Свинцово-кислотный аккумулятор



Свинцово-кислотный аккумулятор
Свинцово-кислотный аккумулятор
Свинцово-кислотный аккумулятор
Свинцово-кислотный аккумулятор

 


Владельцы патента RU 2553974:

Открытое акционерное общество "Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт по проектированию энергетических и электрических сетей "ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ" (RU)

Предлагаемый свинцово-кислотный аккумулятор относится к области электротехники, в частности к обратимым электрохимическим элементам (аккумуляторам). Технический результат - увеличение удельной электрической емкости. Сущность заявленного изобретения состоит в новой конструкции электродов, обеспечивающей улучшение удельной емкости по массе. Центральные части электродов (несущие и токоведущие керны) выполняются не из свинца, а из другого металла, более легкого, электропроводного и прочного, например из алюминия. Такие керны могут быть тонкими и выполняться из алюминиевой фольги. Активные вещества наносятся на поверхность несущих кернов в виде тонких слоев. С уменьшением толщины кернов и слоев активных веществ, при прежнем объеме аккумулятора, существенно возрастает площадь поверхности электродов, что обеспечивает улучшение условий протекания электрохимических реакций. Для исключения контакта электролита с металлом кернов последние покрываются дополнительным защитным электропроводящим слоем, например, из графита. Свинцово-кислотный аккумулятор с электродами предложенной конструкции приобретает вид тонкой многослойной ленты, которая для оптимизации габаритов всего устройства может быть свернута в спираль. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области электротехники, в частности к обратимым электрохимическим элементам (аккумуляторам).

Из существующего уровня техники известен свинцово-кислотный аккумулятор, который состоит из положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами и залитых электролитом - водным раствором серной кислоты (Н. Курзуков, В. Ягнятинский. Автомобильные аккумуляторы. Секреты выбора и применения. М., 2002 г., п.1.2 [1]). Электроды выполнены в виде свинцовых пластин, и пластины положительного электрода перемежаются пластинами отрицательного электрода так, что при работе используются обе стороны каждой пластины (кроме крайних). На поверхности пластин находятся активные вещества - металлический свинец и его соединения, реагирующие с электролитом. Положительный электрод покрыт двуокисью свинца и является анодом аккумулятора. Отрицательный электрод является катодом, его активное вещество - сам металлический свинец. Пластины могут иметь сложную форму, в частности форму решеток, что увеличивает общую площадь поверхности соприкосновения электродов с электролитом и соответственно величину отдаваемого и принимаемого тока. Электрическая емкость аккумулятора зависит, в основном, от количества (массы) активных веществ. Решетчатая форма пластин обеспечивает дополнительный рост емкости, в основном для анода, поскольку дает возможность размещения большего количества пастообразного активного анодного вещества в ячейках решетчатых анодных пластин. Для съема и подвода тока пластины объединяются промежуточными токоведущими частями - соединительными элементами, мостиками. Вывод тока аккумулятора во внешнюю электрическую цепь осуществляется через токоведущие стержни - борны, анодный и катодный соответственно.

Недостатками данного устройства являются:

- снижение емкости, которое возможно в процессе работы вследствие отделения части активного вещества, в частности анодного, от пластин анода (осыпания, «оплывания» активного вещества);

- невысокая удельная энергоемкость по массе, обусловленная большой общей массой всех свинцовых деталей аккумулятора при относительно небольшой массе собственно активных веществ. Из свинца изготавливают все участки электродов - рабочие участки, погруженные в электролит, участки электрической связи пластин (мостики) и выводные борны. Выполнение всех этих участков из свинца диктуется тем условием, что никакие другие металлы не должны присутствовать в реакционном объеме аккумулятора. Если кислотный электролит будет соприкасаться и реагировать с другим металлом, его ионы могут осаждаться на поверхностях рабочих участков электродов и препятствовать протеканию нужных реакций активных веществ, лежащих в основе работы аккумулятора - эффект «отравления» аккумулятора (В.С. Лаврус. Источники энергии. М., 1997, п.2.2.1). Однако свинец имеет относительно невысокую электропроводность, меньшую на порядок по сравнению, например, с алюминием или медью. Это приводит к тому, что поперечные сечения свинцовых электродов должны быть большими. Электроды должны быть «толстыми», причем не только их участки, несущие активные вещества, но и вспомогательные участки объединения пластин и выводные борны. Поскольку плотность свинца высокая, общая масса электродов получается большой. При этом доля массы этих вспомогательных частей оказывается весьма значительной и может составлять 14…20% от общей массы аккумулятора (Э. Рихстейн. Введение в энерготехнику. Таллинн, 2008, стр.237, рис.5.5.9);

- неполное использование активных веществ в процессе работы аккумулятора. Полнота их использования зависит, в том числе, от площади контакта активных веществ с электролитом и с погруженной рабочей частью электрода.

