Способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах

Изобретение относится электротехнике и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевых аккумуляторов в составе различных электротехнических и электронных систем. Способ создания на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящего никелевого слоя, проницаемого для ионов и имеющего электрический контакт с токоотводом, при этом электрически проводящий никелевый слой толщиной 2-4 мкм на поверхности оксидно-никелевых электродов создается путем электролиза в нейтральном (рН=7) электролите никелирования. Изобретение позволяет создать никель-кадмиевые аккумуляторы с металлокерамическими электродами неподверженными тепловому разгону.

 

Изобретение относится электротехнике и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевых аккумуляторов в составе различных электротехнических и электронных систем.

Известен способ [патент РФ №2043678, МПК H01M 10/48, H01M 10/26, 1995] контроля теплового разгона в аккумуляторе во время его эксплуатации в буферном режиме. В рамках данного способа температура аккумулятора во время эксплуатации постоянно контролируется с помощью прикрепленных термодатчиков. В случае повышения температуры выше 70-80°С аккумулятор отключается.

Однако данный способ только предотвращает наступление теплового разгона, но не устраняет саму возможность появления этого явления в процессе эксплуатации аккумуляторов.

В качестве прототипа выбран способ создания никель-кадмиевых аккумуляторов с металлокерамическими электродами неподверженными тепловому разгону [патент РФ №2617687, МПК H01M 10/24, 2016], заключающийся в создании на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящего никелевого слоя проницаемого для ионов и имеющего электрический контакт с токоотводом, который создается путем помещение металлокерамических оксидно-никелевых электродов в пакеты из тонкой никелевой перфорированной фольги толщиной 2-5 мкм, причем вверху пакеты из фольги привариваются к токоотводам электродов.

Недостаток данного способа заключается в том, что создание перфорированной никелевой фольги и помещение металлокерамических оксидно-никелевых электродов в пакеты из этой фольги являются дорогостоящими и трудоемкими операциями.

Задачей изобретения является разработка дешевого и технологически эффективного способа создания на оксидно-никелевых электродах электрически проводящего никелевого слоя проницаемого для ионов и имеющего электрический контакт с токоотводом.

Поставленная задача решалась благодаря тому, что в известном способе создания на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящего никелевого слоя проницаемого для ионов и имеющего электрический контакт с токоотводом внесены изменения, характеризующиеся тем, что электрически проводящий никелевый слой толщиной 2-4 мкм на поверхности оксидно-никелевых электродов создается путем электролиза в нейтральном (рН=7) электролите никелирования.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

В работе [Yazvinskaya N.N., Galushkin N.E., Galushkin D.N., Galushkina LA. Probability investigation of thermal runaway in nickel-cadmium batteries with pocket electrodes // International journal of electrochemical science. - 2016. - V. 11. - P. 5850-5854] экспериментально и теоретически доказано, что в аккумуляторах с ламельными электродами тепловой разгон невозможен. Потому что для начала теплового разгона нужно, чтобы дендрит на кадмиевом электроде пророс через сепаратор, тогда в месте расположения дендрита плотность тока будет значительно выше, чем в соседних местах электрода и электрод будет разогреваться сильней. Это приведет к началу процесса теплового разгона [Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. The mechanism of thermal runaway in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2015. - V. 162. - P. A749-A753]. В аккумуляторах с ламельными электродами, проросший дендрит из-за высокой проводимости ламели не может сильно локально разогреть электрод и при большой плотности тока дендрит просто сгорит. Поэтому в аккумуляторах с ламельными электродами тепловой разгон невозможен.

Создание на поверхности оксидно-никелевых электродов электропроводящего никелевого слоя также не позволит электродам вместе прорастания дендритов сильно разогреваться, что исключит возможность наступления процесса теплового разгона [Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. Study of thermal runaway electrochemical reactions in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2015. - V. 162. - P. A2044-А2050].

Как известно, в случае электрохимического осаждения никеля при рН>5,5 [Шлугер М.А. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник, М.: Машиностроение, 1985, С. 105-118] начинается гидролиз. Продукты гидролиза (оксид и гидроксид никеля), внедряясь в покрытие, способствуют удержанию пузырьков водорода на поверхности катода, поэтому осажденный никель становится пористым, что обеспечивает создание электрически проводящего никелевого слоя проницаемого для ионов. Поэтому для создания электрически проводящего никелевого слоя проницаемого для ионов использовались нейтральные электролиты с рН=7.

