Спосіб виготовлення позитивного електрода хімічного джерела струму

1. Спосіб виготовлення позитивного електрода хімічного джерела струму, що включає нанесення активної речовини на струмопровідну основу електрода, виготовлення струмознімача і просочення електрода електролітом, який відрізняється тим, що активну речовину наносять на струмопровідну основу електрода електрохімічним способом одночасно з її одержанням, а просочення електрода електролітом здійснюють після промивання та сушіння електрода з нанесеним на його поверхню шаром активної речовини. C2 2 (19) 1 3 71076 4 мия". - Л.: Изд-во "Химия", Ленинградское отделечи перхлорату марганцю [Мn(Сl4)2], чи нітрату марние, 1967. - С.523-525). ганцю [Mn(NO3) 2]. Істотним недоліком даного способу є те, що Крім того, одержання і нанесення активної реоперації промивання Ni(OH)2 від супутні х компонечовини на струмопровідну основу електрода здійнтів, осадження, висушування і розмелювання є снюють способом анодного окислювання розчинекологічно шкідливими, тому що промислова вода них з'єднань свинцю типу борфтористого свинцю і повітря в значній мірі забруднюються нікелем і [Pb(BF4)2 ], чи кремнефтористого свинцю [PbSiF6], відповідними йому важкими металами. чи перхлорату свинцю [Рb(СlO4)2], чи нітрату свинНайбільш близьким технічним рішенням, обцю [Pb(NO3)2]. раним як прототип, є спосіб одержання позитивноКрім того, одержання і нанесення активної рего електрода для марганцево-цинкового елемента човини на струмопровідну основу електрода здій(Кубасов В.Л., Банников В.В. Электрохимическая снюють способом анодного окислювання розчинтехнология неорганических веществ. - Μ.: "Химия", них з'єднань нікелю типу 1989. - С.192-194). Спосіб включає одержання діотетраамінанікельсульфата [Ni(NH3)4SO4 ]. ксида марганцю [МnО2] (активної речовини), його Такі істотні відмінні ознаки винаходу, що патездрібнювання і сушіння, змішування з графітом і нтується, від прототипу, як нанесення активної електролітом, нанесення, наприклад, шляхом наречовини на струмопровідну основу електрода мазування на струмопровідну основу електрода, електрохімічним способом одночасно з її одервиготовлення струмовідводу і просочення електжанням і просоченням електрода електролітом рода електролітом. після промивання та сушіння електрода з нанесеДо недоліків способу-прототипа слід віднести ним на його поверхню шаром активної речовини є те, що те хнологічний процес виготовлення позитидостатніми у всіх випадках, на яких поширюється вних електродів марганцево-цинкових елементів, обсяг правової охорони. Інші відмінні ознаки харапов'язаний з необхідністю одержання спочатку ктеризують винахід в окремих випадках його викоактивної речовини - діоксида марганцю, а це є нання. трудомісткою операцією. Крім того, пил, що утвоСполучення процесу одержання активної рерюється при дробленні і сушінні активної речовичовини позитивного електрода та її нанесення на ни, є дуже токсичним, тому процес розмелу діокструмопровідну основу електрода в одному загасида марганцю екологічно шкідливий. льному електрохімічному процесі, по-перше, виТаким чином показано, що недоліком усіх споключає екологічно шкідливі операції попереднього собів-аналогів є те, що те хнологічний процес вигоодержання використовуваних активних речовин товлення позитивних електродів у всіх випадках (як це робиться у відомих способах) і, по-друге, пов'язаний з необхідністю одержання спочатку електрохімічне осадження активної речовини здійактивної речовини - оксидів або гідрооксидів відснюється тонким шаром, що значно підвищує коеповідних металів, а це є трудомісткою та екологічфіцієнт використання активної маси позитивного но шкідливою операцією. електрода. Виключення операції попереднього В основу винаходу поставлена задача удоскоодержання активної речовини спрощує технологію налення способу виготовлення позитивного електвиготовлення позитивного електрода і робить її рода хімічного джерела струму, у якому шляхом більш екологічно чистою. сполучення операцій одержання активної речовиПросочення позитивного електрода електроліни і нанесення її на електрод забезпечується витом за допомогою вакуумного чи вібраційного ключення з технологічного циклу попередньої опевпливу дає більш рівномірний розподіл електролірації - одержання окремо активної речовини. За ту по об'єму активної речовини у порівнянні з інрахунок цього зменшується трудомісткість техношими способами, тому що при електрохімічному логічного процесу і поліпшується його екологічосадженні активна речовина виходить мілкопорисність. тою. Поставлена задача вирішується тим, що в Одержання і нанесення активної речовини на способі виготовлення позитивного електрода хіміелектрод способом анодного окислювання розчного джерела струму, що включає нанесення чинних з'єднань марганцю забезпечує використанактивної речовини на струмопровідну основу елекня в ролі активної речовини