Известно техническое решение электрода свинцово-кислотного аккумулятора, обеспечивающего увеличение площади соприкосновения с нанесенным активным веществом за счет придания рабочему участку электрода гофрированной формы (Патент SU №242993).

Недостатком данного технического решения также является относительно небольшое увеличение площади поверхности при соблюдении прежнего габарита аккумулятора по толщине и величине боковой площади.

Оценим все приведенные признаки и факторы, определяющие площадь электродов в устройстве, приведенном в [Н. Курзуков, В. Ягнятинский. Автомобильные аккумуляторы. Секреты выбора и применения. М., 2002 г.]: у каждой электродной пластины рабочими являются две стороны, количество пластин в сборке составляет около 10 (по 5 анодных и 5 катодных), гофрированная или решетчатая форма обеспечивает увеличение площади поверхности еще в 2…3 раза. Таким образом, площадь поверхности рабочих участков электродов может быть оценена на уровне 20…30 величин боковой площади всего аккумулятора, что является типичным показателем для современного уровня развития свинцово-кислотных аккумуляторов.

Недостаточно большая площадь рабочей поверхности при заданном объеме веществ приводит к относительно большой толщине слоя активного вещества и, соответственно, к риску его неполного использования. Неполнота использования диктует необходимость размещения в аккумуляторе активных веществ с запасом, и доля такого заведомо непроизводительного запаса может составлять до 35% [Э. Рихстейн. Введение в энерготехнику. Таллинн, 2008, стр.237 рис.5.5.9]. В итоге суммарная доля непроизводительных затрат по массе в аккумуляторе, приведенном в [Н. Курзуков, В. Ягнятинский. Автомобильные аккумуляторы. Секреты выбора и применения. М., 2002 г.], из-за вспомогательных участков электродов и избыточных запасов активных веществ может достигать 50% и более.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является свинцово-кислотный стационарный аккумулятор по патенту №2158046 [5]). Он состоит из положительных и отрицательных электродов, разделенных сепараторами и залитых электролитом. Электроды выполнены в виде свинцовых пластин, пластины положительного электрода перемежаются пластинами отрицательного электрода. Электроды располагаются в корпусе, частично заполненном электролитом. Часть электрода, погруженная в электролит (нижняя), является рабочим участком электрода; на поверхности рабочего участка находится соответствующее анодное или катодное активное вещество. Для съема и подвода тока одноименные пластины объединяются промежуточными токоведущими мостиками (средний участок электродов). Вывод тока аккумулятора во внешнюю электрическую цепь осуществляется через токоведущие стержни - выводные борны, выходящие наружу корпуса (верхняя часть электрода). Для увеличения проводимости соединения с внешней электрической цепью и увеличения механической прочности этого соединения борны снабжены внутренними стержнями - кернами из более электропроводного и более прочного металла, чем свинец, в частности, из меди. В процессе работы при разряде активное вещество с поверхности рабочего участка расходуется. При заряде происходит противоположный процесс, приводящий к увеличению толщины электрода на рабочем участке. При разряде уменьшение толщины электрода может происходить неравномерно, и на значительную глубину, вплоть до полной толщины электрода. Чтобы не было «отравления» аккумулятора, необходимо исключить возможность контакта электролита с металлом керна. Для этого в электроде нижний уровень проводящего и упрочняющего керна (несущего керна) делается выше верхнего уровня электролита.

Недостатком данного устройства является небольшая удельная электрическая емкость по массе, обусловленная наличием массивных участков свинцовых электродов - рабочих участков и промежуточных токоведущих мостиков. Избыточная масса активных веществ, связанная с большой толщиной слоев активных веществ, обусловлена недостаточно большой площадью поверхности рабочих участков электродов. Общую площадь поверхности рабочих участков электродов для этого устройства, также как и для устройства, приведенного в [Н. Курзуков, В. Ягнятинский. Автомобильные аккумуляторы. Секреты выбора и применения. М., 2002 г.], следует оценить на уровне 20…30 площадей боковой проекции конструкции устройства по патенту №2158046.

