Свинцево-кислотна акумуляторна батарея

Свинцево-кислотна акумуляторна батарея, що містить корпус, закритий у верхній частині кришкою і розділений на ВІДСІКИ, в яких розташовані Винахід відноситься до електротехніки і може бути використай у свинцево-кислотних акумуляторних батареях Прогрес в автомобілебудуванні пред'являє усе більш високі вимоги до характеристик акумуляторних батарей, використовуваних у транспортних засобах - підвищення СТІЙКОСТІ до глибоких розрядів, збільшення терміну служби Зміни В конструкції та дизайні автомобілів, що додають їм більш високі аеродинамічні властивості, призвели до того, що акумуляторні батареї стали експлуатуватися при більш високих робочих температурах за рахунок скорочення доступу до них охолоджуючого повггря Тому одним з основних вимог до акумуляторних батарей стало забезпечення корозійної СТІЙКОСТІ в умовах високих робочих температур 3 іншого боку, споживач вимагає спрощення технічного обслуговування і підвищення безпеки при експлуатації акумуляторних батарей Акумуляторні батареї з корозійно стійкими струмовідводами зі свинцево-кальцієвого сплаву характеризуються низьким саморозрядом і відсутністю утрат води, але швидко втрачають ємність при циклуванні з глибоким розрядом через утворення шару PbSO4, що пасивує, між струмовідводами й активною масою Акумуляторні батареї зі струмовідводами зі свинцево-сурм'янистих сплавів характеризуються зворотними властивостями відносно високим саморозрядом і утратами води Позитивні струмовідводи таких батарей мають ни акумулятори, з єднані послідовно за допомогою міжелементних з'єднань, кожен акумулятор складається з блока різнополярних електродів, розділених сепараторами й електролггом, електроди складаються з струмовідводів і активної маси, струмовідводи позитивних електродів виготовлені з свинцево-олов'яно-кальцієвого сплаву з добавками срібла, яка відрізняється тим, що сплав позитивних струмовідводів містить мас % 0,5-1,5 Sn, 0,04-0,06 Са, 0,001-0,05 Ад, 0,01-0,05 АІ, решта свинець, активна маса позитивних і негативних електродів покрита фіксуючими шарами з пористого кислотостійкого матеріалу зьку корозійну СТІЙКІСТЬ Але зате такі батареї мають більший ресурс при циклуванні з глибоким розрядом [A comparison of calcium, hybrid and low antimony SLI batteries Tukunaga A "New Mater, and New Process Vol 3", Cleveland, Ohio, 1985, С 245247] Останнім часом проблема зниженої СТІЙКОСТІ до глибоких розрядів була вирішена введенням у свинцево-кальцієві сплави струмовідводів деякої КІЛЬКОСТІ олова, що запобігає утворенню шару, що пасивує, між струмовідводами й активною масою Акумуляторні батареї зі струмовідводами зі свинцево-олов'яно-кальцієвого сплаву мають підвищену корозійну СТІЙКІСТЬ струмовідводів в умовах високих робочих температур, СТІЙКІ ДО глибоких розрядів, характеризуються низьким саморозрядом і відсутністю утрат води Тому ці батареї прості в технічному обслуговуванні, при роботі з ними знижений ризик виникнення вибуху внаслідок незначного газовиділення Однак, у таких батарей знижений термін служби через погане зчеплення активної маси зі струмовідводами [Challenges from corrosion-resistant grid alloys in lead acid battery manufacturing / R David Prengaman // Journal of Power Sources - 2001 - 95 - С 224-233] Особливо це виявляється при неконт рольова не низькому ВМІСТІ кальцію в сплаві цих струмовідводів, що розраховується по масі вихідних компонентів і не враховує втрат (вигоряння) кальцію в процесі плавлення Іншою причиною зниженого терміну служби ю 47915 таких батарей є розтріскування й опадання активної маси в процесі виготовлення батареї, що виявляється при використанні електродів малої товщини Нові акумуляторні батареї повинні одночасно задовольняти наступним вимогам мати тривалий Л термін служби, СТІЙКІСТЬ до глибоких розрядів, підвищену корозійну СТІЙКІСТЬ струмовідводів в умовах високих робочих температур, а також бути прості в технічному обслуговуванні і безпечні Відома свинцево-кислотна акумуляторна батарея [Болотовский В Й , Вайсгаит З И Эксплуатация, обслуживание и ремонт свинцовых аккумуляторов -Л Энергоатомиздат Ленингр отд-ние, 1988 - С 34-46], що містить корпус, закритий у верхній частині кришкою і розділений на ВІДСІКИ, у яких розташовані акумулятори, з'єднані послідовно за допомогою міжелементних з'єднань Кожен акумулятор складається з блоку різнополярних електродів, розділених сепараторами й електролітом Електроди складаються зі струмовідводів зі свинцево-сурм'янистого сплаву з добавками миш'яку (3 - 5% Sb, 0,12 - 0,20% As, інше свинець) і активної маси Недоліками такої акумуляторної батареї є низька корозійна СТІЙКІСТЬ ПОЗИТИВНИХ струмовідводів в