Электролит для свинцовых аккумуляторов и присадка в электролит

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к свинцово-кислотным аккумуляторам. Разработан новый электролит, содержащий в мас. %: кадмий сернокислый - 13-18, кислота серная - 0,1-50, кислота нитрилотриметилфосфоновая -0,001-0,1, кислота 1-оксиэтилендифосфоновая - 0,001-0,1, вода дистиллированная - остальное и присадка, содержащая в мас. %: кадмий сернокислый - 13-28, кислота серная - 0,1-0,3, кислота нитрилотриметилфосфоновая - 0,001-0,1, кислота 1-оксиэтилендифосфоновая - 0,001-0,1, вода дистиллированная - остальное. Использование электролита, согласно изобретению, предотвращает сульфатацию свинцовых пластин аккумулятора, улучшает электрические и эксплуатационные характеристики и повышает срок службы аккумулятора. 2 с. и 3. з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в свинцовых аккумуляторах при производстве химических источников тока, в частности при приготовлении электролитов.

Известен электролит для химических источников тока, содержащий гидроксид щелочного металла и воду [1].

Недостатком данного электролита является то, что область его применения ограничена использованием щелочных аккумуляторов.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату к предлагаемому является электролит для свинцовых аккумуляторов, содержащий сульфат кадмия, серную кислоту и воду [2].

Указанный электролит широко используется в современных свинцовых аккумуляторах.

Недостаток данного электролита связан с низким перенапряжением выделения водорода на свинцовом электроде аккумулятора, что приводит к избыточному газовыделению при заряде и непроизводительным затратам энергии на газовыделение, что в целом приводит к низкой эффективности заряда.

Наиболее близкой по сущности и достигаемому результату к предлагаемой присадке в электролит для свинцовых аккумуляторов является присадка, содержащая кадмий сернокислый, серную кислоту и воду [3].

Недостатком данной присадки является ее малое участие при достижении повышения перенапряжения выделения водорода на электродах свинцового аккумулятора, а также небольшой срок службы аккумулятора в большой степени вследствие сульфатации свинцовых пластин.

Техническим результатом изобретения является улучшение электрических и эксплуатационных характеристик свинцового аккумулятора и повышение срока его службы за счет предотвращения сульфатации аккумуляторных пластин.

Сульфатация свинцовых пластин во время эксплуатации является основной причиной сокращения их работы. Процесс необратимой сульфатации приводит к полной негодности аккумуляторов.

Технический результат достигается тем, что электролит для свинцовых аккумуляторов, содержащий серную кислоту и дистиллированную воду, согласно изобретению, дополнительно содержит фосфоновую и 1- оксиэтилендифосфоновую кислоты при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Кадмий сернокислый - 13 - 28 Серная кислота - 0,10 - 50 Нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,001 - 0,1 1-оксиэтилендифосфоновая кислота - 0,001 - 0,1 Дистиллированная вода - остальное Технический результат в наилучшей степени достигается при содержании нитрилотриметилфосфоновой и 1-оксиэтилендифосфоновой кислот 1 : (1,1 -1,9), а также при плотности электролита, достигаемой варьированием содержаний ингредиентов, равной 1,27 - 1,31 г/см³.

Технический результат достигается также тем, что присадка в электролит для свинцовых аккумуляторов, содержащая кадмий сернокислый, серную кислоту и дистиллированную воду, согласно изобретению, дополнительно содержит нитрилотриметилфосфоновую и оксиэтилендифосфоновую кислоты, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Кадмий сернокислый - 13 - 28 Нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,001 - 0,1 1-оксиэтилендифосфоновая кислота - 0,001 - 0,1
Серная кислота - 0,1 - 0,3
Дистиллированная вода - остальное
Технический результат в наилучшей степени достигается при pH раствора присадки не более 2,0.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Присадку аккумуляторную получают путем смешивания раствора сернокислого кадмия в разбавленной серной кислоте с водными растворами нитрилотриметилфосфоновой (НТФ) и 1- оксиэтилендифосфоновой (ОЭДФ) кислот.

Технологический процесс состоит из следующих стадий.

Основные стадии приготовление раствора сульфата кадмия в разбавленной серной кислоте: приготовление НТФ-кислоты, приготовление раствора ОЭДФ-кислоты, смешивание растворов исходных компонентов, фасовка и упаковка готового продукта.

Основные стадии приготовления.

Приготовление раствора сульфата кадмия осуществляют в разбавленной серной кислоте.

Приготовление раствора проводят в реакторе. Из мерника в реактор заливают самотеком 37 л воды дистиллированной. Из бутыли с концентрированной кислотой серной с помощью вакуума забирают в сборник не более 2-х литров концентрированной кислоты серной.

