RU2344519C1

RU2344519C1 - Sealed nickel-zinc accumulator

Info

Publication number: RU2344519C1
Application number: RU2007120920/09A
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Быстров (RU); Юрий Александрович Быстров; вцев Николай Анатольевич Кудр (RU); Николай Анатольевич Кудрявцев; Зо Петровна Архангельска (RU); Зоя Петровна Архангельская; Марина Михайловна Логинова (RU); Марина Михайловна Логинова; н Тамара Бениаминовна Кась (RU); Тамара Бениаминовна Касьян
Original assignee: ОАО "Аккумуляторная компания "Ригель"
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2009-01-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is used in alkaline accumulators comprising a positive electrode from spherical nickel hydroxide and negative electrode from zinc oxide which are divided by combined porous separator, alkaline electrolyte and cell jar with valve. In order to absorb released gases and ensure long life of the accumulator valve with opening pressure of (3.0-3.5)·10² kPa is used providing for the stabilisation of total gas pressure at the level of (1.0-1.2)·10² kPa.

EFFECT: long life of the accumulator in sealed state.

1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в щелочных аккумуляторах, включающих положительный электрод из сферического гидроксида никеля и отрицательный цинковый электрод, разделенные пористым сепаратором, щелочной электролит и корпус с клапаном.The invention relates to electrical engineering and can be used in alkaline batteries, including a positive electrode made of spherical nickel hydroxide and a negative zinc electrode, separated by a porous separator, alkaline electrolyte and a valve body.

Известен никель-цинковый (НЦ) аккумулятор, содержащий в корпусе с клапаном положительный оксидно-никелевый электрод прессованного типа на пеноникелевой основе и отрицательный электрод с пористой активной массой из смеси оксида цинка с металлическим цинковым порошком с добавками связующих и поверхностно-активных веществ, а также ингибитор коррозии цинка, разделенные комбинированным пористым сепаратором, состоящим из слоев нетканого полипропилена, щелочестойкой бумаги и гидратцеллюлозной пленки, и щелочной электролит (З.П.Архангельская, Т.Б.Касьян, М.М.Логинова, Л.Б.Райхельсон. Процессы в никель-цинковом аккумуляторе с оксидно-никелевым электродом из сферического гидроксида никеля в основе. Журнал прикладной химии. 2003. Т.76. В.5. С.779-782).Known Nickel-zinc (SC) battery containing a positive oxide-nickel oxide-type electrode on a foam-nickel basis and a negative electrode with a porous active mass from a mixture of zinc oxide with zinc metal powder with additives of binders and surfactants in the case with a valve zinc corrosion inhibitor, separated by a combined porous separator consisting of layers of non-woven polypropylene, alkali-resistant paper and cellulose hydrate film, and an alkaline electrolyte (Z.P. Arkhangelsk Aaya, TBKasyan, MMLoginova, LBRaichelson, Processes in a nickel-zinc battery with a nickel-oxide electrode made of spherical nickel hydroxide based on. Journal of Applied Chemistry. 2003. V.76. V. 5. S.779-782).

Этот аккумулятор в процессе эксплуатации в связи с выделением на электродах газов (кислорода и водорода) используется в вентилируемом состоянии при наличии клапана низкого давления - (0,1-0,4)·10² кПа для предотвращения проникновения внутрь аккумулятора углекислого газа, ухудшающего работоспособность электродов и повышающего сопротивление электролита.This battery during operation due to the emission of gases (oxygen and hydrogen) on the electrodes is used in a ventilated state with a low pressure valve - (0.1-0.4) · 10 ² kPa to prevent the penetration of carbon dioxide into the battery, impairing performance electrodes and increasing the resistance of the electrolyte.

Недостатком вентилируемого НЦ аккумулятора является необходимость в уходе за ним (периодическая добавка электролита и глубокие разряды). При этом корректировка состава электролита при необходимой для устойчивой работы плотной упаковке электродного блока в корпусе затруднительна. Кроме того, в связи с различной затратой тока на выделение кислорода на положительном электроде и водорода - на отрицательном, эксплуатация вентилируемого НЦ аккумулятора сопровождается нарушением баланса в степени заряженности положительного и отрицательного электродов и снижением емкости аккумулятора. Поэтому для обеспечения стабильных характеристик НЦ аккумулятора и длительного срока службы необходимо регенерировать выделяющиеся газы и обеспечить их безуходность при эксплуатации.The disadvantage of a ventilated SC battery is the need to take care of it (periodic addition of electrolyte and deep discharges). At the same time, adjusting the composition of the electrolyte with the tight packing of the electrode block in the housing necessary for stable operation is difficult. In addition, due to the different expenditure of current on the evolution of oxygen on the positive electrode and hydrogen on the negative, the operation of a ventilated SC battery is accompanied by an imbalance in the degree of charge of the positive and negative electrodes and a decrease in battery capacity. Therefore, to ensure stable characteristics of the NC battery and a long service life, it is necessary to regenerate the released gases and ensure their maintenance-free operation.