діоксида марганцю трода, виготовлення струмовідводу і просочення [МnО 2]. Ця активна речовина використовується електрода електролітом, відповідно до винаходу, для позитивного електрода марганцево-цинкового активну речовину наносять на струмопровідну елемента. При цьому слід зазначити, що марганоснову електрода електрохімічним способом одцево-цинковий елемент при такому способі вигоночасно з її одержанням, а просочення електрода товлення позитивного електрода здобуває здателектролітом здійснюють після промивання і суність перезаряджатися. шіння електрода з нанесеною на його поверхню Одержання і нанесення активної речовини на активною речовиною. електрод способом анодного окислювання розКрім того, просочення позитивного електрода чинних з'єднань свинцю забезпечує використання електролітом здійснюють вакуумним чи вібраційв ролі активної речовини діоксида свинцю [РbО2], ним способом. що застосовується при виготовленні позитивних Крім того, одержання і нанесення активної реелектродів свинцевих акумуляторів. човини на токопровідну основу електрода здійсОдержання і нанесення активної речовини на нюють способом анодного окислювання розчинних електрод способом анодного окислювання розз'єднань марганцю типу сульфату марганцю чинних з'єднань нікелю забезпечує використання в [MnSO 4], чи борфтористого марганцю [Mn(BF4) 2], ролі активної речовини метагідроксиду нікелю 5 71076 6 [NiOOH], що застосовується при виготовленні поють електричний струм від зовнішнього джерела зитивних електродів нікелевих акумуляторів. через електроліт, тобто здійснюють нанесення Слід зазначити, що патентуємий спосіб може активної речовини на струмопровідну основу елекбути застосований для виготовлення різних форм трода електрохімічним шляхом. Підведення струта розмірів електродів, що робить його практично му при осадженні активної речовини здійснюють універсальним. Крім цього, сполучення процесу через металізовану ділянку 3. Осадження активної одержання активної речовини з нанесенням її тонречовини проводять при частковому зануренні ким шаром на розвиту поверхню стр умопровідної струмопровідної основи в розчин електроліту. При основи електрода у всі х випадках підвищує коефіцьому в електроліт занурюють щонайменше повецієнт використання активної маси позитивного рхню, протилежну негативному електроду. Металіелектрода і, отже, підвищує стр ум, що вироблязована ділянка 3 струмопровідні основи 1 повинна ється, збільшує ємність і питому густину енергії знаходитися поза межами електроліту. Після осахімічного джерела струму. дження активної речовини електрод промивають За наявними в авторів відомостями запроповід залишків використаного при цьому електроліту, новані істотні ознаки, що характеризують сутність а потім просушують. Далі здійснюють просочення винаходу, не відомі в даному розділі техніки. електрода робочим електролітом. Просочення Запропоноване технічне рішення може бути електрода електролітом хімічного джерела струму використане на підприємствах з виробництва акупроводять або до зборки хімічного джерела струмуляторів та акумуляторних батарей. му, або після зборки разом із сепаратором і негаСутність винаходу пояснюється кресленнями, тивним електродом у залежності від конструкції де на фіг.1 приведена конструктивна схема позихімічного елемента струму. Оскільки при електротивного електрода хімічного елемента у виді пласхімічному осадженні активна речовина позитивнотини, а на фіг.2 - переріз К-К на фіг.1. го електрода виходить мілкопористою, то просоПозитивний електрод (фіг.1) містить струмопчення електрода електролітом здійснюють ровідну, наприклад, графітову пластину 1, що є переважно вакуумним чи вібраційним способом, струмовідводною основою електрода. На пластину що забезпечує рівномірний розподіл електроліту 1 нанесена активна речовина 2, а також металізопо об'єму активної речовини. вана ділянка 3. Графітова пластина 1 і металізоПроцеси електрохімічного осадження активної вана ділянка 3 є струмовідводом позитивного елеречовини на струмопровідну основу позитивного ктрода. електрода для марганцево-цинкових елементів, Патентуємий спосіб реалізується наступним свинцевих і нікелевих акумуляторів відрізняються чином. Струмопровідну основу електрода, що відскладом активної речовини, складом електролітів повідає розмірам і формі позитивного електрода, та те хнологічними режимами осадження. наприклад, у виді графітової пластини 1, постачаДля марганцево-цинкового елемента основють струмовідводом, який або контактно притисною речовиною, що осаджується на струмопровідкають до цієї основи, або припаюють (чи привану основу позитивного електрода, є діоксид маррюють) до неї чи до металізованої ділянки 3 її ганцю [МnО2]. Як розчинне з'єднання марганцю поверхні. Вибір конкретного виконання струмовідвикористовують, наприклад, сульфат марганцю воду визначається загальною конструкцією хіміч[MnSO 4]. Осадження