RU2020656C1 - Method of forming of metal hydride cell - Google Patents

Method of forming of metal hydride cell Download PDF

Info

Publication number
RU2020656C1
RU2020656C1 SU925031674A SU5031674A RU2020656C1 RU 2020656 C1 RU2020656 C1 RU 2020656C1 SU 925031674 A SU925031674 A SU 925031674A SU 5031674 A SU5031674 A SU 5031674A RU 2020656 C1 RU2020656 C1 RU 2020656C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
electrode
capacity
forming
hydride
Prior art date
Application number
SU925031674A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Давид Ефимович Богатин
Марк Аронович Ревзис
Original Assignee
Давид Ефимович Богатин
Марк Аронович Ревзис
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Давид Ефимович Богатин, Марк Аронович Ревзис filed Critical Давид Ефимович Богатин
Priority to SU925031674A priority Critical patent/RU2020656C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2020656C1 publication Critical patent/RU2020656C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

FIELD: alkaline metal-hydride cells. SUBSTANCE: method of forming comes to combining operations of charging and filling the can with hydrogen whose amount is found from formula given in description of invention. EFFECT: enhanced quality.

Description

Изобретение относится к электротехнической промышленности, а именно к производству металл-газовых аккумуляторов, и может быть реализовано при изготовлении металл-гидридных аккумуляторов. The invention relates to the electrical industry, in particular to the production of metal-gas batteries, and can be implemented in the manufacture of metal hydride batteries.

Известны металл-водородные электрохимические системы, отрицательный электрод которых, активированный платиной или платино-палладием, работает в режиме электрохимического окисления водорода [1]. Металл-гидридные аккумуляторы (МГА) представляют собой металл-газовые системы второго поколения. Их особенность заключаются в применении водородпоглощающих интерметаллидов, работающих в режиме обратимого электрохимического поглощения водорода [2]. Преимущественно это соединения на основе LaNi5 или аморфные сплавы из Ti, Ni, V и Cr. При этом гидридный электрод работает в бифункциональном режиме, т. е. газодиффузионном (по аналогии с платиновым электродом) и емкостном (адсорбция - десорбция водорода в объеме электрода), что сопряжено с определенными особенностями эксплуатации и, в частности, заряда аккумуляторов этого типа.Known metal-hydrogen electrochemical systems, the negative electrode of which, activated by platinum or platinum-palladium, operates in the electrochemical oxidation of hydrogen [1]. Metal hydride batteries (MGA) are second-generation metal-gas systems. Their feature is the use of hydrogen-absorbing intermetallic compounds operating in the regime of reversible electrochemical absorption of hydrogen [2]. Mostly these are compounds based on LaNi 5 or amorphous alloys of Ti, Ni, V and Cr. In this case, the hydride electrode operates in a bifunctional mode, i.e., gas diffusion (by analogy with a platinum electrode) and capacitive (adsorption - desorption of hydrogen in the electrode volume), which is associated with certain operating features and, in particular, the charge of batteries of this type.

Скорость деградации водородпоглощающих интерметаллидов определяется количеством водорода, содержащегося в решетке соединения. При быстром разряде и, следовательно, быстрой десорбции водород не успевает диффундировать к поверхности зерна, обнажая чистую металлическую поверхность, склонную к отравлению. В этой связи целесообразно поддерживать концентрацию водорода в интерметаллиде при разряде на максимально возможном уровне, что может быть достигнуто посредством значительного превышения электрохимической емкости гидридного электрода над емкостью положительного электрода. Достигается указанный дисбаланс в емкости электрода различными способами. Так, в [3] предлагается в состав активной массы вводить сплавы типа Ni - Penes (Ni - Al), которые в щелочи разлагаются с выделением водорода по реакции
2Al+2KOH+2H2O _→ 2KALO2+3H

Figure 00000001
..The rate of degradation of hydrogen-absorbing intermetallic compounds is determined by the amount of hydrogen contained in the lattice of the compound. During a fast discharge and, therefore, rapid desorption, hydrogen does not have time to diffuse to the grain surface, exposing a clean metal surface prone to poisoning. In this regard, it is advisable to maintain the concentration of hydrogen in the intermetallic during the discharge at the maximum possible level, which can be achieved by significantly exceeding the electrochemical capacity of the hydride electrode over the capacity of the positive electrode. The specified imbalance in the capacitance of the electrode is achieved in various ways. So, in [3] it is proposed to introduce alloys of the Ni – Penes (Ni – Al) type into the active mass composition, which decompose in alkali with the evolution of hydrogen by the reaction
2Al + 2KOH + 2H 2 O _ → 2KALO 2 + 3H
Figure 00000001
. .