Известен НЦ аккумулятор, в котором регенерация газов достигается применением вспомогательных электродов (patent US 5460899, H01M 4/48, H01M 10/24. Oct.24, 1995. A.Charkey. Sealed zinc secondary battery and zinc electrode therefor).Known SC battery, in which gas regeneration is achieved by the use of auxiliary electrodes (patent US 5460899, H01M 4/48, H01M 10/24. Oct.24, 1995. A.Charkey. Sealed zinc secondary battery and zinc electrode therefor).

Однако рассматриваемый аккумулятор имеет усложненную конструкцию, что ограничивает его распространение.However, the battery in question has a complicated design, which limits its distribution.

Известен НЦ аккумулятор, в котором выделяющиеся кислород и водород поглощаются непосредственно на основных электродах (соответственно отрицательном и положительном), являющихся противоэлектродами друг другу (З.П.Архангельская, М.М.Логинова, Т.Б.Касьян, Д.А.Виноградова. Газовыделение и газопоглощение в герметизированном никель-цинковом аккумуляторе с оксидно-никелевым электродом из сферического гидроксида никеля. Журнал прикладной химии. 2004. Т.77. В.1. С.70-74).There is a known SC battery, in which the released oxygen and hydrogen are absorbed directly on the main electrodes (respectively negative and positive), which are counter electrodes to each other (Z.P. Arkhangelskaya, M.M. Loginova, T. B. Kasyan, D. A. Vinogradova Gas evolution and gas absorption in a sealed nickel-zinc battery with a nickel oxide electrode made of spherical nickel hydroxide. Journal of Applied Chemistry. 2004. T.77. B.1. S.70-74).

Скорости ионизации кислорода и окисления водорода при этом зависят от их давления и увеличиваются по мере его повышения. Экспериментально определено, что на протяжении каждого цикла в период заряда кислород накапливается в газовом пространстве аккумулятора с повышением давления до (0,5-0,7)·10² кПа, а затем во время пауз и разряда практически полностью поглощается. Давление водорода во время заряда также возрастает, а на последующих стадиях снижается, но не до нуля. Количество выделяющегося и поглощаемого водорода в циклирующемся аккумуляторе уравновешивается при его давлении (1,0-1,5)·10² кПа при суммарном давлении водорода и кислорода в загерметизированном аккумуляторе (2,0-2,5)·10 кПа.The rates of oxygen ionization and hydrogen oxidation in this case depend on their pressure and increase as it increases. It was experimentally determined that during each cycle during the charge period, oxygen accumulates in the gas space of the accumulator with an increase in pressure to (0.5-0.7) · 10 ² kPa, and then is almost completely absorbed during pauses and discharges. The pressure of hydrogen during charge also increases, and in subsequent stages it decreases, but not to zero. The amount of hydrogen released and absorbed in the cycling accumulator is balanced at its pressure (1.0-1.5) · 10 ² kPa at the total pressure of hydrogen and oxygen in the sealed accumulator (2.0-2.5) · 10 kPa.

В связи с установленными зависимостями для регенерации накапливающихся газов в известном НЦ аккумуляторе применяется клапан с давлением открытия (2,0-2,5)·10² кПа, что позволяет ему циклироваться при изменении суммарного давления кислорода и водорода от 0 до (2,0-2,5)·10²кПа на протяжении 200 циклов. При этом НЦ аккумулятор функционирует с периодическим открытием клапана и сбрасыванием накапливающихся газов, то есть в режиме герметизированного аккумулятора. В связи с неполной ионизацией газов это приводит к возникновению дисбаланса в степени заряженности положительного и отрицательного электродов (хотя и более медленному, чем в вентилируемом аккумуляторе) и постепенному снижению емкости. Срок службы аккумулятора при этом составляет 200-250 циклов.In connection with the established dependencies, a valve with an opening pressure of (2.0-2.5) · 10 ² kPa is used for the regeneration of accumulating gases in a known SC battery, which allows it to cycle when the total oxygen and hydrogen pressure changes from 0 to (2.0 -2.5) · 10 ² kPa over 200 cycles. In this case, the SC battery operates with periodic opening of the valve and the discharge of accumulated gases, that is, in the mode of a sealed battery. Due to the incomplete ionization of gases, this leads to an imbalance in the degree of charge of the positive and negative electrodes (albeit slower than in a ventilated battery) and a gradual decrease in capacity. The battery life in this case is 200-250 cycles.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков. Поставленная задача решается тем, что с целью достижения длительного функционирования НЦ аккумулятора в герметичном виде в рассмотренном герметизированном аккумуляторе, содержащем положительные электроды прессованного типа из сферического гидроксида никеля с 4-7% кобальта с преобладающим размером пор 5-50 мкм, отрицательные электроды с активной массой из оксида цинка и цинкового порошка с добавлением связующих и поверхностно-активных веществ и ингибиторов коррозии цинка (оксид кадмия и другие), а также микропористый сепаратор из полипропилена толщиной 20-25 мкм с размером пор 50-100 мкм и щелочной электролит, для обеспечения поглощения выделяющихся газов под их собственным давлением предлагается проводить его герметизацию установкой клапана с давлением открытия (3,0-3,5)·10² кПа.The objective of the present invention is to remedy the above disadvantages. The problem is solved in that in order to achieve long-term functioning of the SC battery in a sealed form in the considered sealed battery containing pressed positive electrodes made of spherical nickel hydroxide with 4-7% cobalt with a predominant pore size of 5-50 μm, negative electrodes with an active mass from zinc oxide and zinc powder with the addition of binders and surfactants and zinc corrosion inhibitors (cadmium oxide and others), as well as a microporous polypropylene separator it is sawn up with a thickness of 20-25 microns with a pore size of 50-100 microns and an alkaline electrolyte, in order to ensure absorption of released gases under their own pressure, it is proposed to seal it by installing a valve with an opening pressure of (3.0-3.5) · 10 ² kPa.

