RU2168810C2 - Hermetically sealed nickel-cadmium accumulator - Google Patents

Hermetically sealed nickel-cadmium accumulator Download PDF

Info

Publication number
RU2168810C2
RU2168810C2 RU99113152/09A RU99113152A RU2168810C2 RU 2168810 C2 RU2168810 C2 RU 2168810C2 RU 99113152/09 A RU99113152/09 A RU 99113152/09A RU 99113152 A RU99113152 A RU 99113152A RU 2168810 C2 RU2168810 C2 RU 2168810C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cadmium
nickel
electrically conductive
porous
membrane
Prior art date
Application number
RU99113152/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99113152A (en
Inventor
В.Н. Постников
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие "Уральский электрохимический комбинат"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное унитарное предприятие "Уральский электрохимический комбинат" filed Critical Государственное унитарное предприятие "Уральский электрохимический комбинат"
Priority to RU99113152/09A priority Critical patent/RU2168810C2/en
Publication of RU99113152A publication Critical patent/RU99113152A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2168810C2 publication Critical patent/RU2168810C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

FIELD: chemical current supplies. SUBSTANCE: accumulator has case, positive and negative plates with separator in-between, electrolyte that fills up all pores of plates and separator, and porous electricity conducting membrane abutting against negative plate and made of material catalytically active to electrical reducing reaction of oxygen such as carbon, silver, or carbon-activated nickel. Electricity conducting porous membrane is 30-60 mcm thick, its porosity is 25-35%, pore size is 0.3-30 mcm; in addition, total volume of pores measuring 10-30 mcm in this membrane is 1.05 to 1.3 times greater than similar volume of pores in cadmium plate. EFFECT: reduced charging time, enhanced stability to high rate of recharge. 3 cl, 4 tbl, 3 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к области химических источников тока и может быть использовано при производстве никель-кадмиевых герметичных аккумуляторов (НКГА) с нормальным и ускоренным режимами заряда, например призматических НКГА циклируемого типа с намазными, прессованными или вальцованными отрицательными электродами. The present invention relates to the field of chemical current sources and can be used in the production of nickel-cadmium sealed batteries (NKGA) with normal and accelerated charge modes, for example, prismatic NKGA cyclic type with smeared, pressed or rolled negative electrodes.

Необходимым условием безопасной работы НКГА является реализация замкнутого кислородного цикла, когда выделяющийся в ходе заряда или перезаряда кислород
2OH- - 1/2O2 + H2O + 2e- (1)
поглощается за счет электрохимического его восстановления на отрицательном электроде
C2 + 2H2O + 4e- - 4OH-. (2)
Скорость реакции ионизации кислорода (2) зависит от многих факторов, в том числе от типа используемого электрода.A prerequisite for the safe operation of the NCCA is the implementation of a closed oxygen cycle, when oxygen released during a charge or recharge
2OH - - 1 / 2O 2 + H 2 O + 2e - (1)
absorbed due to its electrochemical reduction on the negative electrode
C 2 + 2H 2 O + 4e - - 4OH - . (2)
The rate of oxygen ionization reaction (2) depends on many factors, including the type of electrode used.

Как указано в книге "Основы теории и эксплуатации герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов" авторов Теньковцев В.В. и Вернер В.И (Л. Энергоиздат, 1985 г. , стр. 28), для металлокерамических кадмиевых электродов, благодаря наличию развитой поверхности никелевой основы, этот показатель - в 3-5 раз выше, чем у электродов других типов. Применение металлокерамических электродов в дисковых и цилиндрических аккумуляторах небольшой емкости позволяет обеспечивать приемлемый уровень внутреннего давления (как правило, не более 800 кПа), не приводящий к деформации или разрушению сосуда, в условиях длительного перезаряда током 0,1 с. As indicated in the book "Fundamentals of the theory and operation of sealed nickel-cadmium batteries" authors V. Tenkovtsev and Werner V.I. (L. Energoizdat, 1985, p. 28), for cermet cadmium electrodes, due to the presence of a developed nickel base surface, this indicator is 3-5 times higher than that of other types of electrodes. The use of cermet electrodes in small-capacity disk and cylindrical accumulators makes it possible to provide an acceptable level of internal pressure (as a rule, not more than 800 kPa), which does not lead to deformation or destruction of the vessel, under conditions of prolonged overcharging with a current of 0.1 s.

