Спосіб одержання синтетичного сепаратора-електролітоносія для лужних хдс

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении синтетического сепаратора-электролитоносителя для марганцево-воздушно-цинковых (MBЦ) и марганцево-цинковых (МЦ) химических источников тока (ХИТ). В связи с наращиванием мощностей по производству щелочных ХИТ, все острей возникает проблема замены крахмально-мучного загустителя щелочного электролита на синтетические материалы многотоннажного производства. Известен способ [1] загущення щелочного электролита путем размешивания крахмала в охлажденной щелочи до образования пастообразной массы, загустевшей через 10 15мин. Однако, даже при применении переохлажденной щелочи в машине, осуществляющей дозацию пасты внутрь элементов, образуется твердый сгусток пасты, что затрудняет автоматизацию изготовления гальванических элементов. Более близким к заявляемому объекту (прототип) является способ загущення щелочного электролита [2] путем прибавления к раствору щелочи при перемешивании водного раствора поливинилового спирта (ПВС) и картофельного крахмала (до 25 - 37,5% от массы ПВС). В такой загущенный электролит дополнительно вводят еще окись цинка. Однако, кроме расхода пищевого продукта крахмала, технология процесса затруднена центрифугированием геля и четырехкратным продавливанием его через сетку из нержавеющей стали. В основу данного изобретения поставлена задача получения сепаратораэлектролитоносителя для щелочных ХИТ на основе синтетических материалов, благодаря использованию которого в составе МВЦ и МЦ элементов повышаются их эксплуатационные характеристики. Поставленная задача решается тем, что в способе получения синтетического сепаратораэлектролитоносителя для щелочных ХИТ, включающего приготовление щелочного электролита (10,5М водного раствора KOH) и загущення его ПВС, кроме ПВС, согласно изобретению в щелочном электролите растворяют карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) и оксипропилцеллюлозу (ОПЦ) и полученный гелеобразный раствор загущают ПВС до пастообразной массы при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.%: Карбоксиметилцеллюлоза 1,80 - 1,84 Оксипропилцеллюлоза 2,06 - 1,43 Поливиниловый спирт 14,41 - 13,16 KOH 30,26 - 30,94 H2O 51,47 - 52,63 Макромолекулы крахмала и целлюлозы, имеющие одинаковую формулу элементарной ячейки [(C6H7O2(OH)3]n , сходны также и по строению, отличие только в b-конфигурации связи между кольцами и в характере цепей. Оксицеллюлозы имеют повышенное содержание карбоксильных групп, поэтому они способны растворяться в щелочах. Выбор ОПЦ марки "блочный" или "101" обусловлен их повышенной растворимостью (по сравнению с другими марками) в 10,5М водном растворе KOH, а также близостью величин их молекулярных масс. КМЦ простой эфир целлюлозы и гликолевой кислоты [(C6H7O2(OH)3-x(OCH2-COOH) x]n , хорошо растворима в щелочном электролите с образованием вязкого, но льющегося геля. Более высокие эксплуатационные характеристики МВЦ и МЦ элементов, при использовании сепараторовэлектролитоносителей, содержащих производные целлюлозы вместо крахмала, обусловлены образованием интерполимерных комплексов между карбоксильными группами ОПЦ и КМЦ и гидроксильными группами ПВС. За счет этого же воздействия происходит постепенное загустение вязких щелочных растворов ОПЦ и КМЦ при добавлении ПВС до пастообразной массы, а затем и до образования, упруги х, не меняющих форму таблеток-сепараторов, содержащих щелочной электролит. В зависимости от количества компонентов в композиции и от способа ее приготовления, время загустения пасты увеличивается до 30мин, что дает возможность автоматизировать процесс получения таблетоксепараторов на производстве. Введение в композицию производных целлюлозы, которые являются многотоннажными промышленными полимерами, кроме сохранения пищевого продукта удешевляет сепараторыэлектролитоносители и, соответственно МВЦ и МЦ щелочные элементы. Пример 1. 