Свинцево-кислотний акумулятор

Акумулятор, який має корпус, де розміщені позитивні і негативні електроди, що чергуються, занурені в електроліт, розділені сепараторами і прикріплені вушками до полюсних містків, які сполучаються з полюсними відводами, електроди складаються зі струмовідводів, на які нанесена активна маса, який відрізняється тим, що струмовідвід позитивного електрода є суцільним і складається зі свинцево-олов'яної фольги завтовшки 0,15-0,25мм, у складі сплаву якої Sn - 0,52,3мас. %, решта - Рb, гальванічно покритої з обох боків переривчастим шаром такого ж сплаву завтовшки 0,20-0,50мм, переривчастий шар має періодичну структур у, причому період структури складає не більше 3,00мм, товщина позитивного електрода складає 1,00-1,90мм, струмовідвід негативного електрода є суцільним і складається зі свинцево-олов'яної фольги завтовшки 0,060,14мм, у складі сплаву якої Sn - 0,3-1,5мас. %, решта - Рb, гальванічно покритої з обох боків переривчастим шаром такого ж сплаву завтовшки 0,03-0,07мм, переривчастий шар має періодичну структур у, причому період структури складає не більше 6,00мм, товщина негативного електрода складає 0,90-1,30мм. UA (21) a200703887 (22) 10.04.2007 (24) 10.02.2009 (46) 10.02.2009, Бюл.№ 3, 2009 р. (72) ДЗЕНЗЕРСЬКИЙ ВІКТОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, СКОСАР ЮРІЙ ІВАНОВИЧ, U A, АНІКЕЄВ ЄВГЕНІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA, БУРИЛОВ СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA, ВИДУТА ОЛЕНА ЛЕОНІДІВНА, U A, СКОС АР ВЯЧЕСЛАВ ЮРІЙОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМ І ТЕХНОЛОГІЙ НАЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ Н АУК УКРАЇНИ "ТРАНСМАГ", U A, УКРАЇНСЬКО-УГОРСЬКЕ ЗАКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО З ІНОЗЕМНИМИ ІНВЕСТИЦІЯМИ "ВЕСТА-ДНІПРО", UA (56) JP 2002100347, H01M 4/14, 4/68, 05.04.2002 JP 2000348733, H01M 4/68, 10/06,15.12.2000 JP 2002313347, H01M 4/68, 25.10.2002 JP 2001307718, H01M 4/20, 4/14, 02.11.2001 JP 10125331, H01M 4/68, 15.05.1998 US 7060391, H01M 4/66, 13.06.2006 RU 1695789, H01M 4/68, 10/12, 15.07.1994 UA 47915, H01M 4/14, 15.07.2004 Багоцкий B.C., Скундин A.M. Химические источники тока. - М.: Энергоиздат, 1981. -C. 169-192 US 5093970, H01M 2/18, 10.03.1992 C2 2 (19) 1 3 85614 свинцю, причому реакція йде інтенсивніше поблизу жилок струмовідводу - тобто по периметру ґратчастих комірок. В результаті активна маса, розташована в центрі ґратчастих комірок, опиняється ізольованою діелектричним сульфатом свинцю від стр умоутворюючого процесу, що знижує питому енергію. Крім того, сульфат свинцю має більший питомий об'єм (меншу густину), ніж активна маса. Тому при розряді йде механічне видавлювання сульфатом свинцю тієї частини активної маси, яка розташована в центрі ґратчастих комірок, що прискорює руйнування електродів і знижує довговічність акумулятора. Як прототип нами узятий свинцево-кислотний акумулятор, який має корпус, де розміщені позитивні і негативні електроди, що чергуються, занурені в електроліт, розділені сепараторами і прикріплені вушками до полюсних містків, які сполучаються з полюсними відводами [Патент США №5093970]. Електроди такого акумулятора мають ґратчасті струмовідводи з міді або мідного сплаву, гальванічно покриті свинцем або свинцевим сплавом, і нанесену на них активну масу. За рахунок користування міді або мідного сплаву, що має вищу електропровідність, трохи підвищується питома енергія акумулятора: до 4050Вт×год/кг при 20-годинному режимі розряду і 57Вт×год/кг при стартерному режимі розряду. Струм стартерного розряду, виказаний в амперах, знаходиться в межах 4-7 Сном (А). Проте, в цілому питома енергія і довговічність акумуляторапрототипу (5-7 тижневих циклів по ГОСТ 959-91) залишаються все ще низькими. Це як і раніше пов'язано з недоліками ґратчастої конструкції струмовідводів. У основу винаходу поставлена задача удосконалення свинцево-кислотного акумулятора з метою збільшення його питомої енергії і довговічності. Поставлена задача розв'язується тим, що в акумуляторі, який має корпус, де розміщені позитивні і негативні електроди, що чергуються, занурені в електроліт, розділені сепараторами і прикріплені вушками до полюсних містків, які сполучаються з полюсними відводами, електроди складаються зі струмовідводів, на які