умовах високих робочих температур, досить високий саморозряд (до 1% номінальної ємності в добу) і втрата води (до 6г/А-год при перезаряді) у процесі експлуатації Газоподібні водень і кисень, які виділяються внаслідок електролізу води, являють собою гримучу суміш, що створює вибухонебезпечність при експлуатації Технічне обслуговування такої батареї ускладнено, тому що включає щомісячний контроль рівня електроліту і ступеня зарядженості батареї, для чого необхідно вигвинчувати пробки заливальних отворів і проводити спеціальні виміри Найбільш близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є свинцево-кислотна акумуляторна батарея [Патент США № 5298350, Int CL3 НОШ 4/68, CL 429-245, 1991], що містить корпус, закритий у верхній частині кришкою і розділений на ВІДСІКИ, у яких розташовані акумулятори, з'єднані послідовно за допомогою міжелементних з'єднань Кожен акумулятор складається з блоку різнополярних електродів, розділених сепараторами й електролггом Електроди складаються зі струмовідводів і активної маси, причому струмовідводи позитивних електродів виготовлені зі свинцево-олов'яно-кальцієвого сплаву з добавками срібла (0,3 0,7% Sn, 0,025 - 0,060% Са, 0,015 - 0,045% Ад, інше свинець) Така акумуляторна батарея ВОЛОДІЄ поруч переваг у неї висока корозійна СТІЙКІСТЬ ПОЗИТИВНИХ струмовідводів в умовах високих робочих температур, низький саморозряд (до 0,1% номінальної ємності в добу), малі утрати води в процесі експлуатації і підвищена вибухобезпечність унаслідок незначного газовиділення Усе це спрощує технічне обслуговування батареї Недоліком такої акумуляторної батареї є знижений термін служби внаслідок поганого зчеплення активної маси з позитивними струмовідводами, що виникає при неконтрольовано низькому ЗМІСТІ кальцію в сплаві цих струмовідводів і ведучого до передчасного відшарування активної маси, а та кож унаслідок розтріскування и опадання активної маси в процесі виготовлення батареї В основу пропонованого винаходу поставлена задача удосконалення свинцево-кислотної акумуляторної батареї, у якій за рахунок зміни ХІМІЧНОГО складу сплаву позитивних струмовідводів і введення додаткових елементів забезпечується надійне зчеплення активної маси зі струмовідводами, запобігання активної маси від розтріскування й опадання Це призводить до збільшення терміну служби при одночасному збереженні всіх переваг батареі-прототипу Поставлена задача зважується тим, що у свинцево-кислотній акумуляторній батареї, що містить корпус, закритий у верхній частині кришкою і розділений на ВІДСІКИ, у яких розташовані акумулятори, з'єднані послідовно за допомогою міжелементних з'єднань, кожен акумулятор складається з блоку різнополярних електродів, розділених сепараторами й електролггом, електроди складаються зі струмовідводів і активної маси, струмовідводи позитивних електродів виготовлені зі свинцевоолов'яно-кальцієвого сплаву з добавками срібла, ВІДПОВІДНО до винаходу, сплав позитивних струмовідводів містить мас % 0,5 - 1,5 Sn, 0,04 - 0,06 Са, 0,001 - 0,05 Ад, 0,01 - 0,05 АІ, інше свинець, активна маса позитивних і негативних електродів покрита фіксуючими шарами з пористого й кислотостікого матеріалу Струмовідводи акумуляторної батареї, що заявляється, виготовлені з перфорованої стрічки зі свинцевого сплаву Наявність у сплаві позитивних струмовідводів олова 0,5 -1,5% запобігає утворення шару, що пасивує, між струмовідводами й активною масою, що забезпечує високу СТІЙКІСТЬ електродів до глибоких розрядів і можливість їхній наступного заряду При меншій КІЛЬКОСТІ олова в сплаві (менш 0,5%) утвориться шар, що пасивує, між струмовідводами й активною масою При більшій КІЛЬКОСТІ олова в сплаві (біль 1,5%) збільшується час природного "старіння" і затвердіння стрічки з такого сплаву, що веде до збільшення тривалості технологічного процесу виготовлення електродів Наявність у сплаві позитивних струмовідводів кальцію в КІЛЬКОСТІ 0,04 - 0,06% забезпечує гарну механічну МІЦНІСТЬ струмовідводів, достатню корозійну СТІЙКІСТЬ їх в умовах високих робочих температур, а також надійне зчеплення з активною масою Зниження КІЛЬКОСТІ кальцію в сплаві (менш 0,04%) збільшуючи корозійну СТІЙКІСТЬ, призводить до погіршення механічних властивостей струмовідводів і погіршення зчеплення з активною масою, що скорочує термін служби акумуляторної батареї Збільшення КІЛЬКОСТІ кальцію в сплаві (більш 0,06%) знижує корозійну СТІЙКІСТЬ позитивних струмовідводів Срібло в КІЛЬКОСТІ 0,001 - 0,05% збільшує корозійну СТІЙКІСТЬ, твердість і МІЦНІСТЬ струмовідводівПри меншій КІЛЬКОСТІ срібла в сплаві (менш 0,001%) зникає ефект його добавки Збільшення КІЛЬКОСТІ срібла в сплаві (більш 0,05%) не призводить до