7г (1,85мас.%) КМЦ растворяют в 100мл 10,5М водного раствора KOH при 60°C, 5,0г (1,32мас.%) ОПЦ (блочн.) растворяют в 100мл 10,5М водного раствора KOH при 80°C. Гелеобразные растворы соединяют при перемешивании и к полученной смеси присыпают 58г (12,71мас.%) ПВС (марки 40/2), перемешивая до образования пастообразной однородной массы, которой заполняют формы в виде овальных ячеек, изготовленных из нержавеющей стали, имитируя существующую на сегодняшний день промышленную технологию изготовления крахмально-мучных сепараторов. Время затвердения массы до 30мин, после чего таблеткисепараторы вынимают из формы. Электрические характеристики щелочного элемента типа "Корунд" с полученными синтетическими сепараторамиэлектролитоносителями, помещенными между анодом и катодом, определялись по стандартной методике. Измерялось предельное сопротивление внешней цепи, при котором напряжение не ниже 1,0B (R пр.), внутреннее сопротивление элемента (Rвн.), а также напряжение элемента при подключении нагрузок 500 и 100Ом. Характеристики системы сравнивались с контрольной системой - промышленной батареей "Корунд" с крахмально-мучным сепараторомэлектролитоносителем. Примеры 2 - 5. Приготовление воднощелочных растворов ОПЦ и КМЦ, загущение их добавлением ПВС, формирование таблетоксепараторов, а также определение электрических характеристик щелочных батарей типа "Корунд", работающих с сепараторамиэлектролитоносителями, полученными по предлагаемому изобретению, проводят аналогично примеру 1. Количество компонентов в композиции для получения таблеток-сепараторов и электрические характеристики щелочных батарей с такими сепараторами приведены в таблице. Оптимальное количество ОПЦ в композиции составляет 1,43 - 2,06мас.%. При содержании ОПЦ ниже 1,43мас.% не обеспечивается достаточная вязкость раствора щелочного электролита, при увеличении концентрации ОПЦ выше 2,06мас.% наблюдается неполное растворение последней в 10,5М водном растворе KOH. Концентрация КМЦ в композиции колеблется незначительно, оптимальное количество - 1,80 1,84мас.%, обусловлено растворимостью КМЦ в щелочном электролите с образованием гелеобразного, но льющегося раствора. Оптимальное количество ПВС в композиции 13,16 - 14,41мас.% обеспечивает загущение гелеобразного щелочного электролита до пастообразной массы в течение 5 - 10мин, с последующим затвердением композиции в формах до образования упругих таблеток в течение 10 - 30мин. Уменьшение концентрации ПВС до 12мас.% не обеспечивает достаточного загущений щелочного электролита, что резко изменяет физико-механические свойства сепаратора, делая его менее упругим (желеобразным), что затрудняет процесс изъятия таблеток-сепараторов из форм при их изготовлении. Повышение концентрации ПВС выше 14мас.% делает таблетку сепаратора слишком жесткой и хр упкой, что приводит к ее растрескиванию при изъятии из формы и к необоснованному увеличению расхода ПВС. Соотношение KOH и H2O во всех пяти композициях таково, что концентрация щелочного электролита составляла 10,5М раствор. Таким образом из приведенных данных следует, что макеты МВЦ элементов типа "Корунд" с предлагаемыми сепараторамиэлектролитоносителями обладают более низкими значениями внутреннего сопротивления (Rвн) и предельного сопротивления внешней цепи (Rпр.), при котором напряжение не ниже 1,0В, что позволяет реализовать щелочные ХИТ с достаточно высокими плотностями разрядных токов и высокой емкостью. В патентной литературе практически нет ни одного охранного документа, в котором бы сепаратор-электролитоноситель щелочных элементов состоял полностью из синтетических материалов, что позволяет считать предлагаемое изобретение отвечающим критериям "существенное отличие" и "новизна".