Целью заявляемого изобретения является повышение удельной электрической емкости свинцово-кислотного аккумулятора по массе за счет сокращения массы рабочих и промежуточных участков электродов, а также за счет сокращения массы непроизводительных запасов активных веществ.

Указанная цель достигается тем, что в свинцово-кислотном аккумуляторе, содержащем корпус, заполненный кислотным электролитом, разделенные пористым сепаратором положительный и отрицательный электроды, причем каждый электрод состоит из рабочего участка, погруженного в электролит, соединительных мостиков и выводных борнов, содержащих несущие керны из металла, иного, чем свинец, а также активные вещества, расположенные на поверхностях рабочих участков соответствующих электродов, каждый несущий керн продлен вдоль всего электрода, включая его рабочий участок, и отделен от активного вещества защитным слоем, выполненным из электропроводящего вещества, не реагирующего с электролитом; при этом электроды свернуты в спираль, причем несущие керны, защитные слои, слои активных веществ и пористый сепаратор соприкасаются друг с другом; кроме того, электроды смещены относительно друг друга по направлению оси свертывания и выступающие на разных сторонах устройства края электродов объединены соединительными мостиками.

Таким образом, заявляемый свинцово-кислотный аккумулятор с несущими электродами включает в себя пластины электродов анода и катода, разделенные сепаратором, помещенные в корпус, заполненный электролитом в виде водного раствора серной кислоты. Активные вещества анода и катода находятся на поверхности соответствующих электродов, внутренняя часть анода и катода выполнена в виде несущего керна из металла, более прочного, более легкого и более электропроводного, чем свинец. Между слоем активного вещества и несущим керном находится защитный слой, выполненный из электропроводящего материала, не реагирующего с электролитом, а несущий керн проходит через весь электрод, включая рабочий участок. Несущие керны анода и катода могут иметь весьма малую толщину, т.е. быть выполненными из фольги, медной, железной или алюминиевой.

Защитный слой между несущим керном и активным веществом электрода может быть выполнен из углеродсодержащего вещества, например из графита (а.с. SU 572535 [6]).

Толщина сепаратора и слоев активных веществ может быть также весьма малой, за счет чего площадь поверхности рабочих участков электродов может быть весьма большой (при том же объеме аккумулятора); при этом высота (ширина) электродов может быть некоторой разумной величины, удобной с точки зрения изготовления и применения, а их длина при этом будет весьма большой, и все устройство приобретает вид тонкой многослойной ленты. Эта многослойная лента может быть свернута в спираль для сокращения габаритов всего устройства. При этом устройство может приобретать форму цилиндрического диска, причем высота (толщина) этого спирального диска определяется высотой (шириной) ленты. Торцы спирального диска могут быть покрыты изолирующим веществом, за счет чего могут быть сформированы крышки устройства, обеспечивающие замкнутость межэлектродного пространства и удержание в нем электролита в процессе работы. Анод и катод могут быть расположены со смещением, так что при сворачивании в спираль на одном торце спирального диска будут выступать края витков анода, а на другом - края витков катода. Эти края могут быть объединены, например, точечной сваркой, или скруткой с дополнительными токоведущими элементами (мостиками) для лучшей проводимости при подключении к внешней электрической цепи.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является сокращение массы устройства при той же электрической емкости (увеличение удельной электрической емкости по массе). Наличие керна из металла с более высокой электропроводностью, чем у свинца, дает возможность выполнить все участки электродов более тонкими, при том же внутреннем сопротивлении выходному току (например, электропроводность алюминия больше электропроводности свинца на порядок, следовательно, толщина и поперечное сечение электрода могут быть сокращены в несколько раз). Другим фактором сокращения массы является меньшая плотность самого металла керна (например, алюминий по сравнению со свинцом легче более чем в 3 раза). В предложенном устройстве площадь рабочих поверхностей электродов может быть значительно увеличена, следовательно, при той же величине электрической емкости и при том же необходимом количестве активных веществ толщина слоев активных веществ может быть значительно меньше, и одновременно с этим уменьшается плотность токов на поверхности электродов. Следовательно, возрастает эффективность использования всего объема активных веществ, поэтому исключается необходимость снабжения устройства избыточными запасами этих веществ, т.е. обеспечивается еще один фактор сокращения массы устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлено расположение и состав электрода в свинцово-кислотном аккумуляторе в поперечном сечении: изображен один из электродов, в частности катод (состав анода аналогичен). Электрод показан схематично, в виде, приближенном к изображению электрода на фиг.1 описания известного устройства [патент №2158046].