Из вышеприведенного издания (стр. 31-32, 44-47, 92) известны конструкции призматических герметичных аккумуляторов, например НКГ-10Д, НКГК - 11Д, в которых, для предотвращения возникновения высокого давления кислорода при заряде или перезаряде аккумулятора, предусмотрен вспомогательный электрод, электрически объединенный с отрицательными электродами и расположенный в нижней части сосуда. Электрокаталитически активный по отношению к реакции ионизации кислорода (2) материал вспомогательного электрода - углерод, обеспечивает рекомбинацию (поглощение) 20 - 50% газообразного кислорода, выделяющегося при заряде. Аккумуляторы такого типа устойчивы к длительному перезаряду током 0,005 - 0,05 C, при этом давление кислорода внутри сосуда устанавливается на уровне 100-150 кПа. From the above publication (p. 31-32, 44-47, 92), there are known designs of prismatic sealed batteries, for example NKG-10D, NKGK-11D, in which, to prevent the occurrence of high oxygen pressure when charging or recharging the battery, an auxiliary electrode is provided, electrically combined with negative electrodes and located at the bottom of the vessel. The auxiliary electrode material, carbon, which is electrocatalytically active with respect to the oxygen ionization reaction (2), provides recombination (absorption) of 20-50% of gaseous oxygen released during the charge. Batteries of this type are resistant to long-term recharging with a current of 0.005 - 0.05 C, while the oxygen pressure inside the vessel is set at 100-150 kPa.

Недостатком указанных аккумуляторов является весьма ограниченная возможность ускоренного и быстрого заряда, который реализуется только при контроле внутреннего давления. The disadvantage of these batteries is the very limited possibility of an accelerated and fast charge, which is realized only when controlling the internal pressure.

В работе Т.Кромптона "Вторичные источники тока" (пер. с англ., М., 1985 г. , стр. 158-165) описана конструкция НКГА, разработанная фирмой Eagle-Picher (США), в которой предусмотрено применение тонких пористых фторопластовых мембран, покрывающих поверхность отрицательных электродов. Это дает возможность повысить скорость рекомбинации газообразного кислорода и снижает или полностью прекращает миграцию кадмия. T. Crompton's work “Secondary Current Sources” (translated from English, Moscow, 1985, pp. 158-165) describes the design of the NCCA, developed by Eagle-Picher (USA), which provides for the use of thin porous fluoroplastic membranes covering the surface of negative electrodes. This makes it possible to increase the rate of recombination of gaseous oxygen and reduces or completely stops the migration of cadmium.

В приведенных примерах использования данного технического решения показано, что давление в аккумуляторе при перезаряде (200%) током 0,1 C устанавливается на уровне 68 кПа, а в усложненном варианте конструкции (с "расщепленным" кадмиевым электродом) допускается перезаряд током 0,2 C, однако при этом давление возрастает до 200 кПа (2 кг/см2).The examples of the use of this technical solution show that the pressure in the battery when recharging (200%) with a current of 0.1 C is set at 68 kPa, and in a complicated version of the design (with a "split" cadmium electrode) a charge of 0.2 C is allowed however, the pressure rises to 200 kPa (2 kg / cm 2 ).

Недостатком этого аккумулятора является то, что такие характеристики не могут обеспечить безопасную работу аккумуляторов в устройствах, где по условиям эксплуатации требуется проведение форсированных зарядов, но при этом организация управления зарядным процессом с контролем, например, давления невозможна или нежелательна. The disadvantage of this battery is that such characteristics cannot ensure the safe operation of batteries in devices where, under the operating conditions, it is necessary to carry out forced charges, but at the same time organizing the control of the charging process with monitoring, for example, pressure, is impossible or undesirable.

Кроме того, приведенные данные указывают на недостаточную стабильность внутреннего давления при циклировании (см. таблицу 1). In addition, the above data indicate insufficient stability of the internal pressure during cycling (see table 1).

Постепенное увеличение давления в конце заряда от - 3 кПа на 3 цикле до 68 кПа к 44 циклу, по-видимому, связано с изменением поверхностных свойств мембраны, а именно - частичной потерей гидрофобности. A gradual increase in pressure at the end of the charge from - 3 kPa in the 3rd cycle to 68 kPa by the 44th cycle is apparently associated with a change in the surface properties of the membrane, namely, a partial loss of hydrophobicity.

В заявке Японии N 62-354464 (H 01 M 10/34, приоритет 1987 г.), описан щелочной аккумулятор, в котором также используются гидрофобизированные металлические пластины, активированные окислами металлов. Пластина имеет электрический контакт с отрицательным электродом и предназначена для абсорбции кислорода, выделяющегося на положительном электроде, и его взаимодействия с водородом, выделяющимся на отрицательном электроде. Japanese application No. 62-354464 (H 01 M 10/34, priority 1987) describes an alkaline battery that also uses hydrophobized metal plates activated by metal oxides. The plate has electrical contact with the negative electrode and is designed to absorb oxygen released on the positive electrode, and its interaction with hydrogen released on the negative electrode.

