BG66063B1

BG66063B1 - Трислоен сепаратор от стъклена вата за оловни батерии

Info

Publication number: BG66063B1
Application number: BG109755A
Authority: BG
Inventors: Веселин НАЙДЕНОВ; Дечко Дечков; Стефан Руевски; Мариана Чернева-Василева
Original assignee: Веселин НАЙДЕНОВ; Дечко Дечков; Стефан Руевски; Мариана Чернева-Василева
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2010-12-30
Also published as: BG109755A

Abstract

Изобретението се отнася до трислоен сепаратор от стъклена вата, който се вгражда между положителните и отрицателните плочи на регулираните с клапан оловни батерии със затворен кислороден цикъл. Трислойният сепаратор се състои от слой (А) от абсорбираща стъклена вата, формираща анодно електролитно пространство към положителната плоча, и слой (К) от абсорбираща стъклена вата, формираща катодно електролитно пространство към отрицателната плоча, между които е поместена мембрана (М), изработена от модифицирана стъклена вата. Съгласно изобретението, слоят (А), формиращ анодното пространство към положителната плоча, е по-дебел и съдържа по-голям обем разтвор на H2SO4 от обема на слоя (К), формиращ катодното пространство към отрицателната плоча. Мембраната (М) има хидрофилни канали, по които се движат водородните йони и водата, и хидрофобни канали, през които кислородът преминава от анодното в катодното пространство.

Description

(54) ТРИСЛОЕН СЕПАРАТОР ОТ СТЪКЛЕНА ВАТА ЗА ОЛОВНИ БАТЕРИИ

Област на техниката

Изобретението се отнася до трислоен сепаратор от стъклена вата, който се вгражда между положителните и отрицателните плочи на регулираните с клапан оловни батерии със затворен кислороден цикъл.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са сепаратори от абсорбираща стъклена вата за оловни батерии при които стъклената вата е модифицирана чрез формиране на филм, състоящ се от полимер, или композиция на полимер с един или повече ПАВ върху повърхността и в местата на допир на нишките на ватата, при което последната представлява една непрекъсната порьозна структура.

Известен е състав на композиция за модифициране на сепаратор, който съдържа хидрофобен полимер, избран от групата на полиестер или политетрафлуоретилен, полиетилен и полипропилен с обща формула г х γΊ

II —с—с—

II

L- z р-In в която 50 < η < 50 000, Χ=Υ=Ζ=Ρ или Χ?Υ?Ζ?Ρ, Χ=Υ?Ζ?Ρ, Χ?Υ=Ζ=Ρ и др., където X, Υ, Ζ и Р се избират между флуор, хлор, водород, -CN, -СООХ, алкилов, арилов или алкиларилов радикал или хетероцикли, в комбинация с ПАВ с хидрофилни свойства, в количество от 5 до 50 g/m³ стъклена вата или от 3 до 5% спрямо теглото на стъклената вата.

Съставът е под формата на емулсия, при което хидрофилният компонент от повърхностно активно вещество има симетрични или несиметрични линейни или звездообразни η-блокови съполимери на алкиленови оксиди или на стиролов оксид при п=2 до 11, или полиетиленов оксид при п=5 до 1000, или етоксиалкилирани ал килови или арилалкилови алкохоли с С_]0 до С₂₀, или алкилетер сулфати, или поливинилпиролидон, самостоятелно или в смес с концентрация от 1 до 5 g/Ι водна суспензия на хидрофобния полимер.

Известен е метод за модифициране на сепаратор, при който емулсията се нанася върху едната или двете страни на стъклената вата, след което тя се нагрява до температура на стапяне или на синтероване на съответния полимер /1/.

Реакциите, които протичат по време на заряд и разряд на положителните плочи на оловните батерии са:

PbOz + H₂SO₄ + 21Г + 2е*±» PbS04 +2H₂O (( )

При регулираните c клапан батерии, освен горните реакции на положителните плочи протича още и реакцията на разлагане на водата и образуване на кислород.

t 2Н₂О-> Ог + 4Н* + 4е· *²⁾

Реакциите, които протичат при заряд и разряд на отрицателните плочи на същите батерии са:

Pb + H₂SO₄SPbSO₄ + 2Н* + 2е- (3)

При регулираните с клапан батерии със стъклена вата, освен горните реакции, на отрицателните плочи протичат още и реакциите на редукция на О₂ и на разлагане на водата с отделяне на водород.