Включают мешалку в реакторе и самотеком из сборника подают в реактор 0,45 - 0,55 л кислоты серной. Раствор перемешивают в течение 20 - 30 минут. Затем отключают мешалку и берут пробу через пробоотборник для проверки pH раствора по универсальной индикаторной бумаге. В растворе pH не должно быть больше 1. Затем на весах отвешивают 10,0 - 11,2 кг сульфата кадмия и небольшими порциями через люк загружают вручную в реактор. Смесь перемешивают до полного растворения соли в течение часа. Затем берут пробу для определения содержания сульфата кадмия, которое должно быть 184 - 191 г на 1 кг раствора. При несоответствии содержания сульфата кадмия данным значениям проводят корректировку раствора, добавляют в реактор воду дистиллированную или сульфат кадмия.

Приготовление раствора НТФ-кислоты проводят в реакторе.

В реактор самотеком из сборника заливают 28 л воды дистиллированной. На весах взвешивают 280 - 290 г НТФ-кислоты. Включают мешалку реактора и через отверстие в крышке загружают вручную отвешенное количество НТФ-кислоты в реактор. Перемешивание ведут до полного растворения кристаллов в течение 30 минут. Приготовленный раствор кислоты с помощью вакуума забирают в сборник.

Приготовление раствора ОЭДФ-кислоты осуществляют в реакторе аналогично приготовлению раствора НТФ-кислоты.

Смешивание компонентов проводят в реакторе с работающей мешалкой. К раствору сульфата кадмия добавляют растворы НТФ и ОЭДФ кислот, до их соотношения 1:(1,1-1,9), перемешивают 30 минут.

Пример реализации электролита с присадкой. Эксплуатируют батарею аккумуляторную свинцовую тяговую, номинальное значение напряжения 80 В, номинальная емкость 250 А.ч, максимальный ток зарядки 50 А.

Заливают в каждое гнездо батареи электролит, согласно аналогу. Под нагрузкой разрядка батареи состоялась через 1 час.

Заливают в каждое гнездо батареи электролит, согласно изобретению, содержащий в мас.%:
Кадмий сернокислый - 15
Серная кислота - 0,2
Нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,05
1-оксиэтилендифосфоновая кислота - 0,06
Дистиллированная вода - остальное
Под нагрузкой разрядка батареи состоялась через 4 часа. Провели повторную зарядку в течение 3 часов. Под нагрузкой разрядка батареи происходит через 9 часов. Далее аккумулятор выведен на номинальное напряжение, номинальную емкость и время работы под нагрузкой.

Испытания свинцовых аккумуляторов проводили в процессе опытной эксплуатации. Был проведен контрольно-тренировочный цикл с определением емкости, среднеразрядного напряжения и эффективности приема заряда.

После 6, 12, 18 и 24 месяцев опытной эксплуатации определяли контрольные параметры и замеряли уровень электролита. Установлено, что средний срок службы аккумуляторов повысился приблизительно в 2,5 раза, среднезарядное напряжение в 3 раза.

Таким образом, предотвращение сульфатации аккумуляторных пластин за счет использования нового электролита с присадкой повысило срок службы свинцово-кислотного аккумулятора и привело к улучшению электрических и эксплуатационных характеристик.

Формула изобретения

1. Электролит для свинцовых аккумуляторов, содержащий серную кислоту, кадмий сернокислый и дистиллированную воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит нитрилотриметилфосфоновую кислоту и 1-оксиэтилендифосфоновую кислоту при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Кадмий сернокислый - 13 - 28
Серная кислота - 0,10 - 50,0
Нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,001 - 0,1
1-Оксиэтилендифосфоновая кислота - 0,001 - 0,1
Дистиллированная вода - Остальное
2. Электролит по п.1, отличающийся тем, что соотношение нитрилотриметилфосфоновой и 1-оксиэтилендифосфоновой кислот составляет 1 : (1,1 - 1,9).

3. Электролит по п.1, отличающийся тем, что плотность электролита составляет 1,27 - 1,31 г/см³.

4. Присадка в электролит для свинцовых аккумуляторов, содержащая кадмий сернокислый, серную кислоту и дистиллированную воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит нитрилотриметилфосфоновую и 1-оксиэтилендифосфоновую кислоты при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Кадмий сернокислый - 13 - 28
Серная кислота - 0,1 - 0,3
Нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,001 - 0,1
1-Оксиэтилендифосфоновая кислота - 0,001 - 0,1
Дистиллированная вода - Остальное
5. Присадка по п.4, отличающаяся тем, что pH раствора не более 2,0.