Спосіб виготовлення гідридного електрода металогідридних хімічних джерел струму

1 Спосіб виготовлення гідридного елеісгрода металопдридних ХІМІЧНИХ джерел струму, що включає перемішування порошку воднесорбційного сплаву, додавання металу і зв'язуючого, висушування і наступне виготовлення електрода, який відрізняється тим, що метал до складу електрода вводиться шляхом нанесення на поверхню порошку тонкого шару металу мікроп лакуванням окремих ділянок часток сплаву, так званих "активних центрів", ХІМІЧНИМ, електрохімічним або механохімічним способом 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що нанесення металу на поверхню часток воднесорбційного сплаву здійснюється ХІМІЧНИМ відновленням при магнітному перемішуванні порошку заліза Винахід відноситься до ХІМІЧНИХ джерел струму Він може бути використаний у виробництві електродних матеріалів для нікельметалопдридних акумуляторів і повітрянометалопдридних систем для нанесення покриттів, під час виготовлення каталізаторів ВІДОМІ способи виготовлення гідридних електродів, до складу яких вводиться порошок МІДІ в КІЛЬКОСТІ 1,5 % від загальної маси пдридоутворюючого сплаву [Yu J -S , Lee H , Lee P S , Lee J -Y Effect of Cu powder as an additive material on the properties of Zr-based pasted alloy electrodes for Ni/MH batteries // J Electrochem Soc - 2000 - vol 147, No 7 -P 2494-2497] Відомий спосіб виготовлення електрода, що включає обробку воднесорбційноного сплаву в кислому розчині для одержання на поверхні порошку шару, збагаченого нікелем, змішування отриманого порошку з порошком, що містить кобальт чи нікель або порошком сплаву кобальту чи нікелю [Патент 6071644 США, МКИ Н 01 М 4/58, Н 01 М 6/00 Takuaki L, Takashi Y , Hideki О , Shigeto J N08/941489, заявл 01 10 1997, опубл 06 06 2000, пріор 30 08 1996 N8259652 (Японія) Metal hydride storage cell and method of producing hydrogen ab sorbing alloy electrode] Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, є спосіб виготовлення електрода з воднесорбційного сплаву, покритого тонким ша в КІЛЬКОСТІ від 1 до 10 % по масі від КІЛЬКОСТІ мате ріалу, що покривається, з розміром часток від 40 до 100 мкм, який після закінчення процесу видаляється магнітною сепарацією 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що хімічне нанесення металу на поверхню часток воднесорбційного сплаву здійснюється із суспензії або золю цих часток у водному розчині ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту з наступною седиментацією ацетоном ром МІДІ, методом ХІМІЧНОГО відновлення [Sakai T , Ishikawa Н , Oguro К Effects of microencapsulatation of hydrogen storage alloy on the performances of sealed nickel/metal hydride batteries // J Electrochemical Science and Technology -1987 -vol 134, No 3 - P 558-562] Поверхня порошку попередньо активується паладієм, потім нанесення відбувається при температурі 30°С з тартратних розчинів МІДІ і лугу формальдегідом як відновником Одержуваний порошок висушується, змішується з емульсією фторопласта як зв'язуючим і пресується електрод необхідних розмірів Одним з основних недоліків прототипу є те, що при мікрокапсулюванні на частки водносорбційних сплавів наносять суцільну оболонку МІДІ В КІЛЬКОСТІ до 25% (мас ) Введення такої КІЛЬКОСТІ МІДІ, яка не є пдридоутворюючим металом, приводить до значного погіршення питомих (по масі) електрохімічних характеристик акумулятора в цілому В основу винаходу, що заявляється, "Спосіб виготовлення гідридного електрода металопдрид 00 ю 54182 них ХІМІЧНИХ джерел струму поставлена задача удосконалення нікель-металопдридних акумуляторів, а саме збільшення їхніх розрядних характеристик, зниження саморозряду і збільшення терміну служби гідридного електрода шляхом нанесення тонкого шару металу на поверхню порошку, здійснюваного мікроплакуванням часток сплаву тонким шаром металу (МІДІ, нікелю чи кобальту) ХІМІЧНИМ, електрохімічним чи механохімічним способом Спосіб мікроплакування припускає нанесення на частки воднесорбційних сплавів не суцільної оболонки металу, а нанесення його на окремі ділянки, так звані "активні центри" поверхні Нанесення металу на поверхню часток воднеосорбційного сплаву