Согласно конструкции данного аккумулятора пластина, примыкающая к отрицательному электроду, служит для обеспечения взаимодействия газообразных реагентов - кислорода и водорода, а также отличается конструктивно. Она покрыта окислами металла, имеющего высокое сродство с кислородом и гидрофобизирована. Сведения о пористости и толщине пластины отсутствуют. According to the design of this battery, a plate adjacent to the negative electrode serves to ensure the interaction of gaseous reagents - oxygen and hydrogen, and is also structurally different. It is coated with metal oxides having a high affinity for oxygen and is hydrophobized. Information on the porosity and thickness of the plate is not available.

Из известных щелочных аккумуляторов наиболее близким по совокупности признаков является щелочной аккумулятор по патенту РФ N 2098892 (H 01 M 4/24, 1996 г.), содержащий корпус, раствор щелочного электролита, положительный и отрицательный электроды, разделенные многослойным сепаратором и пористую металлическую фольгу (никелевую фольгу), размещенную между электродами. Пористая металлическая фольга может примыкать к отрицательному электроду и имеет толщину от 50 до 200 мкм, пористость 30-60% и размер пор 1-20 мкм. Размещение пористой металлической фольги около электрода препятствует осыпанию активной массы в намазных или прессованных электродах поскольку она функционально выполняет роль ламели. Of the known alkaline batteries, the closest in combination of features is the alkaline battery according to the patent of the Russian Federation N 2098892 (H 01 M 4/24, 1996), containing a housing, an alkaline electrolyte solution, positive and negative electrodes separated by a multilayer separator and a porous metal foil ( nickel foil) placed between the electrodes. The porous metal foil can adjoin the negative electrode and has a thickness of 50 to 200 μm, a porosity of 30-60% and a pore size of 1-20 μm. Placing a porous metal foil near the electrode prevents the active mass from shedding in the spread or pressed electrodes since it functionally acts as a lamella.

В данном техническом решении выбор материала пористой металлической фольги (никеля) и ее структурных характеристик (толщины, пористости, размеры пор) обусловлены определенными функциональными назначениями - обеспечением механической защиты электрода от осыпания активной массы и предотвращением проникновения кислорода к отрицательному электроду. Это предопределяет ее повышенную толщину и наличие газозапорных свойств, обеспечиваемое более мелкопористой структурой. In this technical solution, the choice of the material of the porous metal foil (nickel) and its structural characteristics (thickness, porosity, pore size) are determined by certain functional purposes - providing mechanical protection of the electrode from shedding of the active mass and preventing the penetration of oxygen to the negative electrode. This determines its increased thickness and the presence of gas-locking properties, provided by a finer pore structure.

Такие свойства пористой никелевой фольги, используемой в данной конструкции аккумулятора, не позволяют эффективно использовать ее в быстрозаряжаемом герметичном никель-кадмиевом аккумуляторе, так как ее ограниченная газозаполненность не создает необходимых условий для повышения скорости ионизации кислорода в сравнении с обычным металлокерамическим кадмиевым электродом. Such properties of the porous nickel foil used in this battery design do not allow its efficient use in a quick-charge sealed nickel-cadmium battery, since its limited gas filling does not create the necessary conditions for increasing the oxygen ionization rate in comparison with a conventional ceramic-metal cadmium electrode.

Задачей заявляемого технического решения является создание быстрозаряжаемого никель-кадмиевого герметичного аккумулятора, обладающего более высокой устойчивостью к перезаряду и повышенным ресурсом. The objective of the proposed technical solution is to create a fast-charging nickel-cadmium sealed battery with higher resistance to overcharging and increased resource.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в герметичном никель-кадмиевом аккумуляторе, содержащем корпус, положительный и отрицательный электроды, разделенные сепаратором, электролит, находящийся в порах электродов и сепаратора, примыкающую к отрицательному электроду пористую электропроводящую мембрану, согласно заявляемому техническому решению пористая электропроводящая мембрана изготовлена из каталитически активного по отношению к реакции электровосстановления материала, например углерода, серебра или никеля, активированного углеродом. The specified technical result is achieved due to the fact that in a sealed nickel-cadmium battery containing a housing, positive and negative electrodes separated by a separator, an electrolyte located in the pores of the electrodes and the separator, a porous electrically conductive membrane adjacent to the negative electrode, according to the claimed technical solution, a porous electrically conductive the membrane is made of a material catalytically active with respect to the electroreduction reaction, for example carbon, silver or nickel carbon activated.