На фиг.2 представлен свинцово-кислотный аккумулятор с несущими электродами в поперечном сечении: показано взаимное расположение анода и катода и их частей (слоев).

На фиг.3 предложена возможная конфигурация свинцово-кислотного аккумулятора с несущими электродами, имеющего вид многослойной ленты.

На фиг.4 предложена возможная компоновка свинцово-кислотного аккумулятора с несущими электродами в виде ленты, свернутой в спираль.

Аккумулятор содержит электроды (1) - анод А и катод К. Электроды (1) расположены в корпусе (2), залитом электролитом (3) с верхним уровнем заливки (4). Каждый электрод (1) имеет рабочий участок, расположенный ниже уровня заливки (4). На поверхности рабочего участка имеется слой активного вещества (5) переменной толщины. Под поверхностным слоем активного вещества расположен защитный слой (6) из вещества электропроводного, но химически не реагирующего с электролитом. Электроды (1) выступают из корпуса (2) по крайней мере одним концом (7). Этот конец (7) служит для подключения к внешней электрической цепи. Защитный слой (6) покрывает внутреннюю часть электрода - несущий керн (8), проходящий через весь электрод (1) и оканчивающийся концом (7). Несущий керн (8) выполнен из металла, более легкого, более электропроводного и более прочного, чем свинец. Несущий керн (8) выполняет одновременно и токоведущую функцию, и служит местом физического размещения активных веществ и удержания в соприкосновении остальных слоев и частей устройства, поэтому он назван несущим. В связи с этим и все устройство названо аккумулятором с несущими электродами. Электрод (1) может занимать всю высоту корпуса (2) и его нижний конец может располагаться на дне корпуса (2), или даже выходить из него. В любом случае несущий керн (8), проходя через весь электрод (1), проходит в том числе и внутри рабочего участка, погруженного в электролит (3). Соответственно, для конфигурации устройства на фиг.1 нижний уровень (9) несущего керна (8) располагается ниже уровня заливки (4) электролита (3).

Несущие керны (8) анода А и катода К целесообразно выполнять из металла, имеющего лучшие электропроводные и конструкционные качества по сравнению со свинцом. При этом возможно выполнение несущих кернов (8) в виде тонких пластин, фактически в виде полос фольги, или лент. На эти ленты последовательно наносятся защитные слои (6) и тонкие слои активных веществ (5). При этом несмотря на то, что поверхность электродов (1) не является решетчатой, ее площадь оказывается весьма большой.

Сепаратор (10) между анодом А и катодом К (фиг.2) может быть выполнен из пористого материала, пропитанного электролитом (3), и весь электролит (3) может располагаться в объеме сепаратора (10). В этом случае толщина ленты w определяется суммой толщин несущих кернов (8) анода А и катода К, толщин слоев их активных веществ (5) и толщины сепаратора (10). С учетом того, что пластины электродов анода А и катода К чередуются, сумма толщин слоев активных (5) и защитных (6) веществ должна быть удвоена. Вид такой ленточной конфигурации устройства представлен на фиг.3. Величины wA и wK - это толщины анода А и катода К (с учетом удвоения толщин слоев активных веществ), h - высота (ширина) ленты, L - длина ленты.

Для сокращения габаритов устройства целесообразно ленту по фиг.3 свернуть в спираль так, чтобы внешние и внутренние поверхности соседних витков соприкасались. Спираль будет иметь витки со средним радиусом R, со средней длиной витка С=2πR, а общая длина ленты будет определять соотношение длины витка и количества витков L=N·C. Один из габаритов получившегося диска будет определяться толщиной h, равной высоте ленты. Другие габариты устройства в такой свернутой компоновке будут определяться удвоенным средним радиусом 2R, который при большом количестве витков N будет значительно меньше L.

