Свинцево-кислотна акумуляторна батарея

Наши партнеры ArtmMisto

Винахід відноситься до електротехнічної промисловості, до виробництва свинцево-кислотних акумуляторних батарей. Згідно винаходу свинцево-кислотна акумуляторна батарея містить корпус, закритий у верхній частині кришкою і розділений на відсіки, в яких розташовані акумулятори, з'єднані послідовно за допомогою межелементних з'єднань, кожен акумулятор складається з блоку різнополярних електродів, розділених сепараторами і електролітом, електроди складаються з токоотводов і активної маси, струмовідводи позитивних електродів виготовлені зі сплаву, що містить, мас.%: 0,7-1,5 Sn; 0,04-0,06 Са; 0,001-0,015 Ag; 0,015-0,05 Al; інше - свинець. Активна маса позитивних і негативних електродів покрита фіксують шарами з пористого кислотостойкого матеріалу. Технічний результат: надійне зчеплення активної маси електродів з струмовідводами, запобігання активної маси від розтріскування і осипання, що призводить до збільшення терміну служби свинцево-кислотної акумуляторної батареї. 2 мул.

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано в свинцево-кислотних акумуляторних батареях.Прогресс в автомобілебудуванні пред'являє все більш високі вимоги до характеристик акумуляторних батарей, які використовуються в транспортних засобах, - підвищення стійкості до глибоких розрядів, збільшення терміну служби. Зміни в конструкції і дизайні автомобілів, що надають їм більш високі аеродинамічні властивості, призвели до того, що акумуляторні батареї стали експлуатуватися при більш високих робочих температурах за рахунок скорочення доступу до них охолоджуючого повітря. Тому одним з основних вимог до акумуляторних батарей стало забезпечення корозійної стійкості в умовах високих робочих температур. З іншого боку, споживач вимагає спрощення технічного обслуговування і підвищення безпеки при експлуатації акумуляторних батарей.Аккумуляторние батареї з корозійно-стійкими струмовідводами з свинцево-кальцієвого сплаву характеризуються низьким саморазрядом і відсутністю втрат води, але швидко втрачають ємність при циклировании з глибоким розрядом через утворення фізична хімія PbSО4 між струмовідводами і активною масою. Акумуляторні батареї з струмовідводами з свинцево-вмістом сурми характеризуються зворотними властивостями - відносно високим саморазрядом і втратами води. Позитивні струмовідводи таких батарей мають низьку корозійну стійкість. Але зате такі батареї мають більший ресурс при циклировании з глибоким розрядом [A comparison of calcium, hybrid and low antimony SLI batteries. Tukunaga A. "New Mater, and New Process. Vol.3", Cleveland, Ohio, 1985, с.245-247] .В останнім часом проблема зниженою стійкості до глибоких розрядів була вирішена введенням в свинцево-кальцієві сплави токоотводов деякої кількості олова , яке запобігає утворенню фізична хімія між струмовідводами і активною масою. Акумуляторні батареї з струмовідводами з свинцево-олов'яний-кальцієвого сплаву мають підвищену корозійну стійкість токоотводов в умовах високих робочих температур, стійкі до глибоких розрядів, характеризуються низьким саморазрядом і відсутністю втрат води. Тому ці батареї прості в технічному обслуговуванні, при роботі з ними знижений ризик виникнення вибуху внаслідок незначного газовиділення. Однак у таких батарей знижений термін служби через поганий зчеплення активної маси з струмовідводами [Challenges from corrosion-resistant grid alloys in lead acid battery manufacturing. R. David Prengaman. Journal of Power Sources 95 (2001), с.224-233]. Особливо це проявляється при неконтрольовано низькому вмісті кальцію в сплаві цих токоотводов, яке розраховується за масою вихідних компонентів і не враховує втрат (вигоряння) кальцію в процесі плавлення. Іншою причиною зниженого терміну служби таких батарей є розтріскування і осипання активної маси в процесі виготовлення батареї, що проявляється при використанні електродів малої толщіни.Новие акумуляторні батареї повинні одночасно відповідати таким вимогам: мати тривалий термін служби, стійкість до глибоких розрядів, підвищену корозійну стійкість токоотводов в умовах високих робочих температур, а також бути прості в технічному обслуговуванні і безопасни.Ізвестна свинцево-кислотних акумуляторних Перша батарея [Болотовского В.І., Вайсгант З.І. Експлуатація, обслуговування та ремонт свинцевих акумуляторів. - Л .: Вища школа. Ленингр. отд-ня, 1988, с.34-46], що містить корпус, закритий у верхній частині кришкою і розділений на відсіки, в яких розташовані акумулятори, з'єднані послідовно за допомогою межелементних з'єднань. Кожен акумулятор складається з блоку різнополярних електродів, розділених сепараторами і електролітом. Електроди складаються з токоотводов з свинцево-сурм'янистого сплаву з добавками миш'яку (3-5% Sb; 0,12-0,20% As; інше свинець) і активної маси. Недоліками такої акумуляторної батареї є низька корозійна стійкість позитивних струмовідводів в умовах високих робочих температур, досить високий саморозряд (до 1% номінальної ємності на добу) і втрата води (до 6 г / А ч при перезаряді) в процесі експлуатації. Виділяються при електролізі води газоподібні водень і кисень є гримучою сумішшю, що створює вибухонебезпечність при експлуатації. Технічне обслуговування такої батареї ускладнено, так як включає щомісячний контроль рівня електроліту і ступеня зарядженості батареї, для чого необхідно вигвинчувати пробки заливних отворів і проводити спеціальні замери.