Способ изготовления сухозаряженного цинкового электрода для источников тока интенсивного действия



Способ изготовления сухозаряженного цинкового электрода для источников тока интенсивного действия
Способ изготовления сухозаряженного цинкового электрода для источников тока интенсивного действия

 


Владельцы патента RU 2548665:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ (RU)

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении сухозаряженных цинковых электродов для резервных щелочных источников тока. В заявленном способе предложено электролитическое осаждение губчатого цинка на токопроводящую основу при катодной плотности тока 40 А/дм2 из цинксодержащего электролита в присутствии добавки «Цинкамин-02» в количестве 10 мл/л с последующей отмывкой полученного осадка от щелочи дистиллированной водой и сушкой при комнатной температуре. Время осаждения губчатого цинка составляет около 15 мин. Повышение разрядных характеристик цинковых электродов является техническим результатом изобретения. 1 ил., 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении сухозаряженных цинковых электродов для резервных щелочных источников тока.

Известные технологии получения порошкового электрода содержат большое количество операций [1].

Основным недостатком электродов, получаемых прессованием металлического цинкового порошка на каркас, является заметная их поляризуемость при разрядах большими токами, что связано с наличием на поверхности частиц цинкового порошка тонкого слоя оксида цинка, образовавшегося в процессе изготовления порошка и его хранения [2].

Наиболее рациональным способом изготовления пористых цинковых электродов для источников тока сухозаряженного типа является способ электролитического осаждения губчатых дисперсных осадков цинка из цинкатных электролитов [2, 3]. К достоинствам электролитического способа получения цинкового электрода относятся высокая степень чистоты осажденного цинка, возможность непрерывного осаждения, что позволило автоматизировать изготовление электродов, простое аппаратурное оформление, простота контроля процесса, низкое сопротивление активной массы и хороший контакт с токоподводящей основой. Важным преимуществом этого метода является возможность воздействия на характер губчатых осадков и, следовательно, на свойства электрода путем варьирования параметров технологического процесса: катодной плотности тока, концентрации цинката и щелочи, температуры и введения различных добавок. Электроды, полученные данным способом, обладают более высокими электрическими характеристиками на интенсивных режимах разряда по сравнению с электродами, полученными другими методами [2]. Из электролитически полученной губки цинка можно получить электроды с очень высокой электрохимической активностью. В то же время высокая электрохимическая активность цинка является неблагоприятным фактом, так как во время отмывки и сушки цинковый порошок вследствие значительной величины истинной поверхности сильно окисляется, что снижает емкостные характеристики электрода. В связи с этим требуется применение дополнительных мер.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления сухозаряженного цинкового электрода щелочного химического источника тока путем катодного осаждения на основу губчатого цинка из цинкатного электролита, отмывки от щелочи в водном растворе сульфосалициловой кислоты с концентрацией 1-10 г/л, обезвоживание смесью спирта с ацетоном и сушки при 50°C [4]. Однако дополнительные отмывки и необходимость вальцевания губки цинка с целью уплотнения электрода усложняют технологический процесс изготовления таких электродов.

Поставлена задача - оптимизация условий способа изготовления и увеличение разрядных характеристик цинковых электродов.

Технический результат - повышение коэффициента использования цинка при разряде плотностью тока 100 мА/см2 при сохранении достаточно высокого выхода по току в процессе электроосаждения порошка и исключении из технологической схемы изготовления электродов двух операций - вальцевания и обезвоживания в спиртово-ацетоновой смеси.

Технический результат достигается тем, что цинковый электрод получают электролитическим осаждением губки цинка на медный освинцованный токоподвод из цинкатных растворов с добавкой Цинкамин-02.

Способ изготовления сухозаряженного цинкового электрода для источников тока интенсивного действия, заключающийся в электролитическом осаждении губчатого цинка на токоподводящую основу из цинкатного электролита, отмывке от щелочи и сушки, но осаждение ведут при катодной плотности тока 40 А/дм2 из цинкатного электролита с добавкой 10 мл/л Цинкамин-02, с последующей отмывкой полученного осадка от щелочи дистиллированной водой и сушкой при комнатной температуре.

Примеры

Пример 1

Губчатый цинк осаждают на медную освинцованную сетку из цинкатных электролитов следующего состава:

NaOH 7 моль/л
ZnO 31-37 г/л
Цинкамин-02 0, 5, 10, 20 мл/л

при катодной плотности тока 40 А/дм2 в течение 15 мин и комнатной температуре, аноды - листовые цинковые (марка ЦВ). Далее промывали дистиллированной водой, обезвоживали смесью спирта с ацетоном и сушили при комнатной температуре.