Использование пористой электропроводящей мембраны, изготовленной из каталитически активного по отношению к реакции электровосстановления материала, позволяет создать на поверхности кадмиевого электрода систему газовых и жидкостных пор с протяженностью трехфазной (газ-жидкость-твердое тело) границы в несколько раз большей, чем в металлокерамическом электроде, при этом серебро или углерод, как материалы, имеющие на несколько порядков больший ток обмена в реакции электровосстановления кислорода, чем кадмий, способствуют значительному возрастанию скорости данной реакции. The use of a porous electrically conductive membrane made of a material catalytically active with respect to the electroreduction reaction makes it possible to create a system of gas and liquid pores on the surface of a cadmium electrode with a three-phase (gas-liquid-solid) boundary several times longer than in a cermet electrode silver or carbon, as materials having an order of magnitude greater exchange current in the electroreduction of oxygen than cadmium, contribute to a significant increasing the speed of this reaction.

По существу на пористой электропроводящей мембране при заряде аккумулятора создаются условия, аналогичные тем, которые существуют при работе газодиффузионных электродов в топливном элементе. Потенциал отрицательного электрода, соответствующий равновесию
Cd(OH)2+ 2H+ +2e = Cd + 2H2O (3)
и навязываемый пористой электропроводящей мембране, предотвращает преждевременное выделение водорода и обеспечивает стабильность ее поверхностных свойств.Essentially, on a porous electrically conductive membrane, when the battery is charged, conditions similar to those that exist during the operation of gas diffusion electrodes in a fuel cell are created. Equilibrium negative electrode potential
Cd (OH) 2 + 2H + + 2e = Cd + 2H 2 O (3)
and imposed by a porous electrically conductive membrane, prevents premature evolution of hydrogen and ensures the stability of its surface properties.

В результате этого утилизация газообразного кислорода происходит не за счет прямого взаимодействия с газообразным водородом, а в соответствии с уравнением (2). As a result of this, the utilization of gaseous oxygen does not occur due to direct interaction with gaseous hydrogen, but in accordance with equation (2).

Именно наличие такого процесса определяет целесообразность использования каталитически активных по отношению к реакции электровосстановления кислорода материалов для изготовления пористой электропроводящей мембраны. Лучшими катализаторами для этой реакции являются металлы платиновой группы, серебро, углерод, соединения кобальта и никеля. It is the presence of such a process that determines the expediency of using materials catalytically active with respect to the electroreduction reaction of oxygen for the manufacture of a porous electrically conductive membrane. The best catalysts for this reaction are platinum group metals, silver, carbon, cobalt and nickel compounds.

Целесообразно, чтобы пористая электропроводящая мембрана имела толщину 30-60 мкм, пористость 25-35% и размер пор 0,3-30 мкм. Пористую электропроводящую мембрану толщиной менее 30 мкм трудно технологически изготовить, кроме того, она будет обладать недостаточной механической прочностью. Применение же пористой электропроводящей мембраны толщиной более 60 мкм нецелесообразно, так как это приводит к диффузионным ограничениям электролитного обмена и повышению внутреннего сопротивления. Кроме того, увеличение толщины пористой электропроводящей мембраны снижает удельно-массовые и удельно-объемные энергетические показатели аккумулятора. It is advisable that the porous electrically conductive membrane has a thickness of 30-60 μm, a porosity of 25-35% and a pore size of 0.3-30 μm. A porous electrically conductive membrane with a thickness of less than 30 microns is difficult to technologically produce, in addition, it will have insufficient mechanical strength. The use of a porous electrically conductive membrane with a thickness of more than 60 μm is impractical, since this leads to diffusion limitations of electrolyte exchange and an increase in internal resistance. In addition, increasing the thickness of the porous electrically conductive membrane reduces the specific gravity and specific volumetric energy indicators of the battery.

Диапазон пористости 26-35% пористой электропроводящей мембраны обусловлен требованиями по обеспечению допустимого внутреннего сопротивления по электролиту в аккумуляторе и ее механической прочности. The porosity range of 26-35% of the porous electrically conductive membrane is determined by the requirements for ensuring the permissible internal resistance to electrolyte in the battery and its mechanical strength.