Ленты несущих кернов (8) анода А и катода (К) целесообразно располагать с некоторым смещением относительно друг друга по высоте. Тогда при сворачивании в спираль концы витков анода А и катода К будут выступать на разных торцах спирального диска. Они могут быть объединены дополнительными токоведущими стержнями или мостиками (11; 12) для обеспечения более высокой проводимости при подключении к внешней электрической цепи.

Устройство работает следующим образом. При разряде активное вещество (5) анода А, двуокись свинца, преобразуется в сульфат свинца. Активное вещество (5) катода К, металлический свинец, преобразуется в сульфат свинца. При преобразовании активных веществ (5) на аноде А образуется недостаток электронов, а на катоде К - их избыток. Появляется напряжение между анодом А и катодом К. При замыкании внешней электрической цепи начинает протекать электрический ток (по цепи: поверхность рабочего участка анода А - защитный слой (6) анода А - несущий керн (8) анода А - конец (7) несущего керна (8) анода А - токоведущий стержень или мостик (11) анода А, внешняя электрическая цепь, токоведущий стержень или мостик (12) катода К - конец (7) несущего керна (8) катода К - несущий керн (8) катода К - защитный слой (6) катода К - поверхность рабочего участка катода К). Сульфат свинца образуется в виде мелких кристаллов, слой которых не препятствует проникновению кислотного электролита к поверхности электрода. При увеличении толщины слоя сульфата свинца толщина слоя активного вещества (5) уменьшается. Ход этого процесса условно показан на фиг.1 направлением «а». Когда запас активного вещества (5) рабочего участка заканчивается и кислота проникает до защитного слоя (6), процесс разряда прекращается.

Вещество защитного слоя (6) препятствует реакции электролита (3) с металлом несущего керна (8), и «отравления» аккумулятора не происходит даже при полном исчерпании активного вещества (5) на рабочем участке каждого из электродов (1).

Для заряда аккумулятора внешняя цепь должна содержать источник напряжения и тока. При подаче внешнего напряжения ток будет протекать по цепи из перечисленных выше частей устройства в обратном направлении, условно обозначенном «б» на фиг.1. При заряде на поверхностях электродов (1) будут происходить обратные преобразования сульфата свинца в активные вещества (5) анода А и катода К. Эти вещества будут откладываться на поверхностях защитных слоев (6), восстанавливая исходное состояние устройства. Стадии разряда и заряда образуют цикл работы устройства, который может повторяться многократно.

Несущие керны (8) могут быть выполнены из алюминиевой фольги, толщина которой на современном уровне развития техники может составлять десятки-единицы микрон. Можно принять, что толщины защитных слоев (6), активных веществ (5) рабочих участков обоих электродов (1) и сепаратора (10) составляют величины того же порядка, следовательно, можно оценить всю толщину ленты аккумулятора w на уровне десятых долей миллиметра.

При высоте h и ширине аккумулятора 2R, на уровне типовых размеров известных конструкций [Н. Курзуков, В. Ягнятинский. Автомобильные аккумуляторы. Секреты выбора и применения. М., 2002; патент №2158046], и общем объеме аккумулятора порядка единиц-долей литра, количество витков N составит примерно нескольких сотен. Соответственно, и общая площадь поверхности рабочих участков электродов составит несколько сотен площадей боковой проекции конструкции предложенного аккумулятора, что значительно больше оценки указанного параметра известного устройства [патент №2158046]. Масса устройства при этом будет уменьшена, поскольку ряд частей будет выполнен не из свинца, а из алюминия, и будут сокращены непроизводительные запасы активных веществ.

Приведенные оценки говорят о том, что предложенное устройство свинцово-кислотного аккумулятора действительно обеспечивает решение поставленной технической задачи - сокращение массы при той же электрической емкости, то есть увеличение удельной емкости по массе.

1. Свинцово-кислотный аккумулятор, содержащий корпус, заполненный кислотным электролитом, разделенные пористым сепаратором положительный и отрицательный электроды, причем каждый электрод состоит из рабочего участка, погруженного в электролит, соединительных мостиков и выводных борнов, содержащих несущие керны из металла, иного, чем свинец, а также активные вещества, расположенные на поверхностях рабочих участков соответствующих электродов, отличающийся тем, что каждый несущий керн продлен вдоль всего электрода, включая его рабочий участок, и отделен от активного вещества защитным слоем, выполненным из электропроводящего вещества, не реагирующего с электролитом.