Изготовленные цинковые электроды разряжали в условиях макета никель-цинкового аккумулятора (НЦА) при плотности тока 100 мА/см2, противоэлектродами служили заряженные оксидноникелевые электроды на металлокерамической основе, электролит - 7 М КОН (d=1,30 г/см3), пропитка цинкового электрода в электролите - не более 20 минут. Сепарация на цинковом электроде - 2 слоя гидратцеллюлозной пленки. Разряд проводили до поляризации цинкового электрода 1 В и на основании полученных результатов рассчитывали емкость и коэффициент использования цинка.

Влияние концентрации добавки Цинкамин-02 в электролите осаждения на характеристики пористого цинкового электрода и выход по току цинка представлено в табл. 1. Коэффициент использования цинка достигает 80% при концентрации добавки 10 мл/л (табл. 1).

При использовании добавки Цинкамин-02 в условиях осаждения порошкообразных структур получается более плотноупакованный порошок, равномерный по толщине с механически прочным каркасом, за счет чего можно исключить операцию вальцевания при изготовлении электродов (фиг. 1).

Пример 2

Губчатый цинк осаждают на медную освинцованную сетку из цинкатного электролита следующего состава:

NaOH 7 моль/л
ZnO 31-37 г/л
Цинкамин-02 10 мл/л

при катодной плотности тока 40 А/дм2 в течение 15 мин и комнатной температуре, аноды - листовые цинковые (марка ЦВ). Далее промывали дистиллированной водой, в одном случае обезвоживали смесью спирта с ацетоном, в другом - нет. Затем сушили при комнатной температуре и разряжали аналогично примеру 1.

Обработка в спиртово-ацетоновой смеси не вызвала особых изменений степени окисленности порошка цинка, осажденного из электролита с добавкой (табл. 2). Это объясняется тем, что на электроде присутствует полимерная адсорбционная пленка добавки Цинкамин-02, которая препятствует окислению порошка. Последнее подтверждается значениями степени окисленности порошка цинка, полученного из цинкатного электролита без добавки (табл. 2). В результате обработки такого порошка спиртово-ацетоновой смесью степень окисленности имеет приблизительно тоже значение, что и без обработки электродов, осажденных в присутствии добавки.

Использование добавки Цинкамин-02 дает возможность исключить из технологической схемы две операции - вальцевания и сушки в спиртово-ацетоновой смеси.

Коэффициент использования цинка при разряде плотностью тока 100 мА/см2 составляет не менее 75%, а выход по току при осаждении - не менее 60%, степень окисленности порошка не превышает 7%.

На фиг. 1 приведен вид катодных цинковых осадков, полученных из цинкатного электролита без добавки (а) и с добавкой 10 мл/л (б), катодная плотность тока 40 А/дм2, токоподвод - медная фольга, 56х-увеличение.

Источники информации

1. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Введение в электрохимическую кинетику. М.: Высшая школа. 1983. 400 с.

2. Решетова Г.Н., Афанасьева Л.А., Архангельская З.П. // Сборник работ по химическим источникам тока. Л.: Энергия. - 1969. - В. 4. - С. 150-157.

3. Архангельская З.П., Иванов Е.Г., Котоусов С.Г., Неуворуева Е.М. Серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые источники тока на современном этапе развития // Сборник работ по химическим источникам тока. 1975. - В. 10. - С. 249-268.

4. А.с. 1067552 СССР, МПК5 H01M 4/29. Способ изготовления сухозаряженного цинкового электрода щелочного химического источника тока // С.П. Базаров, А.А. Бачаев, В.Н. Флеров. 1984. №2.

Способ изготовления сухозаряженного цинкового электрода для источников тока интенсивного действия, заключающийся в электролитическом осаждении губчатого цинка на токоподводящую основу из цинкатного электролита, отмывке от щелочи и сушки, отличающийся тем, что осаждение ведут при катодной плотности тока 40 А/дм2 из цинкатного электролита с добавкой 10 мл/л Цинкамин-02, с последующей отмывкой полученного осадка от щелочи дистиллированной водой и сушкой при комнатной температуре.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к активному материалу отрицательного электрода для электрического устройства, содержащему сплав с формулой состава SixZnyAlz, где каждый из х, y и z представляет массовое процентное содержание, удовлетворяющее: (1) x+y+z=100, (2) 26≤х≤47, (3) 18≤y≤44 и (4) 22≤z≤46.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении цинковых электродов для щелочных аккумуляторов. .
Изобретение относится к электротехнике, в частности, к химическим источникам тока никель-кадмиевой системы. .

Изобретение относится к воздушным электродам для химических источников тока и может быть использовано в области электротехники. .

Изобретение относится к области химических источников тока и может быть использовано при изготовлении цинковых пастообразных анодов. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении воздушных электродов для первичных химических источников тока (ХИТ) со щелочным электролитом.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении никелевых или кадмиевых электродов для щелочных аккумуляторов. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении никель-цинковых аккумуляторов. .
Наверх