При использовании пористой электропроводящей мембраны с пористостью менее 25% и размером пор менее 0,3 мкм создаются ограничения по транспорту электролита даже при такой малой толщине пористой электропроводящей мембраны, в свою очередь изготовление пористой электропроводящей мембраны пористостью более 35% технологически трудно обеспечить без появления значительного количества дефектов. When using a porous electrically conductive membrane with a porosity of less than 25% and a pore size of less than 0.3 μm, there are restrictions on the transport of electrolyte even with such a small thickness of the porous electrically conductive membrane, in turn, the manufacture of a porous electrically conductive membrane with porosity of more than 35% is technologically difficult to achieve without a significant defects.

Целесообразно, чтобы совокупный объем пор размером 10-30 мкм в пористой электропроводящей мембране превышал в 1,05-1,3 раза объем пор того же размера в кадмиевом электроде. Это соотношение обеспечивает оптимальное перераспределение так называемых "газовых" и "жидкостных" пор между двумя сопрягаемыми пористыми средами, в результате чего в каталитически активном материале пористой электропроводящей мембраны вследствие большего содержания "газовых" пор и, следовательно, большей протяженности трехфазной границы, процесс ионизации кислорода протекает с большей эффективностью. It is advisable that the total pore volume of 10-30 μm in the porous electrically conductive membrane exceeded 1.05-1.3 times the pore volume of the same size in the cadmium electrode. This ratio ensures the optimal redistribution of the so-called "gas" and "liquid" pores between two conjugated porous media, as a result of which, in the catalytically active material of the porous electrically conductive membrane, due to the greater content of the "gas" pores and, consequently, the greater length of the three-phase boundary, the oxygen ionization process proceeds with greater efficiency.

Увеличение этого соотношения более чем в 1,3 раза может быть достигнуто только за счет увеличения толщины мембраны, что нецелесообразно из-за снижения удельных энергетических показателей и повышения материалоемкости аккумулятора. An increase in this ratio by more than 1.3 times can be achieved only by increasing the thickness of the membrane, which is impractical due to a decrease in specific energy indicators and an increase in the material consumption of the battery.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". The analysis of the prior art showed that the claimed combination of essential features set forth in the claims is unknown. This allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

Сопоставление отличительных признаков заявляемого технического решения с известными техническими решениями показывает, что имеющееся формальное совпадение такого признака, как использование никеля в качестве материала для изготовления пористой фольги, в случае прототипа обусловлено другим функциональным назначением, требующим и другого конструктивного оформления именно: применение пластин большей толщины и имеющих структуру, обеспечивающую минимальную газозаполненность в работе. Следовательно, заявленное техническое решение не следует явным образом из известного решения и соответствует критерию "изобретательский уровень". A comparison of the distinguishing features of the claimed technical solution with the known technical solutions shows that the existing formal coincidence of such a feature as the use of nickel as a material for the manufacture of porous foil in the case of the prototype is due to another functional purpose, requiring another design design namely: the use of plates of greater thickness and having a structure that provides minimal gas filling in the work. Therefore, the claimed technical solution does not follow explicitly from the known solutions and meets the criterion of "inventive step".

Ниже приведены примеры испытаний герметичных никель- кадмиевых аккумуляторов заявляемой конструкции. Below are examples of tests of sealed nickel-cadmium batteries of the claimed design.

Пример 1. Испытаниям были подвергнуты макеты герметичных цилиндрических аккумуляторов типоразмера АА с номинальной емкостью 0,5 А•ч, которые состояли из следующих элементов. Example 1. The tests were subjected to prototypes of sealed cylindrical batteries of type AA with a nominal capacity of 0.5 A • h, which consisted of the following elements.

Макет 1 :
- окисно-никелевый металлокерамический электрод с размером (56х41х0,68) мм;
- газоэлектролитопроницаемый сепаратор из нетканого волокнистого полипропилена марки IБ размером (128х43х0,25) мм;
- кадмиевый электрод, изготовленный по намазной технологии из окиси кадмия, размером (90х40х0,43) мм;
-пористая электропроводящая никелевая мембрана, изготовленная методом непрерывного проката из никелевого порошка и последующего спекания, размером (180х40х0,05) мм, пористостью 25-30% и размером пор 0,3-30 мкм. Относительный объем пор размером 10-30 мкм составлял 33%.Layout 1:
- oxide-nickel cermet electrode with a size (56x41x0.68) mm;
- gas-electrolyte-permeable separator from non-woven fibrous polypropylene of brand IB size (128x43x0.25) mm;
- a cadmium electrode made of plastered cadmium oxide technology with a size of (90x40x0.43) mm;
-porous electrically conductive nickel membrane made by continuous rolling of nickel powder and subsequent sintering, size (180x40x0.05) mm, porosity 25-30% and pore size 0.3-30 microns. The relative pore volume of 10-30 μm in size was 33%.