2. Свинцово-кислотный аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что электроды свернуты в спираль, причем несущие керны, защитные слои, слои активных веществ и пористый сепаратор соприкасаются друг с другом.

3. Свинцово-кислотный аккумулятор по п.2, отличающийся тем, что электроды смещены относительно друг друга по направлению оси свертывания и выступающие на разных сторонах устройства края электродов объединены соединительными мостиками.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к литий-несущему фосфату железа в форме микрометрических смешанных агрегатов нанометрических частиц, к электроду и элементу, образованным из них, к способу их производства, который характеризуется стадией наноразмола, на которой посредством микроковки образуются микрометрические смешанные агрегаты нанометрических частиц.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и последующей эксплуатации аккумуляторов и аккумуляторных батарей (АБ) различных типов в автономных системах электроснабжения космических аппаратов (КА), в частности искусственных спутников земли (ИСЗ).

Изобретение относится к аккумуляторной батарее, включающей в себя положительный электрод, который может поглощать и выделять литий, и жидкий электролит. При этом положительный электрод содержит активный материал положительного электрода, который работает при потенциале 4,5 В или выше по отношению к литию; и при этом жидкий электролит содержит фторированный простой эфир, представленный следующей формулой (1), и циклический сульфонат, представленный следующей формулой (2): (1).

Изобретение относится к регулированию температуры батареи гибридного транспортного средства. Способ регулирования температуры тяговой батареи гибридного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем включает обеспечение первого контура регулирования температуры для двигателя внутреннего сгорания; обеспечение второго контура регулирования температуры для тяговой батареи; осуществление нагрева тяговой батареи нагревателем, установленным во втором контуре регулирования температуры последовательно с насосом, радиатором и тяговой батареей.

Устройство контроля плотности электролита аккумуляторной батареи относится к электротехнической промышленности, а именно к области измерения и контроля технологических параметров.

Изобретение относится к электрическим транспортным средствам. Технический результат - обеспечение возможности подогрева батареи.

Изобретение относится к аккумулятору транспортного средства. Аккумулятор транспортного средства содержит один аккумуляторный модуль, размещенный под панелью пола транспортного средства; другой аккумуляторный модуль, размещенный рядом с одним аккумуляторным модулем и имеющий высоту, превышающую высоту одного аккумуляторного модуля.

Изобретение относится к нагревательному модулю, эффективному при управлении температурой аккумуляторного модуля, изготовленного посредством пакетирования определенного числа аккумуляторных элементов.

Данное изобретение относится к энергетической системе, использующей двигатель-генератор или общую сеть с источником переменного тока. Технический результат заключается в повышении энергосбережения системы.

Изобретение относится к аккумуляторному блоку, сформированному из нескольких аккумуляторных оболочек, уложенных одна поверх другой. Техническим результатом является повышение эффективности обогрева аккумуляторного модуля.

Изобретение относится к способам получения электрической энергии и может быть использовано для создания морской электростанции по преобразованию потенциальной энергии ионов морской воды в энергию электрического тока, а также по созданию преобразователей энергии ионов плазмы в электрическую энергию. Технический результат - повышение эффективности способа получения электрической энергии использованием природной естественной ионизованной среды - морской воды как электролита. В способе получения электрической энергии, заключающемся в размещении двух электродов в ионизованной электрически нейтральной среде, в разделении свободных заряженных частиц ионизованной электрически нейтральной среды по знаку заряда, переносе зарядов заряженных частиц на электроды и пропускании электрического тока между электродами по внешней цепи нагрузки-потребителя энергии, разделение заряженных частиц осуществляется электрическим полем контактной разности потенциалов между поверхностями электродов, а перенос электрического заряда с заряженных частиц на электроды осуществляется нейтрализацией заряженных частиц на поверхностях электродов, достигаемой выбором материала отрицательного электрода с работой выхода электрона с поверхности еφ- больше энергии сродства S отрицательных частиц (еφ->S), а положительного электрода с работой выхода электрона с поверхности еφ+ меньше энергии ионизации eVi положительных ионов (eφ+<eVi). Предлагаемый способ по принципу действия не ограничивает ресурс зарядовой емкости. При использовании в качестве электролита морской воды можно энергию получать неограниченно. 1 ил.