Ниже приведены примеры осуществления предлагаемого способа.

Пример 1. Предлагаемый способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах с металлокерамическими электродами проверялся на десяти аккумуляторах НКБН-25-У3. Данные аккумуляторы после семи лет эксплуатации были сняты с объекта, вследствие большого тока саморазряда. Аккумуляторы вскрыли и с оксидно-никелевых электродов сняли сепараторы. Затем оксидно-никелевые электроды первой группы из пяти аккумуляторов помещали в электролит никелирования NiSO4⋅7H2O - 170 г/л; NiCl2⋅6H2O - 35 г/л; NaCl - 10 г/л; Na2SO4⋅10H2O - 70 г/л. Никелирование проходило при: плотности тока 0,9 А/дм2; температуре 20°С и рН=7 в течение 18 мин. Это позволило создать на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящий никелевый слой, проницаемый для ионов, толщиной около 3 мкм, имеющий электрический контакт с токоотводом. Затем на эти электроды надевались прежние сепараторы.

На оксидно-никелевые электроды второй контрольной группы из пяти аккумуляторов были надеты прежние сепараторы. После этого аккумуляторы собрали снова, запаяли и залили электролит.

Согласно исследованиям в работе [Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N., Galushkina LA. Causes analysis of thermal runaway in nickel-cadmium accumulators the mechanism of thermal runaway in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2014. - V. 161. - P.A1360-A1363] вероятность теплового разгона увеличивается с увеличением температуры аккумуляторов при их эксплуатации и напряжения их заряда. В связи с этим, аккумуляторы заряжались в термокамере при температуре 45°С и при напряжении заряда 2,3 В в течение 10 ч. Разряд выполнялся согласно руководству по технической эксплуатации аккумуляторов НКБН-25-У3 током 10 А до напряжения на клеммах аккумулятора 1 В. Было выполнено всего 800 циклов заряда-разряда для аккумуляторов каждой группы.

В результате циклирования тепловой разгон наблюдался четыре раза в контрольной группе аккумуляторов и ни одного раза в аккумуляторах с оксидно-никелевыми электродами, покрытыми электрически проводящим никелевым слоем.

Пример 2. Предлагаемый способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах с металлокерамическими электродами проверялся на десяти аккумуляторах НКГК-33СА. Данные аккумуляторы после шести лет эксплуатации были сняты с объекта. Аккумуляторы вскрыли и с оксидно-никелевых электродов сняли сепараторы. Затем оксидно-никелевые электроды первой группы из пяти аккумуляторов были помещены в электролит никелирования NiSO4⋅7H2O - 170 г/л; NiCl2⋅6H2O - 35 г/л; NaCl - 10 г/л; Na2SO4⋅10H2O - 70 г/л. Никелирование происходило при: плотности тока 0,9 А/дм2; температуре 20°С и рН=7 в течение 18 мин. Это позволило создать на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящий никелевый слой, проницаемый для ионов толщиной около 3 мкм, имеющий электрический контакт с токоотводом. Затем на эти электроды были надеты прежние сепараторы.

На оксидно-никелевые электроды второй контрольной группы из пяти аккумуляторов были надеты прежние сепараторы. После этого аккумуляторы собрали снова, запаяли и залили электролит.

Аккумуляторы заряжали в термокамере при температуре 45°С и при напряжении заряда 2,3 В в течение 10 ч. Разряд выполнялся согласно руководству по технической эксплуатации аккумулятора НКГК-33СА током 6 А до напряжения на клеммах аккумулятора 1 В. Было выполнено всего 800 циклов заряда-разряда для аккумуляторов каждой группы.

В результате циклирования тепловой разгон наблюдался четыре раза в контрольной группе аккумуляторов и ни одного раза в аккумуляторах с оксидно-никелевыми электродами, покрытыми электрически проводящим никелевым слоем.

Предлагаемый способ является недорогим и эффективным способом, позволяющим создавать никель-кадмиевые аккумуляторы с металлокерамическими электродами неподверженными тепловому разгону.

ИСТОЧНИКИ

1. Патент РФ №2043678, МПК Н01М 10/48, Н01М 10/26, 1995.

2. Патент РФ №2617687, МПК Н01М 10/24, 2016.

3. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N., Galushkina I.A. Causes analysis of thermal runaway in nickel-cadmium accumulators the mechanism of thermal runaway in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2014. - V. 161. - P. A1360-A1363.

4. Yazvinskaya N.N., Galushkin N.E., Galushkin D.N., Galushkina I.A. Probability investigation of thermal runaway in nickel-cadmium batteries with pocket electrodes // International journal of electrochemical science. - 2016. - V. 11. - P. 5850-5854.

5. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. The mechanism of thermal runaway in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2015. - V. 162. - P. A749-A753.

6. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. Study of thermal runaway electrochemical reactions in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2015. - V. 162. - P. A2044-A2050.

7. Шлугер M.A. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник, М.: Машиностроение, 1985, С. 105-118.

Способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах, заключающийся в создании на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящего никелевого слоя, проницаемого для ионов и имеющего электрический контакт с токоотводом, отличающийся тем, что электрически проводящий никелевый слой толщиной 2-4 мкм на поверхности оксидно-никелевых электродов создается путем электролиза в нейтральном (рН=7) электролите никелирования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к обратимым топливным элементам. Технический результат - обеспечение создания обратимого топливного элемента и батареи обратимых топливных элементов, каждый из которых имеет превосходные характеристики эффективности использования энергии, плотности энергии и изменения нагрузки по заданному графику.

Изобретение относится к области изготовления химических источников тока, а именно к аккумуляторной батарее, включающей слоистый элемент, и к способу сборки слоистого элемента.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении литий-ионного и литий-полимерного аккумулятора. Техническим результатом изобретения является повышение удельной разрядной емкости, уменьшение экологического риска и снижение взрывобезопасности.

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно к способу изготовления никель-цинковых аккумуляторов с металлокерамическим окисно-никелевым электродом.

Изобретение относится к устройству для сборки и оснащения корпусов автомобильных аккумуляторных батарей (АБ) как компактной системы, содержащей отдельные технологические станции и связанные с ними транспортные устройства, причем пакеты аккумуляторных пластин, подлежащие технологической обработке, размещаются в зажимных блоках и подаются в устройство с необходимой шириной пакета для намеченных элементов АБ, подаваемых станцией подачи, установленной перед предлагаемым устройством.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления электродов химических источников тока, например для щелочных и кислотных аккумуляторов.

Изобретение относится к способам производства никелевой волоконной электродной основы с развитой поверхностью волокон для химических источников тока и полученной этим способом никелевой волоконной основе электрода.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в щелочных аккумуляторах, включающих положительный электрод из сферического гидроксида никеля и отрицательный электрод из оксида цинка, разделенные комбинированным пористым сепаратором, щелочной электролит и корпус с клапаном.
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов. .
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов с тканевой сепарацией.
Изобретение относится к области электротехники и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевых аккумуляторов в составе различных электротехнический и электронных систем.
Изобретение относится электротехнике и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевых аккумуляторов в составе различных электротехнических и электронных систем.

Изобретение относится к электротехнике и электрохимии и касается катодного материала водоактивируемых резервных батарей, которые преимущественно предназначены для энергопитания метеорологических радиозондов, шаров-пилотов, морских сигнальных устройств, спасательных средств, буев, аварийных радиомаяков.

Изобретение относится к щелочной аккумуляторной батарее с серебряным положительным электродом. .
Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам, преобразующим химическую энергию в электрическую. .
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для извлечения никеля из отработанных щелочных аккумуляторов ламельной конструкции. .

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для изготовления компонентов активных масс отрицательных электродов при рециклинговой переработке отработанных щелочных аккумуляторов.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленности при производстве щелочных аккумуляторов с кадмиевыми электродами. .
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам получения пористых гибких диэлектрических материалов для сепараторов химических источников тока.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве никель-кадмиевых герметичных аккумуляторов с безламельными электродами.

Изобретение относится электротехнике и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевых аккумуляторов в составе различных электротехнических и электронных систем. Способ создания на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящего никелевого слоя, проницаемого для ионов и имеющего электрический контакт с токоотводом, при этом электрически проводящий никелевый слой толщиной 2-4 мкм на поверхности оксидно-никелевых электродов создается путем электролиза в нейтральном электролите никелирования. Изобретение позволяет создать никель-кадмиевые аккумуляторы с металлокерамическими электродами неподверженными тепловому разгону.

Наверх