Пористая электропроводящая никелевая мембрана дополнительно активирована графитовым порошком. The porous conductive nickel membrane is additionally activated with graphite powder.

Испытания макета проводили в следующей последовательности: герметичный цилиндрический аккумулятор заряжали током 0,1С (50 мА) в течение 16 часов, при необходимости продолжали заряд (перезаряд) этим же током до достижения установившегося равновесного внутреннего давления, далее ступенчато увеличивали зарядный ток и продолжали перезаряд до достижения нового равновесия и т.д. The layout tests were carried out in the following sequence: a sealed cylindrical battery was charged with a current of 0.1C (50 mA) for 16 hours, if necessary, continued charging (recharging) with the same current until a steady-state internal pressure was reached, then the charging current was increased stepwise and the recharging continued to achieving a new equilibrium, etc.

В таблице 2 приведены результаты сравнительных испытаний макета 1 и серийного аккумулятора KR M15/51 той же емкости, укомплектованного металлокерамическим кадмиевым электродом. Table 2 shows the results of comparative tests of the layout 1 and the serial battery KR M15 / 51 of the same capacity, equipped with a cermet cermet electrode.

Анализ данных, приведенных в таблице 2 показывает, что за счет применения пористой электропроводящей мембраны обеспечивается устойчивость к перезаряду током, в 5-10 раз большим, чем в серийном аккумуляторе KR M15/51. An analysis of the data shown in Table 2 shows that due to the use of a porous electrically conductive membrane, it provides resistance to overcharging with a current of 5-10 times greater than in a standard KR M15 / 51 battery.

Пример 2. Испытаниям был подвергнут макет 2 герметичного призматического аккумулятора емкостью 30 А•ч, электродный блок который состоял из следующих элементов :
- окисно-никелевых металлокерамических электродов с размером (70х120х0.56) мм в количестве 21 шт.;
- газоэлектролитопроницаемых сепараторов из капроновой ткани (арт. 56156) толщиной 0,2 мм, выполненных в виде однослойных чехлов и надетых на положительные электроды;
- кадмиевых электродов, изготовленных по намазной технологии, с размером (70х120х0,43)мм в количестве 22 шт.;
пористых электропроводящих никелевых мембран, изготовленных методом непрерывного проката из никелевого порошка и последующего спекания, размером (240х70х0,06) мм; поверхность мембран дополнительно активирована углеродным катализатором.Example 2. The test was subjected to model 2 of a sealed prismatic battery with a capacity of 30 A • h, the electrode block which consisted of the following elements:
- oxide-nickel metal-ceramic electrodes with a size (70x120x0.56) mm in an amount of 21 pcs .;
- gas-electrolyte-permeable separators from nylon fabric (art. 56156) 0.2 mm thick, made in the form of single-layer covers and worn on positive electrodes;
- cadmium electrodes made by plaster technology, with a size of (70x120x0.43) mm in an amount of 22 pcs .;
porous conductive nickel membranes made by continuous rolling of nickel powder and subsequent sintering, size (240x70x0.06) mm; the membrane surface is additionally activated by a carbon catalyst.

Собранный электродный блок с токовыводами был помещен в сосуд из полипропилена (80х40х190мм) и закрыт приваренной к сосуду крышкой. После заправки электролитом и формирования к горловине аккумулятора подсоединяли мановакуумметр, устанавливали в струбцину и проводили испытания, которые включали в себя
- определение равновесного давления при заряде (перезаряде) током от 0,13 C до 0,66 С;
- циклирование в режиме заряда током 12 А в течение 3,6 ч и разряде этим же током до 1В.The assembled electrode block with current leads was placed in a vessel made of polypropylene (80x40x190mm) and closed with a lid welded to the vessel. After filling with electrolyte and forming, a manovacuum meter was connected to the neck of the battery, installed in a clamp, and tests were carried out, which included
- determination of equilibrium pressure during charge (recharge) with a current from 0.13 C to 0.66 C;
- cycling in the charge mode with a current of 12 A for 3.6 hours and a discharge with the same current up to 1V.