може бути здійснені ХІМІЧНИМ відновленням при магнітному перемішуванні порошку заліза в КІЛЬКОСТІ ВІД 1 до 10% по масі від КІЛЬКОСТІ матеріалу, що покривається з розміром часток від 40 до ЮОмкм, який після закінчення процесу видаляється магнітною сепарацією Хімічне нанесення металу на поверхню часток воднесорбційного сплаву може бути здійснено із суспензії або ЗОЛЯРЦИХ часток у водному розчині ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту з наступною седиментацією ацетоном Спосіб включає нанесення металів мікроплакуванням на поверхню порошку воденьсорбуючого сплаву одним із методів, перемішування порошку мікроплакованого сплаву зі зв'язуючим, висушування і наступне виготовлення електродів необхідних розмірів За другим варіантом спосіб включає мікроплакування поверхні часток воднесорбційного сплаву ХІМІЧНИМ відновленням при магнітному перемішуванні сплаву з порошком заліза у КІЛЬКОСТІ ВІД 1 до 10 %,із розміром часток від 40 до ЮОмкм, який після закінчення процесу видаляється магнітною сепарацією За третім варіантом спосіб включає створення золя чи емульсії з часток воднесорбційного сплаву у водному розчині ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту, що містить іони металу, що наноситься Після ХІМІЧНОГО відновлення частки воднесорбційного сплаву з нанесеним металом і мікрочастинки відновленого металу седиментуються ацетоном Використання порошку заліза в процесі ХІМІЧНОГО відновлення МІДІ, кобальту чи нікелю на поверхні часток сплаву відіграє подвійну роль Залізо в цьому випадку є одночасно і каталізатором, і агентом, що перемішує Дрібнодисперсний порошок заліза забезпечує більш інтенсивне перемішування розчину при взаємному зіткненні часток воднесорбційного сплаву і порошку заліза Зіткнення із частками порошку заліза приводить до утворення великої КІЛЬКОСТІ атомів заліза, адсорбованих на поверхні матеріалу, що покривається Це сприяє збільшенню КІЛЬКОСТІ центрів кристалізації відновлюваного металу, і більш рівномірному нанесенню МІДІ, кобальту чи нікелю на поверхню матеріалу, поліпшує їхню адгезію Нанесення МІДІ, кобальту чи нікелю на поверхню часток воднесорбційного сплаву приводить до збільшення розрядної ємності і зниженню саморозряду гідридних електродів Застосовуються ВІДОМІ розчини ХІМІЧНОГО на несення Розміри часток порошку заліза повинні бути порівнянні з частками воднесорбційного сплаву КІЛЬКІСТЬ порошку заліза не повинна перевищувати 10% по масі від КІЛЬКОСТІ матеріалу, що покривається Збільшувати масу заліза, а також збільшувати розмір його часток економічно невигідно, тому що це не забезпечує поліпшення якості покриття Зменшення КІЛЬКОСТІ часток заліза по масі нижче 1%, а також зменшення розміру його часток менш ніж 40мкм погіршує умови магнітної сепарації, приводить до втрати заліза і при цьому не забезпечуються необхідні розрядні характеристики електродів Збільшення розміру часток заліза понад ЮОмкм приводить до зменшення розрядної ємності і збільшенню саморозряду За третім варіантом способу створення зол або емульсії часток воднесорбційного сплаву у водному розчині ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту створює дуже сприятливі умови для перемішування з іонами відновлюваного металу Тому в процесі ХІМІЧНОГО відновлення поверхня часток воднесорбційного сплаву повністю покривається металом, що наноситься Одночасно в емульсії утворюються колоїдні частки відновленого металу При осадженні ацетоном покриті частки і колоїдний метал осаджуються Осад промивається і йде на виготовлення гідридного електрода Частки колоїдного металу у свою чергу створюють додатковий кістяк електропровідності Концентрація водного розчину ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту підбирається таким чином, щоб створювалися золь або емульсія часток матеріалу, що покривається Чим більша маса частки воднесорбційного сплаву, тим вища концентрація ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту У нашому випадку концентрація спирту складала 40%, подальше и підвищення приводить до збільшення в'язкості, а не до створення рівномірно розподілених часток Поліпшення характеристик гідридних електродів приводить до збільшення