O2 + 4Н* + 4е’-»2НгО ^<4)

2Щ + 2е· —Н₂Т (5)

При процесите на заряд и разряд, в разтвора в клетката между положителните и отрицателните плочи се движи поток от Н⁺, а по външната верига - проводника електрони. В същото време в порите на отрицателната активна маса и в слоя електролит при нея концентрацията на H₂SO₄ се понижава при разряд и се повишава при заряд. Процес на намаляване на концентра2

66063 Bl цията на H₂SO₄ при разряд и увеличаването й при заряд се извършва и на положителната плоча, но в него според реакция (1) участва и вода. Следователно промяната на концентрацията на H₂SO₄ в слоевете от електролит при двете плочи е различна. По-голямо разреждане на сярната киселина при разряд се получава при отрицателните плочи, отколкото в слоя електролит при положителните плочи.

Тази разлика в концентрациите на H₂SO₄в двете електродни пространства създава дифузионен поток на H₂SO₄ между двете плочи и концентрационна поляризация между тях, която намалява капацитета на батерията.

Техническа същност на изобретението

Задача на изобретението е да се създаде сепаратор, който повишава капацитета и удължава живота на оловните батерии.

Задачата е решена чрез трислоен сепаратор от стъклена вата за оловни батерии, като стъклената вата е модифицирана с полимер или композиция от полимер с един или повече ПАВ, който съгласно изобретението се състои от слой К от абсорбираща модифицирана или немодифицирана стъклена вата, формираща катодно електролитно пространство към отрицателната плоча и слой А от абсорбираща модифицирана или немодифицирана стъклена вата, формираща анодно електролитно пространство към положителната плоча, между които е поместена мембрана М от модифицирана стъклена вата с мембранни свойства на хидрофилни и хидрофобни канали.

Съгласно изобретението, слоят А, формиращ анодното пространство към положителната плоча е по-дебел и съдържа по-голям обем разтвор на H₂SO₄ от слоя К и неговия обем, формиращ катодното пространство към отрицателната плоча.

Мембраната М, поместена между слоя А и слоя К има хидрофилни канали, по които се движат водородните йони и водата и хидрофобни канали, през които кислорода преминава от анодното в катодното пространство.

Съгласно изобретението, мембраната М е обработена с емулсия, съдържаща смес от хидрофилни и хидрофобни полимери.

Предимствата на предложения сепаратор са, че процесите, които протичат в катодното и анодното пространство, ще се осигуряват от определени количества H₂SO₄ с определена концентрация, която ще се променя в определени граници. Това създава обратимост на процесите на двата електрода и осигурява постоянен капацитет при циклиране. Батериите няма да променят капацитета си с нарастване броя на циклите, което ще даде стабилност и мощност на източника на енергия. Батериите, регулирани с клапан, изработени с трислоен сепаратор, се отличават с по-дълъг живот и стабилни енергийни показатели.

Пояснение на приложената фигура

Примерно изпълнение на изобретението е показано на приложената фигура 1, която представлява блок схема на трислойния сепаратор.

Примери за изпълнение на изобретението

Съгласно приложената фигура 1, сепараторът е изграден от три слоя.

Първият слой от стъклената вата А е предназначен за създаване на анодно пространство на клетката, съдържащо определено количество електролит от H₂SO₄ при положителната плоча.

Третият слой от стъклена вата К е предназначен за създаване на катодно пространство на клетката, съдържащо определено количество електролит от H₂SO₄ при отрицателната плоча.

