Герметизована клапанорегульована свинцево-кислотна (vrla) акумуляторна батарея

Герметизована клапанорегульована свинцево-кислотна VRLA-батарея, що складається з акумуляторів, струмоутворюючими елементами яких є позитивні електроди з активною масою діоксиду свинцю (РbО2), і негативні електроди з активною C2 2 (19) 1 3 маси, в позитивну активну масу введено волокно з боросилікатного скла в кількості 0,2-2,1 мас. % від активної маси, причому діаметр волокон складає 0,5-10 мкм, а їх довжина складає 2,5-1000 мкм, батарея має щонайменше один запобіжний клапан для виведення надлишку газів [Патент Україні № 86510, МПК (2009) Н01М10/06. Опубл. 27.04.2009, бюл. № 8]. Розкриємо переваги сплаву для струмовідводів батареї-прототипу. Кальцій, що міститься в сплаві, в кількості 0,02-0,11 мас. % забезпечує механічну міцність сплаву. Олово в кількості 0,051,50 мас. % запобігає пасивуванню позитивних електродів і передчасній втраті ємності, а також забезпечує корозійну стійкість сплаву. Алюміній захищає кальцій від вигоряння при виготовленні сплаву. Вісмут в кількості менше 0,03 мас. % особливої ролі не грає і є допустимою домішкою. Недоліком батареї-прототипу є невисока віброміцність, коли в умовах вібрації активні маси відшаровуються від струмовідводів, а позитивна активна маса руйнується сама по собі. Це пов'язано з двома причинами: по-перше, активні маси електродів мають погане зчеплення зі струмовідводами; по-друге, міцність позитивної активної маси в умовах вібрації недостатня. У свою чергу, погане зчеплення активних мас електродів зі струмовідводами обумовлене високою корозійною стійкістю сплаву струмовідводів, тоді як для зчеплення активних мас потрібна невелика корозія сплаву, що дозволяло б свинцевій пасті прикріплятися до струмовідводів. Невисока міцність позитивної активної маси в умовах вібрації є її природною властивістю, для корегування якої в позитивну масу вводяться різні зміцнюючі добавки. В даному випадку параметри введеного волокна, з боросилікатного скла не оптимальні. Нами ставилася задача підвищення віброміцності VRLA-батареї шляхом введення легуючої добавки в сплав струмовідводів, яка поліпшує зчеплення активних мас зі струмовідводами, а також шляхом підбору параметрів введеного в позитивну активну масу волокна з боросилікатного скла. Поставлена задача вирішувалася тим, що в герметизованій клапанорегульованій свинцевокислотній VRLA-батареї, що складається з акумуляторів, струмоутворюючими елементами яких є позитивні електроди з активною масою діоксиду свинцю (РbО2), і негативні електроди з активною масою губчастий свинець (Рb), що чергуються, розділені сепараторами зі скловолокна з діаметром волокон 5-25 мкм, і гелевидний електроліт на основі розбавленої сірчаної кислоти, загущеної дрібнодисперсним оксидом кремнію в кількості 3-7 мас. %, струмовідводи електродів виготовлені з безсурм'яного низьколегованого свинцевокальцієво-олов'яного сплаву з добавками вісмуту і алюмінію, що містить 0,02-0,11 мас. % Са, 0,051,50 мас. % Sn, не більше 0,08 мас. % Аl, деяка кількість Ві, решта - свинець, ємність негативних електродів на 10-35 % більше ємності позитивних електродів, в негативну активну масу введено розширювач сульфат барію (BaSO4) в кількості 0,300,66 мас. % від активної маси, в позитивну активну масу введено волокно з боросилікатного скла в 94801 4 кількості 0,2-2,1 мас. % від активної маси, причому діаметр волокон складає 0,5-10 мкм, батарея має щонайменше один запобіжний клапан для виведення надлишку газів, згідно з винаходом, свинцево-кальцієво-олов'яний сплав містить 0,03-0,05 мас. % Ві, довжина волокон з боросилікатного скла складає 1000-4500 мкм. Розкриємо суть заявленого технічного рішення. На відміну від прототипу, де в сплаві струмовідводів міститься незначна кількість вісмуту, що не впливає на властивості сплаву, в батареї, що заявляється, в свинцево-кальцієво-олов'яний сплав вводять 0,03-0,05 мас. % Ві. Це забезпечує невелику корозію сплаву, що дозволяє свинцевій пасті міцно прикріплятися до струмовідводів, що необхідне для хорошого зчеплення активних мас зі струмовідводами. Якщо добавка вісмуту буде менше 0,03 мас. %, то зникає її ефект; при вмісті вісмуту більше 0,05 мас. % корозія сплаву стає дуже великою, що, навпаки, погіршує зчеплення активних мас з струмовідводами. Завдяки тому, що довжина волокон боросилікатного скла достатньо велика (1000-4500 мкм), забезпечується обхват цілими волокнами активної маси практично по всій товщині її на електродах (яка в VRLA-батареях складає приблизно 15002000 мкм). Досвід показує, що саме така довжина волокон найбільше зміцнює позитивну активну масу. При довжині волокна менше 1000 мкм ефект зміцнення істотно знижується; максимальна довжина волокна визначається умовами намазування свинцевої пасти на струмовідводи - при довжині волокна більше 4500 мкм істотно погіршується здатність пасти до намазування. Потрібно відзначити також, що введення в сплав струмовідводів вісмуту у вказаній кількості без введення потрібної довжини скловолокна в позитивну активну масу недостатньо для вирішення поставленої задачі. Точно також недостатньо введення скловолокна в позитивну активну масу без використання вісмуту в сплаві. І лише одночасне додавання потрібної кількості вісмуту і скловолокна потрібної довжини