Предлагается формирование аккумулятора проводить с клапаном низкого давления - (0,1-0,4)·10² кПа, а последующее циклирование и хранение проводить после установки клапана с давлением открытия (3,0-3,5)·10² кПа. При этом, как показано на фиг.1, на протяжении нескольких первоначальных циклов (от 5 до 40 циклов) давление внутри аккумулятора может повышаться до (3,0-3,5)·10² кПа с возможным открытием клапана и выпуском газа), а затем стабилизируется на уровне (1,0-1,2)·10² кПа. В дальнейшем клапан выполняет роль аварийного клапана с давлением открытия (3,0-3,5)·10² кПа.It is proposed that the accumulator be formed with a low pressure valve - (0.1-0.4) · 10 ² kPa, and subsequent cycling and storage should be carried out after installing the valve with an opening pressure of (3.0-3.5) · 10 ² kPa. At the same time, as shown in figure 1, over several initial cycles (from 5 to 40 cycles), the pressure inside the battery can increase to (3.0-3.5) · 10 ² kPa with the possible opening of the valve and the release of gas), and then stabilizes at the level of (1.0-1.2) · 10 ² kPa. Subsequently, the valve acts as an emergency valve with an opening pressure of (3.0-3.5) · 10 ² kPa.

Применение в НЦ аккумуляторе клапана с более низким давлением открытия по сравнению с предлагаемым не обеспечивает снижения максимального суммарного давления газов в аккумуляторе до уровня, необходимого для длительного его функционирования в герметичном виде. Аккумулятор длительно функционирует при давлении, превышающем предел (2,0-2,5)·10 кПа при открытом клапане, то есть может использоваться только в виде герметизированного аккумулятора. Это хотя и более медленно, чем в случае вентилируемого аккумулятора, сопровождается нарушением баланса в степени заряженности электродов и снижением емкости.The use of a valve with a lower opening pressure in an SC battery compared to the proposed one does not reduce the maximum total gas pressure in the accumulator to the level necessary for its long-term functioning in a sealed form. The battery operates for a long time at a pressure exceeding the limit of (2.0-2.5) · 10 kPa with the valve open, that is, it can only be used as a sealed battery. This, although more slowly than in the case of a ventilated battery, is accompanied by an imbalance in the degree of charge of the electrodes and a decrease in capacity.

Повышение давления открытия свыше предлагаемых значений (3,0-3,5)·10² кПа нежелательно из-за возможной разгерметизации корпуса.An increase in the opening pressure above the proposed values (3.0-3.5) · 10 ² kPa is undesirable because of the possible depressurization of the housing.

Таким образом, реализация предлагаемого НЦ аккумулятора при применении клапана с давлением открытия (3,0-3,5)·10² кПа позволяет обеспечить длительное функционирование (до 400-450 циклов) НЦ аккумулятора в герметичном состоянии.Thus, the implementation of the proposed NC battery when using a valve with an opening pressure of (3.0-3.5) · 10 ² kPa allows for the long-term functioning (up to 400-450 cycles) of the NC battery in a sealed state.

Claims

A sealed nickel-zinc battery, comprising a housing with a valve, with positive pressed electrodes made of spherical nickel hydroxide with an addition of 4-7% cobalt and a binder located therein, negative electrodes of a mixture of zinc oxide and zinc powder with the addition of binders, surfactants and zinc corrosion inhibitors, separated by a porous separator from a microporous film with a thickness of 20-25 microns with pores with a diameter of 50-100 microns, and filled with an alkaline electrolyte, characterized in that for In order to prevent gas emission and ensure long-term functioning of the accumulator, a valve with an opening pressure of (3.0-3.5) · 10 ² kPa was used.