нанесена активна маса, згідно винаходу, струмовідвід позитивного електроду є суцільним і складається з свинцево-олов'яної фольги завтовшки 0,150,25мм, у складі сплаву якої Sn 0,5-2,3мас. %, інше Рb, гальванічно покритої з обох боків переривчастим шаром такого ж сплаву завтовшки 0,20-0,50мм, переривчастий шар має періодичну структур у, причому період структури складає не більш 3,00мм, товщина позитивного електроду складає 1,00-1,90мм, струмовідвід негативного електроду є суцільним і складається з свинцевоолов'яної фольги завтовшки 0,06-0,14мм, у складі сплаву якої Sn 0,3-1,5мас. %, інше Рb, гальванічно покритої з обох боків переривчастим шаром такого ж сплаву завтовшки 0,03-0,07мм, переривчастий шар має періодичну стр уктуру, причому період 4 структури складає не більш 6,00мм, товщина негативного струмовідводу складає 0,90-1,30мм. Розкриємо сутність винаходу. Заміна ґратчастого стр умовідводу на суцільній в позитивному і негативному електродах дозволяє уникнути недоліків ґратчастої конструкції, описаних вище. Активна маса в таких електродах не ізолюється в процесі розряду від струмовідводу, що веде до підвищення питомої енергії. Далі розглянемо переваги заявленого акумулятора окремо для позитивного і негативного електродів. Позитивний струмовідвід повинен забезпечувати низький омічний опір електроду (особливо, контактного шару стр умовідвід активна маса), високу механічну міцність і корозійну стійкість, а також високу якість зчеплення активної маси (РbО2) зі струмовідводом. Якщо товщина фольги буде менше 0,15мм, а товщина позитивного електроду менше 1,00мм, то недопустимо знизиться механічна міцність електроду. Якщо товщина гальванічного покриття менше 0,20мм, то знизиться якість механічного зчеплення активної маси (РbО2) зі струмовідводом. Якість зчеплення струмовідводу з активною масою забезпечується багато в чому завдяки періодичній структурі гальванічного покриття. При використанні періоду структури покриття більше 3,00мм погіршується механічне зчеплення активної маси зі струмовідводом. Найменше значення довжини періоду структури покриття задається технічними можливостями гальванічного процесу. Якщо товщина фольги буде більше 0,25мм, товщина гальванічного покриття більше 0,50мм, а товщина позитивного електроду більше 1,90мм, то помітно зменшиться питома енергія акумулятора через дві причини: по-перше, в такому електроді використовується більше матеріалу, не пов'язаного зі струмоутворюючим процесом (фольга з покриттям); по-друге, глибші шари активної маси не повністю братимуть участь в струмоутворюючому процесі. Використання в стумовідводі свинцево-олов'яного сплаву дозволяє добитися високої корозійної стійкості електроду, забезпечити механічну міцність струмовідводу, а також низький омічний опір контактного шару струмовідвід - активна маса. Якщо олово (Sn) в сплаві буде менше 0,5мас. %, то зменшиться механічна міцність струмовідводу, а також збільшиться омічний опір контактного шару стр умовідвід - активна маса. Якщо олово в сплаві буде більше 2,3мас. %, то невиправдано збільшиться собівартість акумулятора, оскільки олово в порівнянні з свинцем є дорожчим компонентом сплаву. Негативний струмовідвід повинен забезпечувати низький омічний опір електроду, високу механічну міцність, і мати мінімальну масу. Оскільки негативний електрод, на відміну від позитивного, не піддається корозійній дії і окисленню киснем, то можливе використання в ньому більш тонкої фольги. Оскільки активна маса негативного електроду (Рb) відрізняється ліпшим зчепленням зі струмовідводом, ніж позитивна 5 85614 маса, то можливо використання більш тонкого гальванічного покриття. Завдяки відсутності в негативному електроді проблеми омічного опору контактного шару струмовідвід - активна маса достатньо меншого вмісту олова в сплаві фольги і гальванічного покриття. Використання більш тонкої фольги та більш тонкого гальванічного покриття полегшує негативний електрод і дозволяє досягти вищої питомої енергії акумулятора. Якщо товщина фольги буде менше 0,06мм, а товщина негативного електрода менше 0,90мм, то недопустимо знизиться механічна міцність електроду. Якщо товщина гальванічного покриття менше 0,03мм, то знизиться якість механічного зчеплення активної маси (Рb) зі струмовідводом. Періодична структура гальванічного покриття