотность тока в пределах 0,7 - 0,9 А/см при соотношении площади анода к площади катода, равной 2,8 - 3,2, позволяет практически полностью формирования NiOOH. При плотности тока на аноде меньшей 0,7 А/см², активная масса окисляется не полностью, что уменьшает ее удельную емкость. При плотности щелочи, меньшей 1,08 г/см³ происходит неполное окисление и удельная емкость активной массы уменьшается. При плотности раствора щелочи, большей 1,08 г/см³, увеличивается степень образования электрохимически неактивной фазы Ni(OH)₃. При плотностях тока, больших 0,7 - 0,9 А/см² увеличивается количество электрохимически неактивной фазы Ni(OH)₃, вследствие чего происходит снижение удельной емкости активной массы. При низких значениях плотностей тока 0,6 А/см² происходит неполное окисление Ni(OH)₂, также приводящее к снижению удельной емкости активной массы. Именно при указанных соотношениях параметров снижаются негативные явления, а степень окисления и скорость образования высокоэффективного электрохимически активного конечного продукта максимально увеличивается.

При экспериментальной обработке гидрата закиси никеля предлагаемым способом были получены конечные продукты, качество которых оценивалось по емкости, отдаваемой изготовленным из него пуговичным источником тока типоразмера 1242. Результаты эксперимента при различных сочетаниях параметров процесса приведены в таблицах 1 - 3.

Из этих данных следует, что оптимальный диапазон плотности тока на аноде лежит в пределах 0,7 - 0,9 А/см².

Из этих данных следует, что оптимальный диапазон плотности раствора КОН лежит в пределах 1,08 - 1,18 г/см³.

Из этих данных следует, что оптимальное соотношение площадей анода и катода равно 3.

Выбор никелевой сетки в качестве материала для электродов обусловлено необходимостью исключения возможного загрязнения конечного вещества продуктами коррозии других конструкционных материалов.

Источники информации.

1. Акцептованная заявка Японии N 53-10647, опубл. 15.04.78.

2. Акцептованная заявка Японии N 61-37732, опубл. 26.06.86.

3. Патент США N 4074030, опубл. 14.02.78.

4. Акцептованная заявка Японии N 52-2094, опубл. 19.01.77.

Формула изобретения

1. Способ получения никельтригидроксида путем пропускания тока через никелевые анод и катод, помещенные в раствор электролита, содержащего порошкообразный Ni(ON)₂, а также КОН с плотностью 1,08 - 1,18 г/см³, суспензирования никельтригидроксида в объеме реактора, отличающийся тем, что перед пропусканием тока через электроды производят механическое перемешивание порошка Ni(OH)₂ с электролитом, при этом плотность тока на аноде выбирают равной 0,7 - 0,9 А/см², соотношение площадей анода и катода выбирают в диапозоне 2,8 - 3,2.

2. Устройство для получения никельтригидроксида, содержащее анод и катод, выполненные из перфорированного материала, помещенные в корпус, устройство для перемешивания электролита, отличающееся тем, что анод и катод выполнены в виде соосных цилиндров из никелевой сетки, причем катод расположен внутри анода симметрично относительно него, а соотношение площади анода к площади катода выбирают из диапазона 2,8 - 3,2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2