Выделяющийся при этом водород поглощается гидридным электродом, повышая его активность и емкость. Указанный способ технически труднореализуем, так как невозможно проконтролировать полноту разложения и, кроме того, механическая прочность такого электрода незначительна. The hydrogen released in this case is absorbed by the hydride electrode, increasing its activity and capacity. The specified method is technically difficult to implement, since it is impossible to control the completeness of decomposition and, in addition, the mechanical strength of such an electrode is negligible.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ [4], согласно которому в электрохимической системе, состоящей из гидридного и оксидно-никелевого электрода (ОНЭ), предусмотрен третий электрод, обладающий более отрицательным потенциалом, нежели гидридный электрод, например цинк. При помещении указанной системы в электролит происходит заряд гидридного электрода за счет растворения цинка по реакции
Zn+4OH-_→ Zn(OH) - 4 2+2

Figure 00000002
, тем самым обеспечивается превышение электрической емкости гидридного электрода (подбором необходимого количества цинка) над емкостью ОНЭ.Closest to the proposed method in technical essence and the achieved result is the method [4], according to which in the electrochemical system consisting of a hydride and nickel oxide electrode (ONE), a third electrode is provided that has a more negative potential than a hydride electrode, for example zinc . When this system is placed in an electrolyte, the hydride electrode is charged due to the dissolution of zinc by reaction
Zn + 4OH - _ → Zn (OH) - 4 2 +2
Figure 00000002
This ensures that the electric capacity of the hydride electrode is exceeded (by selecting the required amount of zinc) over the capacity of the ONE.

Недостатком данного способа является сложность электрической схемы аккумулятора из-за наличия третьего электрода, а также образования в электролите цинкатов, что в условиях длительной эксплуатации неизбежно приведет к внутренним замыканиям, особенно в условиях матричного электролита. Наличие цинкатов приводит к замыканиям уже после 10-15 циклов. The disadvantage of this method is the complexity of the electrical circuit of the battery due to the presence of the third electrode, as well as the formation of zincate in the electrolyte, which in the conditions of long-term operation will inevitably lead to internal circuits, especially in the conditions of a matrix electrolyte. The presence of zincates leads to short circuits after 10-15 cycles.

В этой связи предлагается способ заряда МГА путем одновременного проведения формировочного цикла и заполнения корпуса водородом, при этом количество водорода определяется из формулы
M = (Cг.э. - Спол.э) ˙ q, где M - масса водорода, г;
Сг.э. - емкость гидридного электрода, А ˙ ч.;
Спол.э. - емкость положительного электрода, А ˙ ч.;
q - электрохимический эквивалент водорода, г/А ˙ ч.
In this regard, it is proposed a method of charging MGA by simultaneously conducting a forming cycle and filling the housing with hydrogen, while the amount of hydrogen is determined from the formula
M = (C g.e. - C po.e ) ˙ q, where M is the mass of hydrogen, g;
C. - the capacity of the hydride electrode, A ˙ h .;
With po - the capacity of the positive electrode, A ˙ h .;
q is the electrochemical equivalent of hydrogen, g / A ˙ h.

Отличием предлагаемого способа является совмещение цикла формировки с заполнением корпуса водородом, а количество водорода определяется по приведенной формуле. Предлагаемый способ технически прост и экономически эффективен. Он основан на использовании газодиффузионных свойств гидридного электрода и состоит в проведении электрохимического заряда с одновременной подачей газообразного водорода в корпус аккумулятора в процессе проведения формировочного цикла. При этом происходит поглощение водорода, как за счет электрохимической реакции разложения воды H2O+