Пример 3. Испытаниям был подвергнут макет 3 герметичного призматического аккумулятора, электродный блок которого отличался от электродного блока в примере 2 только типом используемых отрицательных электродов. В качестве последних применяли металлокерамические (спеченные) пластины толщиной 0,62 мм и пористостью около 76%, заполнение которых активной массой осуществляли химической пропиткой в растворе азотнокислого кадмия и осаждения в щелочи. Example 3. The test was subjected to model 3 of a sealed prismatic battery, the electrode block of which differed from the electrode block in Example 2 only in the type of negative electrodes used. As the latter, ceramic-metal (sintered) plates with a thickness of 0.62 mm and a porosity of about 76% were used, the filling of which with an active mass was carried out by chemical impregnation in a solution of cadmium nitrate and deposition in alkali.

Испытания макета проводились в тех же режимах, что и в примере 2. Результаты испытаний приведены в таблицах 3 и 4. Tests of the layout were carried out in the same modes as in example 2. The test results are shown in tables 3 and 4.

По окончании циклирования электродные блоки были подвергнуты тщательному осмотру на наличие дендритов кадмия или его соединений в сепарации. Присутствия кадмия при визуальном контроле не обнаружено. Поверхность сепарационного материала, контактирующего как с окисно-никелевым электродом, так и с мембраной, оставались чистыми. Химический анализ показал наличие следов кадмия в самой пористой мембране. At the end of the cycling, the electrode blocks were subjected to a thorough inspection for the presence of cadmium dendrites or its compounds in the separation. No visual cadmium was detected. The surface of the separation material in contact with both the oxide-nickel electrode and the membrane remained clean. Chemical analysis showed traces of cadmium in the porous membrane itself.

Использование заявляемой конструкции никель-кадмиевого герметичного аккумулятора позволяет обеспечить проведение ускоренного заряда аккумулятора током более 0,5 С и последующего перезаряда этим же током при сохранении внутреннего давления в сосуде в ходе перезаряда на безопасном уровне: 0... 100 кПа в призматических аккумуляторах и 400...600 кПа в цилиндрических аккумуляторах. Using the inventive design of a nickel-cadmium sealed battery allows for an accelerated charge of the battery with a current of more than 0.5 C and subsequent recharging with the same current while maintaining the internal pressure in the vessel during recharging at a safe level: 0 ... 100 kPa in prismatic batteries and 400 ... 600 kPa in cylindrical batteries.

Как следует из приведенных выше примеров конкретной реализации, заявляемая конструкция никель-кадмиевого аккумулятора обладает возможностью проведения ускоренного (менее 3 часов) заряда, высокой надежностью и стабильными зарядно-разрядными характеристиками. Повышенная устойчивость к режиму перезаряда в заявляемой конструкции никель-кадмиевого аккумулятора, позволяет упростить технологические режимы эксплуатации за счет возможности проведения заряда из любого состояния разряженности. As follows from the above examples of a specific implementation, the inventive design of a nickel-cadmium battery has the ability to conduct an accelerated (less than 3 hours) charge, high reliability and stable charge-discharge characteristics. Increased resistance to overcharge in the inventive design of a Nickel-cadmium battery, allows you to simplify the technological modes of operation due to the possibility of charge from any state of discharging.

Достигнутый к настоящему времени ресурс работы никель-кадмиевых аккумуляторов заявляемой конструкции составил более 1000 циклов без ухудшения зарядных характеристик. Achieved to date, the service life of the Nickel-cadmium batteries of the claimed design amounted to more than 1000 cycles without deterioration of charging characteristics.

Используемые источники
1.Теньковцев В.В., Вентер В.И. "Основы теории и эксплуатации герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов", Л., Энергоиздат, 1985 г., стр. 28.Sources used
1.Tenkovtsev V.V., Venter V.I. "Fundamentals of the theory and operation of sealed nickel-cadmium batteries", L., Energoizdat, 1985, p. 28.

2. Теньковцев В. В. , Вентер В.И. "Основы теории и эксплуатации герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов". Л., Энергоиздат, 1985 г., стр. 31-32, 44-47, 92. 2. Tenkovtsev V.V., Venter V.I. "Fundamentals of the theory and operation of sealed nickel-cadmium batteries." L., Energy Publishing House, 1985, pp. 31-32, 44-47, 92.

3. Кромптон Т, "Вторичные источники тока" , пер. с англ., М., 1985 г., стр. 158-165. 3. Crompton T, "Secondary Current Sources", trans. from English., M., 1985, p. 158-165.