Между тези два слоя А и К, формиращи двете електродни пространства е разположен слой М, от модифицирана стъклена вата, който притежава мембранни свойства, позволяващи движението на Н⁺ йони и вода между тях. Мембранният слой М има хидрофобни канали, които осигуряват преминаването на потока от кислород между двата вида плочи. За тази цел мембранният слой М е обработен с полимерна емулсия, която съдържа както хидрофилни полимери с протонна проводимост, така и хидрофобни полимери, подбрани в подходящо съотношение.

Осъществяване на изобретението се пояснява със следните примери, които не го ограничават.

Пример 1. За направата на трислоен сепаратор са използвани AGM стъклени вати с три различни дебелини. Листът сепаратор А, ориентиран към положителната плоча и създаващ анодното пространство, което трябва да снабдява по

66063 Bl ложителната плоча с H₂SO₄ и Н₂О, е с дебелина 2.0 до 2.4 mm.

За мембрана М, разделяща катодното от анодното пространство се използва стъклена вата с дебелина 0.2 mm, съответно модифицирана със смес от политетрафлуоретиленова (PTFE) емулсия и поливинилпиролидон в отношение 1000:2. От получената емулсия се вземат 5 об. ч. и се разреждат с 250 об. ч. вода при непрекъснато разбъркване и стайна температура. Получената суспензия е с концентрация 22.5 g/1 политетрафлуоретилен и се нанася едностранно върху повърхността на лента или лист от стъклената вата с дебелина 0.2 - 0.3 mm. Лентата или листът се поставят в пещ, където се изсушават и след това се нагряват до 320-380°С, при което полимерите се отлагат върху стъклените нишки, и се получава свързан в едно тяло порьозен слой с много малки пори, притежаваща хидрофилни свойства и протонна проводимост и хидрофобни свойства за лесно преминаване на кислорода през така изготвената мембрана.

Третият слой сепаратор К е от абсорбираща стъклена вата с дебелина 1.8 mm и формира катодното пространство между двете плочи на оловната клетка.

Горепосочените дебелини на слоевете са примерни. Те се подбират в зависимост от капацитета на батерията и тяхното предназначение.

Полимерната емулсия не се ограничава само до PTFE. Тя може да бъде заменена от комбинации на други полимерни емулсии.

Пример 2. Изготвянето на трислоен сепаратор с модифицирана стъклена вата за мембрана се извършва при същите условия както при пример 1, но в този случай вместо емулсия на политетрафлуоретилен се използва емулсия Nation. Съдържанието на твърдо вещество тетрафлуоретилен кополимер в емулсията е 5%. От този разтвор се вземат 5 ml и се разреждат със 150 ml вода. Получената емулсия се нанася едностранно върху лента или лист сепаратор от стък лена вата дебела 0.2 mm и площ cm² и се суши в пещ при температура 140°С, при което се отлага 0.3 g/100 cm² сепаратор. След това се изготвя трислойния сепаратор, като в средата между двата AGM слоя се поставя модифицирания с полимер сепаратор (мембрана) от стъклена вата. Получените сепаратори имат повишена стабилност на капацитета при по-високи температури.

Claims

Патентни претенции

1. Трислоен сепаратор от стъклена вата за оловни батерии, като стъклената вата е модифицирана с полимер или композиция от полимер с един или повече ПАВ, характеризиращ се с това, че се състои от слой А от абсорбираща стъклена вата, с дебелина от 2.0 до 2.4 mm, формираща анодно електролитно пространство към положителната плоча и слой К от абсорбираща стъклена вата с дебелина 1.8 mm, формираща катодно електролитно пространство към отрицателната плоча, между които е поместена мембрана М, изработена от модифицирана с полимерна емулсия стъклена вата с дебелина 0.2 mm.
2. Трислоен сепаратор от стъклена вата за оловни батерии съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че мембраната М има хидрофилни канали, по които се движат водородните йони и водата и хидрофобни канали, през които кислородът преминава от анодното в катодното пространство.
3. Трислоен сепаратор от стъклена вата за оловни батерии съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че мембраната М е обработена с емулсия, съдържаща смес от хидрофилни полимери с протонна проводимост и хидрофобни полимери, по-специално политетрафлуоретилен и неговите производни.