Figure 00000003
_→ [H]+OH- , так и за счет газодиффузионного поглощения водорода интерметаллидом 1/2 H2_→ Hадс._→ [H]. Количество подаваемого водорода рассчитывается исходя из необходимого превышения емкости гидридного электрода над емкостью положительного электрода. После окончания формировочного цикла аккумулятор от источника газообразного водорода отсоединяется и в дальнейшем эксплуатируется совершенно автономно.The difference of the proposed method is the combination of the formation cycle with filling the body with hydrogen, and the amount of hydrogen is determined by the above formula. The proposed method is technically simple and cost effective. It is based on the use of the gas diffusion properties of the hydride electrode and consists in carrying out an electrochemical charge with the simultaneous supply of gaseous hydrogen into the battery case during the formation cycle. In this case, the absorption of hydrogen occurs, as due to the electrochemical decomposition of water H 2 O +
Figure 00000003
_ → [H] + OH - , as well as due to the gas diffusion absorption of hydrogen by the intermetallic compound 1/2 H 2 _ → H ads. _ → [H]. The amount of hydrogen supplied is calculated based on the required excess of the capacity of the hydride electrode over the capacity of the positive electrode. After the end of the forming cycle, the battery is disconnected from the source of gaseous hydrogen and subsequently operated completely autonomously.

Проведенные испытания МГА двух вариантов (формировка без водорода и по предлагаемому способу) показали, что в первом случае стабильность гидридного электрода не превышала 100 циклов с 50%-ной потерей емкости, а во втором случае достигала 1250 циклов в условиях 80%-ной глубины разряда при круглосуточном циклировании. The tests of the MGA of two options (hydrogen-free formation and the proposed method) showed that in the first case, the stability of the hydride electrode did not exceed 100 cycles with a 50% loss in capacity, and in the second case it reached 1250 cycles under conditions of 80% discharge depth with round-the-clock cycling.

П р и м е р. Предлагаемый способ реализован применительно к МГА емкостью 10 А˙ч. (НГ-10). Аккумулятор состоит из 10 положительных и 10 отрицательных электродов. Масса ОНЭ составляет 100 г, что с учетом удельной емкости 0,1 А˙ч/г соответствует 10 А˙ч. Формировка ведется током 0,1...0,15 С. Емкость гидридных электродов при той же массе в 2 раза выше. Таким образом, дополнительная емкость в 10 А˙ч. обеспечивается путем подачи газообразного водорода при формировочном цикле, исходя из указанного соотношения, где q - 0,076 г/А˙ч, М = (20-10) ˙ 0,076 = 0,76 г или в пересчете на объем

Figure 00000004
8,5 нл Н2. При окончании формировочного цикла и полном насыщении гидридного электрода на ОНЭ может происходить выделение кислорода (перезаряд), что однако совершенно безопасно, ввиду его "дожигания" на гидридном электроде по реакции H2+1/2 O2_→ H2O+Q с выделением тепла и образованием воды.PRI me R. The proposed method is implemented in relation to the MGA with a capacity of 10 Ah. (NG-10). The battery consists of 10 positive and 10 negative electrodes. The mass of ONE is 100 g, which, taking into account the specific capacity of 0.1 A˙h / g, corresponds to 10 A˙h. The formation is carried out by a current of 0.1 ... 0.15 C. The capacity of hydride electrodes with the same mass is 2 times higher. Thus, an additional capacity of 10 Ah. is provided by supplying gaseous hydrogen during the forming cycle, based on the indicated ratio, where q is 0.076 g / Ah; M = (20-10) ˙ 0.076 = 0.76 g or in terms of volume
Figure 00000004
8.5 nl H 2 . At the end of the forming cycle and complete saturation of the hydride electrode on the ONE, oxygen evolution (recharge) can occur, which is however completely safe, due to its “afterburning” on the hydride electrode by the reaction H 2 +1/2 O 2 _ → H 2 O + Q s heat and water.

Протекание указанного процесса означает, что аккумулятор полностью заряжен и после отсоединения от внешнего источника водорода готов к дальнейшей эксплуатации. Разряд аккумулятора осуществляли в режиме 0,2...1,0 С при колебании емкости в пределах 10% и изменении давления 0...10 атм. При 80%-ной глубине разряда стабильность аккумулятора составила 1250 циклов. The course of this process means that the battery is fully charged and after disconnecting from an external hydrogen source is ready for further use. The battery was discharged in the mode 0.2 ... 1.0 C with a fluctuation of the capacitance within 10% and a pressure change of 0 ... 10 atm. At 80% discharge depth, the stability of the battery was 1250 cycles.