сприяє зчепленню струмовідводу з активною масою. При використанні періоду стр уктури покриття більше 6,00мм погіршується механічне зчеплення активної маси зі струмовідводом. Найменше значення довжини періоду структури покриття, як і у випадку позитивного електрода, задається технічними можливостями гальванічного процесу. Якщо товщина фольги буде більше 0,14мм, товщина гальванічного покриття більше 0,07мм, а товщина негативного електроду більше 1,30мм, то помітно зменшиться питома енергія акумулятора з тих причин, що і в позитивному електроді. Якщо олово (Sn) в сплаві гальванічного покриття буде менше 0,3мас. %, то зменшиться механічна міцність струмовідводу. Якщо олово в сплаві буде більше 1,5мас. %, то невиправдано збільшиться собівартість акумулятора. Всі приведені вище параметри електродів підібрані емпірично, на підставі лабораторних випробувань дослідного виробу. За відомостями, що є у авторів, істотні ознаки, які пропонуються і характеризують винахід, не відомі в даній області техніки. Запропоноване технічне рішення може бути використане при виробництві стартерних акумуляторів і акумуляторних батарей. На Фіг.1. 2 приведений вид позитивного чи негативного електроду збоку (на Фіг.1) і зверху (на Фіг.2) в розрізі. Струмовідводом електроду служить фольга (Pb-Sn) 1 з гальванічним покриттям (Pb-Sn) 2 і вушком 3. На струмовідвід шляхом намазування нанесена активна маса 4: для позитивного електроду РbО2; для негативного електроду губчастий Рb. Товщина d1 фольги складає: для позитивного електроду 0,15-0,25мм; для негативного електроду 0,06-0,14мм. Товщина d2 гальванічного покриття рівна: для позитивного електроду 0,20-0,50мм; для негативного електроду 0,03-0,07мм. Період l структури покриття: для 6 позитивного електроду не більше 3,00мм, для негативного електроду не більше 6,00мм, причому довжина частини, що виступає, складає l/2. Товщина d3 електроду складає: для позитивного 1,00-1,90мм; для негативного 0,90-1,30мм. Між електродами розташований сепаратор. Електроди в акумуляторі згорнуті спіральним намотуванням. Свинцево-олов'яна фольга може бути отримана плющенням свинцево-олов'яного сплаву в прокатних клітях. Переривчастий шар (періодична структура) гальванічного покриття отримують таким чином. На свинцево-олов'яну фольгу методом напилювання через лінійний трафарет з періодичним малюнком наносять шар діелектрика (фарба, парафін, лак і т.і.). При проходженні фольги з нанесеним малюнком через ряд гальванічних ванн в місцях, де відсутній діелектрик, відбувається зростання гальванічного покриття, тобто утворюється шар до заданої товщини. У місцях, де присутній діелектрик, покриття не утворюється. Після закінчення гальванічного формування покриття фольга поступає у ванну для видалення діелектрика промивкою або іншим зручним способом. Як приклад приведемо характеристики заявленого стартерного свинцево-кислотного акумулятора номінальної ємності С ном рівної 55А×год. Лабораторні випробування показали, що струм стартерного розряду, виражений в амперах, складає 10,09 Сном (А), тобто 555А. Ак умулятор має питому енергію 54Вт×год/кг при 20-годинному режимі розряду і 7,6Вт×год/кг при стартерному режимі розряду. Довговічність склала 10 тижневих циклів по ГОСТ 959-91. При цьому конструктивні параметри акумулятора такі: товщина фольги позитивного електроду склала 0,19мм; товщина гальванічного покриття склала 0,21мм; довжина періоду періодичної переривистої структури гальванічного покриття склала 2,60мм, причому довжина виступаючої частини 1,30мм; у складі сплаву фольги і гальванічного покриття олова 2,0мас. %, інше свинець; товщина позитивного електроду склала 1,55мм; позитивна активна маса РbО2; товщина фольги негативного електроду склала 0,09мм; товщина гальванічного покриття склала 0,05мм; довжина періоду періодичної переривистої структури гальванічного покриття склала 4,80мм, причому довжина частини, що виступає, 2,40мм; у складі сплаву фольги і гальванічного покриття олова 0,9мас. %, інше свинець; товщина негативного електроду склала 1,15мм; негативна активна маса губчастий Рb. Як помітно з цього прикладу, в заявленому акумуляторі досягається необхідний технічний результат. 7 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 85614 8 Підписне Тираж 28 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