терміну служби гідридних електродів у 1,2 рази Як видно з представлених нижче прикладів реалізації винаходу, отримані електричні розрядні ємності і величини саморозряду для металопдридних систем вигідно відрізняються від прототипу Приводимо приклади конкретного застосування винаходу Приклад 1 Береться 5г сплаву Laos4Ceo i6Ni4 83Feoo4, просіяного через сито з розміром чарунок від 50мкм, додається 0,25г (5%) залізного порошку, просіяного через сито з розміром чарунок ЮОмкм Додається в розчин, що містить CuSO4 - 35г/л, H2SO4 50 мол/л Нагрівається до температури 60°С і доливається 50% розчин гіпофосфіту натрію в об'ємному співвідношенні 1 1 На магнітній мішалці при температурі 60°С перемішуються протягом ЗО хвилин Після закінчення процесу магнітної сепарації відокремлюється порошок заліза Після промивання і висушування готуються електроди Для цього до отриманого порошку додається до 3% по масі емульсія фторопласта Ф-4Д і пресується під тиском 20МПа в пресформі діаметром 30мм між двома нікелевими сітками Отриманий електрод випробовується на макеті нікель-металопдридного акумулятора з металокерамічним окиснонікелевим електродом площею, у 2 рази більшою за площу металопдридного електрода Циклуван 54182 дної емульсії Потім при перемішуванні нагріваня макета проводилося в гальваностатичному реється і додається 50% розчин гіпофосфіту натрію в жимі при струмі 100мА/г Розрядна ємність склала об'ємному співвідношенні 1 1 Ця система перемі240мА год/г гідридного електрода Саморозряд шується протягом ЗО хвилин при температурі протягом тижня склав 20% від розрядної ємності 60°С Потім при перемішуванні охолоджується на Що є оптимальним результатом повітрі Після охолодження до кімнатної темпераПриклад 2 тури при перемішуванні в неї вливається така ж за Береться 5 г сплаву Laos4Ceo i6Ni4 83Feoo4, прооб'ємом КІЛЬКІСТЬ чистого ацетону Після доливансіяного через сито з розміром чарунок від 50мкм, ня система розшаровується Потім осад декантудодається 0,25г (5%) залізного порошку, просіяноється і профільтровується через паперовий го через сито з розміром чарунок 150мкм Далі фільтр Отриманий осад висушується і готуються все робиться так само, як і в прикладі 1 електроди як у прикладі 1 Розрядна ємність склала 230мА год/г гідридного електрода, саморозряд протягом тижня склав Розрядна ємність склала 250мА год/г, само29% від розрядної ємності Отримали незадовільрозряд протягом тижня склав 20% від розрядної ний результат, тому що розмір часток залізного ємності порошку виходить за межі заявляемого інтервалу Приклад 5 (прототип) Приклад З Береться 5г сплаву LacmCeo i6N4 83Feoo4, просіяного через сито з розміром чарунок до 50мкм Береться 5г сплаву LacmCeo i6N4 83Feoo4, проДодається в стандартний розчин, що містить сіяного через сито з розміром чарунок від 50мкм, CuSO4 - 35г/л, H2SO4 - 50мол/л Нагрівається до додається 0 75г (15%) залізного порошку, просіятемператури 60°С і доливається при перемішуного через сито з розміром чарунок до 150мкм ванні 50 % розчин гіпофосфіту натрію в об'ємному Далі усе робиться так само, як і в прикладі 1 співвідношенні 1 1 Цей розчин перемішується Розрядна ємність склала 240мА год/г гідридпротягом ЗО хвилин при температурі 60°С Далі ного електрода, саморозряд протягом тижня склав електроди готуються як у прикладі 1 23% від розрядної ємності Отримали незадовільний результат, тому що розмір часток та маса заРозрядна ємність склала 180мА год/г гідридлізного порошку виходить за межі заявляемого ного електрода, саморозряд протягом тижня склав інтервалу 29% від розрядної ємності Запропонований спосіб виготовлення гідридПриклад 4 ного електрода для металопдридних ХІМІЧНИХ Береться 5г сплаву LacmCeo i6N4 83Feoo4, проджерел струму може бути використаний на підсіяного через сито з розміром чарунок до 50мкм приємствах, що виготовляють нікельГотується водний розчин, що містить 400г/л ПОЛІметалопдридні акумулятори або електродні матеВІНІЛОВОГО спирту, CuSO4 -35г/л, H2SO4 - 50мол/л ріали зі збільшеним терміном служби У цей розчин при перемішуванні додається порошок сплаву і перемішується до утворення однорі ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71