Claims (1)

СПОСОБ ФОРМИРОВКИ МЕТАЛЛ-ГИДРИДНОГО АККУМУЛЯТОРА путем проведения заряда и заполнения корпуса аккумулятора водородом, отличающийся тем, что заполнение корпуса водородом ведут одновременно с формировочным зарядом, а количество подаваемого водорода определяют из формулы
M=(Cг.э-Cпол.э)q,
где M - масса водорода, г;
Cг.э - емкость гидридного электрода, А · г;
Cпол.э - емкость положительного электрода, А · г;
q - электрохимический эквивалент водорода, г/А · г.
METHOD FOR FORMING A METAL HYDRIDE BATTERY by conducting a charge and filling the battery case with hydrogen, characterized in that the case is filled with hydrogen at the same time as the forming charge, and the amount of hydrogen supplied is determined from the formula
M = (C g.- C pol. E ) q,
where M is the mass of hydrogen, g;
C ge is the capacity of the hydride electrode, A · g;
C pol.e - the capacity of the positive electrode, And · g;
q is the electrochemical equivalent of hydrogen, g / A · g
SU925031674A 1992-03-10 1992-03-10 Method of forming of metal hydride cell RU2020656C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU925031674A RU2020656C1 (en) 1992-03-10 1992-03-10 Method of forming of metal hydride cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU925031674A RU2020656C1 (en) 1992-03-10 1992-03-10 Method of forming of metal hydride cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2020656C1 true RU2020656C1 (en) 1994-09-30

Family

ID=21599021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU925031674A RU2020656C1 (en) 1992-03-10 1992-03-10 Method of forming of metal hydride cell

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2020656C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10381647B2 (en) 2014-02-10 2019-08-13 Exergy Power Systems, Inc. Alkaline secondary cell

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Центер Б.И., Лызлов Н.Ю. Металлводородные электрохимические системы. Л.: Химия, 1989. *
2. Патент США N 4716088, кл. H 01M 4/36, 1987. *
3. Патент США N 4621417, кл. H 01M 4/04, 1986. *
4. Патент США N 4621034, кл. H 01M 12/06, 1986. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10381647B2 (en) 2014-02-10 2019-08-13 Exergy Power Systems, Inc. Alkaline secondary cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cui et al. Nickel–metal hydride (Ni–MH) battery using Mg2Ni-type hydrogen storage alloy
DK155859B (en) RECHARGEABLE ELECTROCHEMICAL CELL CLOSED TO THE EXTERNAL ATMOSPHERE, AND PROCEDURES FOR THE MANUFACTURE OF SUCH A CELL
EP0703633B1 (en) Process for activation of metal hydrides
RU2020656C1 (en) Method of forming of metal hydride cell
JPH0677451B2 (en) Manufacturing method of hydrogen storage electrode
Kopczyk et al. Electrochemical absorption-desorption of hydrogen on multicomponent Zr-Ti-V-Ni-Cr-Fe alloys in alkaline solution
JPS61156639A (en) Enclosed type alkaline storage battery
CN100487969C (en) Sealed alkaline storage battery, electrode structure thereof, charging method and charger for sealed alkaline storage battery
CN108539187A (en) Alkaline secondary cell
US5131920A (en) Method of manufacturing sealed rechargeable batteries
JP2007294219A (en) Alkaline storage battery, its manufacturing method, and packed battery system
JP3200822B2 (en) Nickel-metal hydride storage battery
JPH0218876A (en) Enclosed electrochemical cell and its manufacture
JP3412162B2 (en) Alkaline storage battery
JP3482478B2 (en) Nickel-metal hydride storage battery
JPH04322073A (en) Hydride secondary battery
JPH0227659A (en) Cadmium negative electrode plate and alkaline secondary battery using its negative electrode plate
JP3362400B2 (en) Nickel-metal hydride storage battery
JPH01315962A (en) Alkali secondary battery
JP2019125472A (en) Alkaline secondary battery
JPS6332856A (en) Closed nickel-hydrogen storage battery
KR20040045083A (en) Electrolyte for Nickel-Metal Hydride Secondary Battery and Nickel-Metal Hydride Secondary Battery Having the Electrolyte
JPS62117274A (en) Nickel-hydrogen secondary cell
JPH09204914A (en) Hydrogen storage electrode
JPH027371A (en) Cadmium negative plate and alkaline secondary battery using this negative plate