Свинцево-кислотна акумуляторна батарея для роботи при високих термічних навантаженнях

Свинцево-кислотна акумуляторна батарея для роботи при високих термічних навантаженнях, що містить набір позитивних і негативних електродів, які складаються зі струмовідводів і активної маси, і електроліт з добавкою фосфорної кислоти, яка відрізняється тим, що струмовідвід позитивного електрода виконаний зі сплаву, що містить, мас. %: 0,04-0,06 кальцію; 0,6-1,5 олова; 0,010,015 барію; 0,005-0,03 алюмінію; свинець - решта, а струмовідвід негативного електрода виконаний зі сплаву, що містить, мас. %: 0,08-0,12 кальцію; 0,10,25 олова; 0,005-0,05 алюмінію; 0,005-0,015 барію; свинець - решта. Винахід відноситься до електротехнічної промисловості, до виробництва хімічних джерел струму, зокрема, свинцево-кислотних акумуляторних батарей. Сучасні аеродинамічні форми автомобілів ізолюють підкапотний простір від повітряних потоків. Через це збільшується температура під капотом, особливо в літню пору. Весь моторний відсік нерідко нагрівається до 100°С і на акумуляторну батарею накладається додаткове термічне навантаження. При високих температурах, що перевищують 60°С, процеси зносу акумуляторів прискорюються настільки, що термін служби скорочується в кілька разів. Зростає струм саморозряду. Значно активізуються процеси електроерозії пластин. Швидше витрачається вода, підвищується щільність електроліту, розпушується активна маса, прискорюються процеси корозії струмовідводів електродів акумуляторної батареї. Корозія струмовідводів, особливо позитивного струмовідводу, є однією з головних причин, що приводить до скорочення терміну служби акумуляторів. Підвищені температури збільшують швидкість корозії. На кожні 20°С збільшення температури, швидкість корозії збіль шується в 2 рази. Тому, у сві тлі нових вимог до автомобільних батарей, що працюють при більш високих температурах, вибір складу сплаву для струмовідводів має одну з першорядних значень при розробці конструкції. Відома свинцево-кислотна акумуляторна батарея [А.з Японії №5059548, МКИ: Н01М4/68, заявл. 11.07.86, опубл. 31.08.93], що містить декілька пар різнойменних електродів, розміщених в електроліті, водяному розчині сірчаної кислоти, зі струмовідводами, виготовленими на основі свинцевого сплаву, що містить, мас. %: сурми 0,5-3,0 бора 0,05-0,5 кадмію 0,01-0,3 олова 0,01-1,0 міді 0,01-0,07 свинець решта. Недоліками відомої свинцево-кислотної батареї є висока швидкість саморозряду і газовиділення в процесі експлуатації, що вимагає частої долівки води в електроліт і знижує термін експлуатації акумулятора. Найбільш близької по технічній сутності і результату, що досягається, є свинцево-кислотна (19) UA (11) 66069 (13) C2 (21) 2003076833 (22) 21.07.2003 (24) 15.02.2007 (46) 15.02.2007, Бюл. № 2, 2007 р. (72) Білий Олександр Петрович, Зимін Олег Петрович, Привалов Володимир Миколайович (73) ТОВАРИСТВО З ОБМЕЖЕНОЮ ВІДПОВІДАЛЬНІСТЮ "ОБЕРОН-ЦЕНТР" (56) UA 41790, A, 17.09.2001 UA 47915, A, 15.07.2002 JP 5059548, B, 31.08.1993 US 6267923, B1, 31.07.2001 EP 1264907, A1, 11.12.2002 WO 9905732, A1, 04.02.1999 3 66069 4 акумуляторна батарея [Патент України №41790А, В основу винаходу поставлена задача удоскоМПК7: Н01М4/68,4/74, заявл. 15.01.01., опубл. налення свинцево-кислотної акумуляторної бата17.09.01], що містить набір позитивних і негативреї для роботи при високих термічних навантаних електродів, що знаходяться в електроліті, що женнях, у якій за рахунок використання для включає струмовідводи і шари пасти активної маструмовідводів позитивного і негативного електси. Струмовідвід позитивного електрода виконародів свинцево-кальцієво-олов'янистих сплавів з ний зі сплаву, що містить, у мас. %: оптимальним співвідношенням легуючих компонесурми 0,11-0,16 нтів, досягається зниження швидкості корозії при олова 0,6-0,9 високих температурах за рахунок утворення захиарсену 0,1-0,18 сного шару окислів на поверхні поділу струмовідміді 0,05-0,09 від/активна маса. Це, у свою чергу, приводить