помггного поліпшення якості струмовідводів і економічно недоцільно АЛЮМІНІЙ у КІЛЬКОСТІ 0,01 - 0,05% дозволяє скоротити втрати (вигоряння) кальцію при плавленні сплаву, утворити захисний поверхневий шар у розплаві Наявність алюмінію дає можливість вірогідно контролю 47915 вати КІЛЬКІСТЬ кальцію, що задається, у сплаві, тим самим забезпечуючи властивості, обумовлені кальцієм Фіксуючі шари з пористого кислотостійкого матеріалу, що покривають активну масу, підвищують СТІЙКІСТЬ її до розтріскування й опадання як у процесі виготовлення батареї, так і під час її експлуатації При цьому матеріал фіксуючих шарів характеризується високою пористістю і повітряною проникністю, добре змочується електролггом - водяним розчином сірчаної кислоти, не перешкоджаючи доступу останнього до активної маси електродів Висока пористість і повітряна проникність матеріалу фіксуючих шарів створює умови для вільного виходу з пір активної маси газових пухирців, що у невеликих кількостях утворюються в процесі перезаряду За наявними у авторів відомостями суттєві ознаки, що пропонуються й характеризують винахід, не ВІДОМІ в даній галузі техніки, тому винахід відповідає критерію "новизна" Сутність винаходу, що заявляється, не виникає для фахівця явним чином з відомого рівня техніки Сукупність ознак, які характеризують відомий пристрій, не забезпечує досягнення нових властивостей і тільки наявність відрізняльних ознак дозволяє отримати новий технічний результат Отже, винахід, що пропонується, відповідає критерію "винахідницький рівень" Запропоноване технічне рішення може бути використане при виробництві свинцево-кислотних акумуляторних батарей На фіг 1 зображена свинцево-кислотна акумуляторна батарея, що заявляється На фіг 2 зображений електрод цієї батареї Свинцево-кислотна акумуляторна батарея містить корпус (1), закритий у верхній частині кришкою (2), до якої може кріпитися ручка для перенесення У кришці пророблені заливальні отвори, що загвинчуються пробками (3) Батарея, що заявляється, може бути укомплектована оптичним детектором (4) рівня електролггу і ступеня зарядженості батареї, що виконаний у виді пробки заливального отвору та переставляється по акумуляторах Батарея, що заявляється, може бути також укомплектована пристроями вибухобезпечності (5), розташованими на виходах газовідвідного каналу Електроди (6) батареї, що заявляється, складаються зі струмовідводів (7), виготовлених з перфорованої стрічки зі свинцево-олов'яно-кальцієвого сплаву з добавками срібла й алюмінію й активної маси (8) Активна маса позитивних і негативних електродів покрита фіксуючими шарами (9) з пористого кислотостійкого матеріалу Оптичний детектор (4) рівня електролггу і ступеня зарядженості батареї, який переставляється по акумуляторах, загвинчується в процесі зборки батарей в один із заливальних отворів Споживач при необхідності може змінити його положення Пристрої вибухобезпечності (5) встановлюються в процесі зборки батареї на виходах газовідвідного каналу Як активний елемент цього пристрою використовується диск відомого типу з пористого гідрофобного матеріалу, що дозволяє газам виходити назовні, затримує краплі й аерозолі електролггу і перешкоджає проникненню усередину батареї полум'я та іскор, що, можливо, є присутнім у зовнішньому середовищі, а також виключає попадання пилу Фіксуючі шари (9) з пористого кислотостійкого матеріалу, що покривають електрод із двох сторін, вдавлюються в активну масу в процесі намазування пластин Характеристики фіксуючого шару, що ються товщина 0,04 - 0,06мм, ЩІЛЬНІСТЬ Виготовлення у виробничих умовах досвідченої партії акумуляторних батарей, що заявляються, показало, що активна маса позитивних і негативних електродів надійно захищена фіксуючими шарами від розтріскування й опадання Проведені в лабораторних умовах іспити досвідченої партії свинцево-кислотних акумуляторних батарей, що заявляються, підтвердили підвищену корозійну СТІЙКІСТЬ струмовідводів в умовах високих робочих температур, малі утрати води при перезаряді (не більш 0,Зг/А-год), а також тривалий термін служби при циклуванні з глибоким розрядом Таким чином, за рахунок зміни ХІМІЧНОГО складу сплаву струмовідводів і зроблених конструктивних змін, досягається надійне зчеплення активної маси електродів зі струмовідводами, запобігання активної маси від розтріскування й опадання Це дозволяє збільшити термін служби свинцево-кислотної акумуляторної батареї при збереженні всіх переваг батареі-прототипу 47915 Фіг.1 О 0 о 0 о о о о о/ / о у о / J у о о о 0 о / ' / / / / / / / о/ о / У о о / о у у/ s / \ / / Фіг.2 о о о о о 0 / \° \ ^л \ / о / о / / / О 47915 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10