Наіболее близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є свинцево-кислотна акумуляторна батарея [Патент США №5298350 , Int. CL5 H 01 M 4/68, CL 429-245, 1991], що містить корпус, закритий у верхній частині кришкою і розділений на відсіки, в яких розташовані акумулятори, з'єднані послідовно за допомогою межелементних з'єднань. Кожен акумулятор складається з блоку різнополярних електродів, розділених сепараторами і електролітом. Електроди складаються з токоотводов і активної маси, причому струмовідводи позитивних електродів виготовлені з свинцево-олов'яний-кальцієвого сплаву з добавками срібла (0,3-0,7% Sn; 0,025-0,060% Са; 0,015-0,045% Ag; інше свинець). така акумуляторна батарея має низку переваг: у неї висока корозійна стійкість позитивних струмовідводів в умовах високих робочих температур, низький саморозряд (до 0,1% номінальної ємності на добу), малі втрати води в процесі експлуатації і підвищена вибухонебезпечність внаслідок незначного газовидел ення. Все це спрощує технічне обслуговування батареі.Недостатком такої акумуляторної батареї є знижений термін служби внаслідок поганого зчеплення активної маси з позитивними струмовідводами, що виникає при неконтрольовано низькому вмісті кальцію в сплаві цих токоотводов і веде до передчасного відшарування активної маси, а також внаслідок розтріскування і осипання активної маси в процесі виготовлення батареі.В основу запропонованого винаходу поставлена ​​задача удосконалення свинцево-кислотного акумулятор орной батареї, в якій за рахунок зміни хімічного складу сплаву позитивних струмовідводів і введення додаткових елементів забезпечується надійне зчеплення активної маси з струмовідводами, запобігання активної маси від розтріскування і осипання. Це спричиняє збільшення терміну служби при одночасному збереженні всіх переваг батареї-прототіпа.Поставленная завдання вирішується тим, що в свинцево-кислотної акумуляторної батареї, що містить корпус, закритий у верхній частині кришкою і розділений на відсіки, в яких розташовані акумулятори, з'єднані послідовно за допомогою межелементних з'єднань, кожен акумулятор складається з блоку різнополярних електродів, розділених сепараторами і електролітом, електроди складаються з токоотводов і активної маси, струмовідводи позитивно х електродів виготовлені з свинцево-олов'яний-кальцієвого сплаву з добавками срібла, відповідно до винаходу сплав позитивних струмовідводів містить, мас.%: 0,5-1,5 Sn, 0,04-0,06 Са, 0,001-0,05 Ag, 0,01-0,05 Al, решта свинець; активна маса позитивних і негативних електродів покрита фіксують шарами з пористого кислотостойкого матеріала.Токоотводи заявляється акумуляторної батареї виготовлені з перфорованої стрічки з свинцевого сплаву. Наявність в сплаві позитивних струмовідводів олова 0,5-1,5% запобігає утворенню фізична хімія між струмовідводами і активною масою, що забезпечує високу стійкість електродів до глибоких розрядів і можливість їх подальшого заряду. При меншій кількості олова в сплаві (менше 0,5%) утворюється пасивуючий шар між струмовідводами і активною масою. При більшій кількості олова в сплаві (більше 1,5%) збільшується час природного "старіння" і затвердіння стрічки з такого сплаву, що веде до збільшення тривалості технологічного процесу виготовлення електродів. Наявність в сплаві позитивних струмовідводів кальцію в кількості 0,04-0,06% забезпечує хорошу механічну міцність токоотводов, достатню корозійну стійкість їх в умовах високих робочих температур, а також надійне зчеплення з активною масою. Зниження кількості кальцію в сплаві (менше 0,04%), збільшуючи корозійну стійкість, призводить до погіршення механічних властивостей токоотводов і погіршення зчеплення з активною масою, що спричиняє скорочення терміну служби акумуляторної батареї. Збільшення кількості кальцію в сплаві (більше 0,06%) знижує корозійну стійкість позитивних струмовідводів. Срібло в кількості 0,001-0,05% збільшує корозійну стійкість, твердість і міцність токоотводов. При меншій кількості срібла в сплаві (менше 0,001%) зникає ефект його добавки. Збільшення кількості срібла в сплаві (більше 0,05%) не призводить до помітного поліпшення якості струмовідводів і економічно недоцільно. Алюміній в кількості 0,01-0,05% дозволяє скоротити втрати (вигоряння) кальцію при плавленні сплаву, утворюючи захисний поверхневий шар в розплаві. Наявність алюмінію дає можливість достовірно контролювати задається кількість кальцію в сплаві, тим самим забезпечуючи властивості, які визначаються кальціем.