4. Заявка Японии, N 62-354464, H 01 M 10/34, 1987 г. 4. Application of Japan, N 62-354464, H 01 M 10/34, 1987

5. Патент России N 2098892, H 01 M 4/24, 1996 г. 5. Patent of Russia N 2098892, H 01 M 4/24, 1996

Claims (3)

1. Герметичный никель-кадмиевый аккумулятор, содержащий корпус, положительный и отрицательный электроды, разделенные сепаратором, электролит, находящийся в порах электродов и сепаратора, и примыкающую к отрицательному электроду пористую электропроводящую мембрану, отличающийся тем, что пористая электропроводящая мембрана выполнена из каталитически активного по отношению к реакции электровосстановления кислорода материала: углерода, серебра или никеля, активированного углеродом. 1. A sealed nickel-cadmium battery containing a housing, positive and negative electrodes separated by a separator, an electrolyte located in the pores of the electrodes and the separator, and a porous electrically conductive membrane adjacent to the negative electrode, characterized in that the porous electrically conductive membrane is made of a catalytically active with respect to to the reaction of electroreduction of oxygen of a material: carbon, silver or nickel activated by carbon. 2. Герметичный никель-кадмиевый аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что пористая электропроводящая мембрана имеет толщину 30 - 60 мкм, пористость 25 - 35% и размер пор 0,3 - 30 мкм. 2. The sealed nickel-cadmium battery according to claim 1, characterized in that the porous electrically conductive membrane has a thickness of 30 to 60 μm, a porosity of 25 to 35% and a pore size of 0.3 to 30 μm. 3. Герметичный никель-кадмиевый аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что совокупный объем пор размером 10 - 30 мкм в пористой электропроводящей мембране в 1,05 - 1,3 раз превышает аналогичный объем пор в кадмиевом электроде. 3. The sealed nickel-cadmium battery according to claim 1, characterized in that the total pore volume of 10-30 microns in the porous electrically conductive membrane is 1.05-1.3 times higher than the similar pore volume in the cadmium electrode.
RU99113152/09A 1999-06-16 1999-06-16 Hermetically sealed nickel-cadmium accumulator RU2168810C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99113152/09A RU2168810C2 (en) 1999-06-16 1999-06-16 Hermetically sealed nickel-cadmium accumulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99113152/09A RU2168810C2 (en) 1999-06-16 1999-06-16 Hermetically sealed nickel-cadmium accumulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99113152A RU99113152A (en) 2001-03-10
RU2168810C2 true RU2168810C2 (en) 2001-06-10

Family

ID=20221504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99113152/09A RU2168810C2 (en) 1999-06-16 1999-06-16 Hermetically sealed nickel-cadmium accumulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2168810C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012164327A1 (en) * 2011-05-31 2012-12-06 BILOZARESKIY, Sergiy Electro-chemical transformer heat in electricity
RU217001U1 (en) * 2022-08-09 2023-03-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Battery board

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012164327A1 (en) * 2011-05-31 2012-12-06 BILOZARESKIY, Sergiy Electro-chemical transformer heat in electricity
RU217001U1 (en) * 2022-08-09 2023-03-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Battery board

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chakkaravarthy et al. Zinc—air alkaline batteries—A review
US3378406A (en) Metal-oxygen-containing electro-chemical battery
EP2833469B1 (en) Reversible fuel cell and reversible fuel cell system
US4159367A (en) Hydrogen electrochemical cell and rechargeable metal-hydrogen battery
US6628504B2 (en) Electric double layer capacitor
US20050002150A1 (en) Positive electrode of an Electric Double Layer capacitor
EA011752B1 (en) Electrode, method of its production, metal-air fuel cell and metal hydride cell
US3438812A (en) Rechargeable alkaline cell
EA005670B1 (en) Electric double layer capacitor
CN106471650B (en) Secondary electrochemical cell and charging method
Krivik et al. Electrochemical energy storage
US3759748A (en) Electrically recharged metal air cell
US4113924A (en) Zinc-halogen compound electrochemical cell having an auxiliary electrode and method
RU2168810C2 (en) Hermetically sealed nickel-cadmium accumulator
SU1672535A1 (en) Storage battery
Pavlov et al. Nickel-zinc batteries with long cycle life
US3546020A (en) Regenerable fuel cell
US5712060A (en) Alkaline storage cell
CA1149863A (en) Long-life galvanic primary cell
RU124843U1 (en) NICKEL-CADMIUM ALKALINE BATTERY
DK172972B1 (en) Process for preparing a closed electrochemical cell
HU208596B (en) Rechargeable electrochemical cell
RU2204183C1 (en) Oxygen (air)-hydrogen fuel cell
KR100307935B1 (en) Alkali accumulators in the form of button-cells
JPH1083828A (en) Rolled electrode unit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090617