Изобретение относится к композитному твердому электролиту на основе фаз, кристаллизующихся в системе Bi2O3-BaO-Fe2O3. При этом он содержит, мол.%: Bi2O3 - 67-79, BaO - 17-22, Fe2O3 - 2-16. Также изобретение относится к вариантам способа получения электролита. Указанные материалы имеют более высокие значения проводимости в области средних температур. 3 н.п. ф-лы, 1 табл., 9 ил.

Заявленное изобретение относится к устройству и способу изготовления аккумуляторной батареи, а именно к устройству, укладывающему электроды стопкой, и способу укладывания электродов стопкой. Предложенное устройство (110) поочередно укладывает стопкой пакетный положительный электрод (20) и отрицательный электрод (30), чтобы сформировать вырабатывающий энергию элемент. Устройство снабжено детектором (200) для обнаружения положения положительного электрода (24) в качестве первого электрода относительно пакетного электрода, который имеет разделитель (40)в форме оболочки, в которой предоставлен положительный электрод, и укладывающий стопкой узел (112), и (122) для укладывания стопкой положительного электрода (24) в качестве первого электрода на отрицательный электрод (30) в качестве второго электрода. Подающий положительный электрод стол (120) выполнен с возможностью корректировки положения электрода (20) на плоскости. Повышение точности расположения отрицательного и положительного электрода относительно разделителя (40) является техническим результатом изобретения. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 25 ил.

Активный материал положительного электрода для электрического устройства содержит первый активный материал и второй активный материал. Первый активный материал состоит из оксида переходного металла, представленного формулой (1): Li1,5[NiaCobMnc[Li]d]O3 …(1), где в формуле (1) a, b, c и d удовлетворяют соотношениям: 0<d<0,5; a+b+c+d=1,5; и 1,0<a+b+c<1,5. Второй активный материал состоит из оксида переходного металла шпинельного типа, представленного формулой (2) и имеющего кристаллическую структуру, относящуюся к пространственной группе Fd-3m: LiMa'Mn2-a'O4 …(2), где в формуле (2) M является по меньшей мере одним элементом-металлом с валентностью 2-4, и a' удовлетворяет соотношению: 0≤a'<2,0. Относительное содержание первого активного материала и второго активного материала удовлетворяет, в массовом отношении, соотношению, представленному выражением (3): 100:0<MA:MB<0:100…(3) (где в формуле (3) MA является массой первого активного материала, и MB является массой второго активного материала). Повышение эффективности заряда/разряда аккумуляторной батареи с таким материалом является техническим результатом изобретения. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл.

`Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля аккумуляторных батарей, включая высоковольтные батареи, установленные на космических аппаратах, при высоких требованиях к надежности, точности и массе. Технический результат - повышение надежности и точности контроля. Способ заключается в подаче сигналов с микроконтроллера (МК) на адресные входы коммутатора, поочередном подключении коммутатора к двум смежным выводам АЭ с контролем их напряжений, в котором после подключения коммутатора дополнительно формируется плавающая общая шина с напряжением смежного вывода контролируемых АЭ и измерительные шины, разности напряжений АЭ на шинах последовательно смещают в положительном, затем в отрицательном направлении относительно плавающей шины с использованием генератора тока, управляемого напряжением. В процессе контроля АБ проводится сквозная тарировка измерительного тракта и его стабилизация путем установки источника опорного напряжения (ИОН) в термостат, а при контроле АБ напряжения четных АЭ инвертируют. Устройство для осуществления способа содержит коммутатор, ИОН, МК, дешифратор с блоком гальванической развязки, дополнительные общую и измерительные шины, подключенные к двум устройствам смещения уровня сигнала, на основе ИОН и управляемого напряжением источника тока с применением высоковольтного транзистора. При этом в устройство введены ключи сквозной калибровки тракта, а ИОН установлен в термостат. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к фтор-проводящему твердому электролиту R1-yMyF3-y с тисонитовой структурой, содержащему фториды редкоземельного и щелочно-земельного металлов. Электролит характеризуется тем, что он имеет монокристаллическую форму и содержит трифторид RF3(R=La, Се, Pr, Nd) и дифторид MF2(М=Са, Sr, Ва), которые взяты при следующем соотношении: RF3 95-97 мол. % и MF2 3-5 мол. %, что обеспечивает достижение величины фтор-ионной проводимости до σ~5×10-4 Ом-1см-1 при 20°С. Также изобретение относится к способу получения электролита. Предлагаемый электролит не обладает пористостью, не имеет сниженной проводимости, присущей мелкокристаллическим порошкам, и имеет оптимизированный состав. 2 н.п. ф-лы, 6 пр., 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании аккумуляторных батарей из литий-ионных накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики. Технический результат заявленного изобретения состоит в экономии затрат на аппаратуру температурной автоматики подогрева и совмещении процесса балансировки накопителей батареи с ее подогревом от выбранных накопителей, не допуская их переразрядки и нарушения балансировки. Сущность изобретения состоит в том, что функция нагрева в зимних условиях и терморегуляция батареи возложена на встроенную в батарею иерархическую электронную систему управления путем подключения нагревательных элементов батарейных модулей к ее изолированной энергообменной магистрали постоянного тока через электронные ключи, встроенные и управляемые от блоков управления модулями, связанными с установленными на накопители батареи блоками управления накопителями с температурными датчиками и выравнивающими устройствами. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к перезаряжаемому электрохимическому элементу аккумуляторной батареи, имеющему корпус, положительный электрод, отрицательный электрод и электролит, содержащий двуокись серы и электропроводящую соль активного металла элемента. Общее количество кислородсодержащих соединений в элементе, способных вступать в реакцию с двуокисью серы и восстанавливать двуокись серы, составляет не более 10 ммолей на ампер-час теоретической зарядной емкости элемента. Повышение циклических характеристик перезаряжаемого элемента является техническим результатом изобретения. 21 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.
Изобретение относится к способам получения основного материала литий-ионных проводников. Предложен способ получения литий-ионного проводящего материала состава Li7La3Hf2O12, включающий постадийную термообработку с промежуточной перешихтовкой, отличающийся тем, что раствор сульфата гафния обрабатывают раствором гидроокиси аммония, взятом в отношении 1:1, полученный продукт фильтруют и сушат, после чего растворяют в азотной кислоте с концентрацией 3 моль/л и к полученному раствору добавляют растворы нитрата лантана и нитрата лития в стехиометрическом соотношении, приготовленные с избытком (0,04-0,15 моль) азотной кислоты, раствор выдерживают при нагревании и перемешивании до уменьшения объема в два раза, затем добавляют кристаллогидрат лимонной кислоты в количестве 3 моль к 1 моль Hf(IV) и снова выдерживают при температуре 140-150°C до формирования сухого остатка, полученный сухой остаток сушат и осуществляют термообработку в четыре стадии: I стадия - при температуре 350-380°C в течение 2-3 часов; II стадия - при температуре 560-590°C в течение 3-4 часов; III и IV стадии - при температуре 680-710°C и 780-810°C в течение 4-5 часов, соответственно, с перешихтовкой после III стадии. Технический результат: предложенный способ получения литий-ионного проводящего материала состава Li7La3Hf2O12 реализуется при температуре до 810°С и позволяет получить чистый продукт, незагрязненный примесями. 2 пр.

Изобретение относится к многослойной проводящей пленке, токоотводу, содержащему такую пленку, батарее, содержащей токоотвод и биполярной батарее. Многослойная проводящая пленка включает в себя слой 1, включающий в себя проводящий материал, содержащий полимерный материал 1 с алициклической структурой в основной цепи и проводящие частицы 1, и слой 2, включающий в себя материал, обладающий устойчивостью к потенциалу положительного электрода. Материал, обладающий устойчивостью к потенциалу положительного электрода, является проводящим материалом, содержащим полимерный материал 2 с устойчивостью к потенциалу положительного электрода и проводящие частицы 2. Полимерный материал 2 выбран из группы: ароматический полиимид, полиамид-имид, полиамид, полиэтилен, полипропилен, силикон, полифениленовый простой эфир, нейлон, полибутилентерефталат, полифениленсульфид, полиэфирэфиркетон и сложный полиэфир. Технический результат - получение многослойной проводящей пленки, обладающей стабильностью в среде равновесного потенциала на отрицательном электроде и стабильностью в среде равновесного потенциала на положительном электроде, имеющей низкое электрическое сопротивление на единицу площади в направлении толщины и имеющей превосходные свойства барьера для растворителя электролитического раствора. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.
Наверх