до срібла 0,025-0,03 малої швидкості саморозряду, зменшенню газовивісмуту 0,03-0,04 ділення в процесі експлуатації, що дозволяє виселену 1,1-1,8 ключити необхідність долівки води в електроліт. кадмію 0,01-0,1 Термін служби акумуляторної батареї збільшуєтьсвинець решта. ся. Струмовідвід негативного електрода виконаПоставлена задача зважується тим, що у ний зі сплаву, що містить у мас. %: свинцево-кислотній акумуляторній батареї для кальцію 0,06-0,09 роботи при високих термічних навантаженнях, що олова 0,5-1,1 містить набір позитивних і негативних електродів, алюмінію 0,01-0,05 що складаються зі струмовідводів і активної маси, кобальту 0,003-0,0032 і електроліту з добавкою фосфорної кислоти, відсвинець решта. повідно до винаходу, стр умовідвід позитивного В електроліт додається фосфорна кислота електрода виконаний зі сплаву, що містить, у мас. (орто) з розрахунку 0,2-0,7мас. % до маси елект%: роліту. кальцій 0,04-0,06 Недоліком даної свинцево-кислотної акумуляолово 0,6-1,5 торної батареї є низька корозійна стійкість при барій 0,01-0,015 підвищених температурах, що скорочує термін алюміній 0,005-0,03 служби батареї. Свинцево-сурм'янисті сплави восвинець решта, лодіють гарними ливарними властивостями. Ода струмовідвід негативного електрода виконанак сурма впливає на електроліз води, що місний зі сплаву, що містить, у мас. %: титься в електроліті. Присутність сурми, навіть у кальцій 0,08-0,12 невеликих кількостях, у стр умовідводах позитиволово 0,1-0,25 них електродів приводить, з одного боку, до збіалюміній 0,005-0,05 льшення інтенсивності виділення кисню, а з іншої барій 0,005-0,015 сторони до електрохімічного переносу й осадженсвинець решта. ня сурми на поверхню негативного електрода. Основна перевага сплавів системи свинецьСаме присутність сурми на поверхні негативного кальцій-олово, з яких виготовлені струмовідводи електрода сприяє помітному зниженню перенапруелектродів свинцево-кислотної акумуляторної баги водню і відповідно зростанню газовиділення. У тареї, що заявляється, полягає у високому знарезультаті, в батареї інтенсивно знижується рівень ченні водневої і кисневої перенапруги. Дані сплави електроліту, виділяється вибухонебезпечна киснепо величині катодного й анодного потенціалів во-воднева суміш, що приводить до необхідності практично не відрізняються від чистого свинцю. Це контролю рівня електроліту, періодичного додаобумовлює малу швидкість саморозряду акумулявання в нього дистильованої води і створення інторів. Якщо в акумуляторах зі свинцево-сурм'яним тенсивної вентиляції. Гази, що виділяються, висплавом середньодобовий саморозряд досягає кликають корозію струмовідводів позитивних 1% і більше, то для акумуляторів, у яких викориселектродів, полюсних виводів і металевих деталей товується склад свинцево-кальцієвих сплавів, що автомобіля. Термін служби акумуляторної батареї заявляється, саморозряд не перевищує 0,1-0,2% скорочується. При експлуатації автомобіля в літню за добу. Характерною відмінністю для акумулятопору, коли акумуляторна батарея працює при вирів зі свинцево-кальцієвими струмовідводами є соких термічних навантаженнях, швидкість корозії відсутність електролітичного переносу легуючого збільшується, інтенсивність газовиділення зростає компонента Са на негативний електрод, оскільки в кілька разів. Використання арсену в сплаві струкальцій не може бути відновлений з водяних розмовідводу позитивного електрода обмежує області чинів. Тому значення кінцевого зарядного потенцізастосування відомої акумуляторної батареї через алу негативного електрода досить стабільно в виділення токсичного арсину. Добавка міді в мепроцесі експлуатації акумулятора. Для акумулятожах 0,05-0,06мас. % практично не впливає на влара зі струмовідводом позитивного електрода зі стивості сплаву, що містить 0,1-0,18мас %. арсену. свинцево-сурм'яного сплаву (прототип) спостеріЗміст вісмуту в межах 0,03-0,04мас. % не впливає гається прогресуюче зниження катодного потенціна такі характеристики батарей як: термін служби, алу при циклюванні, викликане нагромадженням саморозряд, загальну мікроструктуру чи зерниссурми на поверхні негативного електрода, і відпотість сплаву. Застосування кадмію створює значні відне збільшення швидкості саморозряду. Кальціекологічні проблеми на стадіях відливки струмовієві сплави з яких виготовлені струмовідводи свиндводів і утилізації відпрацьованих акумуляторів. цево-кислотної акумуляторної батареї, що 5 66069 6 заявляється, не мають цих властивостей і акумуртних засобах, що працюють при високих термічляторна батарея зберігає заряд у часі. Швидкість них навантаженнях. саморозряду є мінімальною. Зміст кальцію 0,04Результати іспитів корозійної стійкості 0,06 і олова 0,6-1,5, у сплаві струмовідводу позизразків струмовідводів при анодній поляризації тивного електрода і 0,08-0,12 кальцію і 0,1-0,15 при 60°С, виготовлених зі сплавів, використовуваолова у сплаві струмовідводу негативного електних у відомій свинцево-кислотній акумуляторній рода є оптимальним. Швидкість корозії знижуєтьбатареї та у батареї, що заявляється, показані на ся. Таке зниження обумовлене утворенням інтердіаграмі (Фіг.). металевого сполучення Sn3Са. Пасивована Порівняння отриманих значень показує, що провідна плівка, що утвориться на сплавах струшвидкість корозії (убуток зразків у вазі) сплаву, мовідводів, є корозійностійкою. Уведення барію в використовуваного в акумуляторній батареї, що сплави свинець-кальцій-олово в межах 0,01-0,015 заявляється, менше, ніж відомого сплаву. Знижен(струмовідвід позитивного електрода) і 0,005-0,015 ню анодної корозії пропонованого сплаву сприяє (струмовідвід негативного електрода) приводить утворення захисного шару окислів, на поверхні до різкого поліпшення механічних властивостей. позитивного струмовідводу, що зменшує кількість Зміцнення сплавів відбувається за рахунок утвосвинцю, що переноситься на негативний електрод рення обмежених твердих розчинів і хімічних спо(катод). лук типу РbВа. Це сприяє стабілізації кристалічної Були зібрані спробні акумулятори, що підструктури сплавів, зменшенню часу старіння, збедавалися випробуванню на термін служби метореженню властивостей протягом усього терміну дом «життєвої проби», що полягає в чергуванні роботи батареї, особливо при підвищених темпециклів заряд - розряд. Через кожні 20 циклів виратурах. Добавка алюмінію в межах 0,005-0,03 у значався час розряду при 20-хвилинних режимах сплав струмовідводу позитивного електрода є дурозряду. Ак умулятор вважався таким, що вийшов же ефективною і надійно забезпечує стабільність з ладу, як тільки час розряду ставало менше 12 складу Pb-Ca-Sn сплаву протягом усього терміну хвилин. Іспити показали, що термін служби спроброботи батареї. них акумуляторів зі стр умовідводами, виготовлеЗа наявними у авторів відомостями передбаними зі сплавів акумуляторної батареї, що заявлячувані істотні ознаки, що характеризують сутність ється, на 15-30% вище терміну служби винаходу, не відомі з рівня техніки, отже, винахід акумуляторів зі струмовідводами, виготовленими відповідає критерію «новизна». зі сплавів, використовуваних у відомій акумулятоСутність винаходу, що заявляється, не виплирній батареї. ває для фа хівця явно з відомого рівня техніки. Свинцево-кислотна акумуляторна батарея, що Сукупність ознак, що характеризують відому свинзаявляється, для роботи при термічних навантацево-кислотну акумуляторну батарею, не забезпеженнях у порівнянні з відомою має підвищену стійчує досягнення нових властивостей і тільки наявкість до корозії, що забезпечує мінімальне газовиність відмітних ознак дозволяє одержати новий ділення при заряді, а також малу швидкість технічний результат. Отже, пропонований винахід саморозряду. Термін служби батареї збільшуєтьвідповідає критерію «винахідницький рівень». ся. Запропонована батарея відрізняється недефіЗапропонована акумуляторна батарея може цитністю вихідних матеріалів. використовува тися в якості стартерной у транспо Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601