дозволяє вирішити поставлену задачу, досягти необхідного технічного результату. Вісмут забезпечує зчеплення зі струмовідводами тонких шарів активних мас, прилеглих безпосередньо до струмовідводів, а скловолокно охоплює решту всього об'єму позитивної активної маси, утримуючи її від руйнування вібрацією. Пропоноване технічне рішення може бути використане у виробництві свинцево-кислотних акумуляторів і акумуляторних батарей, зокрема стартерних акумуляторних VRLA-батарей для транспортних засобів. Технічне рішення може бути також ефективно використане у виробництві тягових акумуляторів. Виготовлення свинцево-кислотної батареї, що заявляється, проводиться таким чином. На металургійних підприємствах поза відомими технологіями отримують безсурм'яний низьколегований свинцево-кальцієво-олов'яний сплав, що містить кальцію 0,02-0,11 мас. %, олова 0,05-1,50 мас. %, вісмуту 0,03-0,05 мас. % і алюмінію не більше 0,08 5 94801 мас. %. Сплав поставляється на акумуляторний завод. На акумуляторному заводі здійснюються певні технологічні операції: у ливарному цеху із сплавів відливаються позитивні і негативні струмовідводи; на ділянці пастоприготування готується свинцева паста для формування позитивної і негативної активних мас. Паста готується таким чином: на виробничій установці отримання свинцевого порошку, млині або установці рідкого диспергування типу "Бартон", отримують свинцевий порошок з необхідним вмістом РbО. Навішування для пасти виконують за допомогою вагових дозаторів. Для отримання пасти спочатку в змішувач подають сухі компоненти: свинцевий порошок, а також, якщо готується позитивна паста, волокно з боросилікатного скла (скловолокно), а якщо готується негативна паста, порошок сульфату барію (кількість добавок і параметри волокна за формулою винаходу); потім додають дистильовану або демінералізовану воду і проводять змішування впродовж не більше 3 хв. Після чого подають рідкі компоненти: розчин сірчаної кислоти густини 1,40 3 г/см . При цьому безупинно проводять змішування протягом сумарного часу не більше 30 хв. Точна кількісна рецептура позитивної і негативної паст і способи їх отримання встановлюються в технологічній документації, а вміст добавок витримується в повній відповідності з формулою винаходу. Потім, на ділянці пастонамазування здійснюється намазування пасти на струмовідводи; на ділянці сушіння і дозрівання позитивні і негативні електродні пластини, що намазали, піддають термогідростатуванню (сушінню і дозріванню) в спеціальних камерах. Далі з електродних пластин і скловолоконних сепараторів (з характеристиками за формулою винаходу) збираються батареї в складальному цеху; батареї, що пройшли складання, піддаються формуванню (першому заряду) в цеху формування, внаслідок чого формується активна маса позитивних і негативних електродів; після формування з батарей виливають рідкий електроліт і заливають електроліт із загусником (дрібнодисперсним оксидом кремнію) в кількості, згідно з формулою винаходу. Після всього цього батареї надходять на склад готової продукції. Приклад 1. Були виготовлені три VRLA-батареї-прототипи ємністю 55 А·год. У батареях використані струмо Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 6 відводи зі свинцево-кальцієво-олов'яного сплаву: Са 0,06 мас. %, Sn 0,09 мас. %, Ві 0,01мас. %, Аl 0,02 мас. %, решта - свинець. У батареях ємність негативних електродів на 30 % більше ємності позитивних електродів, а електроліт загущений дрібнодисперсним оксидом кремнію в кількості 5 мас. %. У батареях застосовано скловолоконний сепаратор з діаметром волокон 5-25 мкм, в негативну активну масу введено розширювач сульфат барію (BaSO4) в кількості 0,40 мас. % від активної маси, в позитивну активну масу введено волокно з боросилікатного скла в кількості 0,9 мас. % від активної маси, при цьому діаметр волокон складав 0,0-5,0 мкм, а довжина волокон складала 5-350 мкм. Всі три батареї-прототипи при випробуваннях на віброміцність за європейським стандартом EN 50342 витримали два 2-годинні періоди вібрації з 2 максимальним прискоренням 60 м/с , частотою 3035 Гц. Приклад 2. Були виготовлені три VRLA-батареї, що заявляються, ємністю 55 А·год. У батареях використані струмовідводи зі свинцево-кальцієво-олов'яного сплаву: Са 0,07 мас. %, Sn 0,08 мас. %, Ві 0,04 мас. %, Аl 0,01 мас. %, решта - свинець. У батареях ємність негативних електродів на 30 % більше ємності позитивних електродів, а електроліт загущений дрібнодисперсним оксидом кремнію в кількості 5 мас. %. У батареях застосовано скловолоконний сепаратор з діаметром волокон 5-25 мкм, в негативну активну масу введено розширювач сульфат барію (BaSO4) в кількості 0,40 мас. % від активної маси, в позитивну активну масу введено волокно з боросилікатного скла в кількості 0,9 мас. % від активної маси, при цьому діаметр волокон складав 0,9-5,0 мкм, а довжина волокон складала 1500-3500 мкм. Всі три батареї, що заявляються, при випробуваннях на віброміцність за європейським стандартом EN 50342 витримали три 2-годинні періоди 2 вібрації з максимальним прискоренням 60 м/с , частотою 30-35 Гц. Як видно з представлених прикладів, батарея, що заявляється, перевершує батарею-прототип по віброміцності, тобто досягається необхідний технічний результат. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601