Фіксірующіе шари з пористого кислотостойкого матеріалу, що покривають активну масу, підвищують стійкість її до розтріскування і осипання як в процесі виготовлення батареї, так і під час її експлуатації . При цьому матеріал фіксують шарів характеризується високою пористістю і повітряної проникністю, добре змочується електролітом - водним розчином сірчаної кислоти, не перешкоджаючи доступу останнього до активної масі електродів. Висока пористість і повітряна проникність матеріалу фіксують шарів створює умови для вільного виходу з пір активної маси газових бульбашок, в невеликих кількостях утворюються в процесі перезаряда.По наявними у авторів відомостями істотні ознаки, які пропонуються і характеризують винахід, не відомі в даній області техніки, тому винахід відповідає критерію "новизна" .Сущность винаходу не випливає для спеціаліста явно з відомого рівня техніки. Сукупність ознак, які характеризують відоме пристрій, не забезпечує досягнення нових властивостей і тільки наявність характерних ознак дозволяє отримати новий технічний результат. Тому пропоноване винахід відповідає критерію "винахідницький рівень" .Предлагаем технічне рішення може бути використано у виробництві свинцево-кислотних акумуляторних батарей.На фіг.1 зображена заявляється свинцево-кислотна акумуляторна батарея. На фіг.2 зображено електрод цієї батареі.Свінцово-кислотна акумуляторна батарея містить корпус 1, закритий у верхній частині кришкою 2, до якої може кріпитися ручка для перенесення. У кришці виконані заливальні отвори, які закручуються пробками 3. Заявлювана батарея може бути забезпечена переставляти по акумуляторів оптичним детектором 4 рівня електроліту і ступеня зарядженості батареї, який виконаний у вигляді пробки заливного отвору. Заявляється батарея може бути також забезпечена пристроями вибухобезпеки 5, розташованими на виходах газовідвідного каналу. Електроди 6 заявляється батареї складаються з токоотводов 7, виготовлених з перфорованої стрічки з свинцево-олов'яний-кальцієвого сплаву з добавками срібла і алюмінію і активної маси 8. Активна маса позитивних і негативних електродів покрита фіксують шарами 9 з пористого кислотостойкого матеріала.Переставляемий по акумуляторів оптичний детектор 4 рівня електроліту і ступеня зарядженості батареї загвинчується в процесі складання батарей в одне з заливальних отворів. Споживач при необхідності може змінити його положеніе.Устройства вибухобезпеки 5 встановлюються в процесі складання батареї на виходах газовідвідного каналу. В якості активного елементу цього пристрою використовується диск відомого типу з пористого гидрофобного матеріалу, який дозволяє газам виходити назовні, затримує краплі та аерозолі електроліту і перешкоджає проникненню всередину батареї полум'я і іскор, можливо присутніх у зовнішньому середовищі, а також виключає потрапляння пилі.Фіксірующіе шари 9 з пористого кислотостойкого матеріалу, що покривають електрод з двох сторін, вдавлюються в активну масу в процесі намазки пластин. Рекомендовані характеристики фіксуючого шару: товщина 0,04-0,06 мм, щільність 10-20 г / м2.Ізготовленіе в виробничих умовах дослідної партії заявлених акумуляторних батарей показало, що активна маса позитивних і негативних електродів надійно захищена фіксують шарами від розтріскування і осипання. проведені в лабораторних умовах випробування дослідної партії заявлених свинцево-кислотних акумуляторних батарей підтвердили підвищену корозійну стійкість токоотводов в умовних високих робочих температур, малі втрати води при перезаряді (не більше 0,3 г / А ч), а також тривалий термін служби при циклировании з глибоким разрядом.Такім чином, за рахунок зміни хімічного складу сплаву токоотводов і вироблених конструктивних змін досягається надійне зчеплення активної маси електродів з струмовідводами, запобігання активної маси від розтріскування і осипання. Це дозволяє збільшити термін служби свинцево-кислотної акумуляторної батареї при збереженні всіх переваг батареї-прототипу.

формула винаходу

Свинцево-кислотна акумуляторна батарея, яка містить корпус, закритий у верхній частині кришкою і розділений на відсіки, в яких розташовані акумулятори, з'єднані послідовно за допомогою межелементних з'єднань, кожен акумулятор складається з блоку різнополярних електродів, розділених сепараторами і електролітом, електроди складаються з токоотводов і активної маси, струмовідводи позитивних електродів виготовлені з свинцево-олов'яний-кальцієвого сплаву з добавками срібла, що відрізняється тим, що сплав позитивних струмовідводів в містить, мас.%: 0,7 1,5 Sn; 0,04 0,06 Са; 0,001 0,015 Ag; 0,015 0,05 Аl, решта - свинець, активна маса позитивних і негативних електродів покрита фіксують шарами з пористого кислотостойкого матеріалу.

МАЛЮНКИ

Малюнок 1

, малюнок 2