на струмопровідній основі ного джерела струму. Стр умопровідну основу 1 електрода МnО2 відбувається в результаті анодновиготовляють з тонкої струмопровідної плівки того окислювання сульфату марганцю: вщиною меншою ніж 1,5мм, тому що чим менше (1) MnSO4+2Н2 О-2е-®МnО2+H2SO 4+2H+ товщина цієї плівки, тим більше активної речовини На катоді відбувається виділення водню і суможна розмістити в даному об'ємі і тим більшу марна реакція, що протікає в електролізері, описуємність буде мати хімічне джерело струму. Ма теється рівнянням: ріалом можуть служити метали і сплави, що мають (2) MnSO4+2Н2 О®МnО 2+H2SO 4+2H2 анодну стійкість при електрохімічному осадженні Процес осадження ведуть при параметрах, активної речовини. Для позитивного електрода оптимальних для конкретних умов виробництва. марганцево-цинкового елемента в ролі матеріалу Типовими параметрами процесу є: концентрація для основи можуть використовуватися, наприклад, MnSO4 у розчині електроліту, що складає 100кг/м 3, свинець, титан, а для нікелевих акумуляторів, у концентрація H2SO4 - 10кг/м 3, анодна густина яких активною речовиною є NiOOH, матеріалом струму - 0,12кА/м 2. Аналогічно цьому будуть відбуструмопровідної основи може бути нікель. Найватися процеси осадження МnО2 і при викорисбільш доцільно використовувати для струмопровітанні інших розчинних з'єднань марганцю, напридної основи вуглецеві матеріали. Як такі матеріали клад борфтористого марганцю [Mn(BF4)2 ], чи можна використовувати спресований чи спечений перхлорату марганцю [Мn(СlO4)2], чи нітрату марграфітовий пил (або графітові волокна) з великою ганцю [ΜN(ΝO3) 2]. На аноді буде осаджуватися ефективною поверхнею. Перевагою струмопровіМnО2 , на катоді - виділятися водень, а в електродної основи з вуглецевих матеріалів, крім великої літі буде регенеруватися кислота, що відповідає ефективної поверхні і малої ваги, є її анодна стійаніону зазначених з'єднань марганцю. кість при електрохімічному осадженні як МnО2 для Для свинцевих акумуляторів активною речомарганцево-цинкового елемента, так і РbО2 для виною, що осаджується на струмопровідну основу свинцевого та NiOOH для нікелевого акумулятопозитивного електрода, є діоксид свинцю [РbО2]. рів. Після оснащення струмопровідної основи 1 При осадженні РbO2 як розчинне з'єднання свинцю струмовідводом її занурюють у відповідний електвикористовують, наприклад, борфтористый свироліт, що знаходиться в електролізері, і пропусканець [Pb(BF4)2]. Осадження РbО2 на струмопровід 7 71076 8 ній основі електрода відбувається в результаті Ni(NH3)4SO4: анодного окислювання Pb(BF4)2: 2Ni(NH3)4SO4+6Н2О-2е-®2NiOOH+ (5) + (3) +6NH4++2SO4-2+2NH4OH Pb(BF4)2+2Н2О-2е ®РbО2+2HBF4+2Н На катоді буде осаджуватися свинець і сумарНа катоді буде осаджуватися нікель: на реакція описується рівнянням: (6) 2Ni(NH3)4SO4+4Н2О-2е-®Ni+4NH4OH+SO4-2 (4) Pb(BF4)2+2Н2О®РbО2+4HBF 4+Pb Сумарна реакція описується рівнянням: Аналогічно цьому будуть відбуватися процеси 3Ni(NH3)4SO4+10Н2О®2NiOOH+ (7) осадження РbО2 і при використанні інших розчин+3(NH4)2SO4+6NH4OH+Ni них з'єднань свинцю, наприклад кремнефтористоНайбільш характерними параметрами процесу го свинцю [PbSiF6], чи перхлорату свинцю осадження є: концентрація Ni(NH3)4SO4 у розчині [Рb(СlО4)2], чи нітрату свинцю [Pb(NO3) 2]. На аноді електроліту, що становить 100кг/м 3, концентрація буде осаджуватися РbО2, на катоді -свинець, а в NH4OH - (10¸20)кг/м 3, анодна густина струму електроліті буде регенеруватися кислота, що від0,1кА/м 2. повідає аніону зазначених з'єднань свинцю. При Незважаючи на різноманіття форм і розмірів осадженні РbО2 з розчину Pb(BF4)2 найбільш типохімічних джерел струму спосіб виготовлення їхніх вими параметрами процесу є: концентрація позитивних електродів однаковий із приведеним Pb(BF4)2 у розчині електроліту, що дорівнює вище, як приклад, способом виготовлення позити150¸200кг/м 3, концентрація HBF4 - (10¸20)кг/м 3, вного електрода з тонкою плоскою струмопровіданодна густина струму - (0,4¸0,5)кА/м 2. ною основою. Відмінність буде полягати лише у Для нікелевих акумуляторів активною речовиформі і розмірах струмопровідної основи електроною, що осаджується на струмопровідну основу дів. Очевидно, що спосіб виготовлення позитивних позитивного електрода, є метагідроксид нікелю електродів, відповідно до винаходу, може бути [NiOOH]. При осадженні NiOOH як розчинне з'єдвикористаний для виготовлення різних форм і нання нікелю використовують, наприклад тетраарозмірів електродів, тобто не обмежується позимінонікельсульфат [Ni(NH3)4SO4]. Осадження тивними електродами у виді тонких плівок або NiOOH на струмопровідній основі електрода відпластин і охоплює більшість використовуваних у бувається в результаті анодного окислювання даний час хімічних джерел струму. Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко Підписне Тираж 37 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