BG66754B1 - Conductive grid for negative and positive lead-acid battery plates - Google Patents
Conductive grid for negative and positive lead-acid battery plates Download PDFInfo
- Publication number
- BG66754B1 BG66754B1 BG111655A BG11165513A BG66754B1 BG 66754 B1 BG66754 B1 BG 66754B1 BG 111655 A BG111655 A BG 111655A BG 11165513 A BG11165513 A BG 11165513A BG 66754 B1 BG66754 B1 BG 66754B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- lead
- conductive
- grid
- batteries
- negative
- Prior art date
Links
Landscapes
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаField of technology
Изобретението се отнася до използването на олекотени токопроводящи решетки от въглеродни влакна за производство на отрицателни и положителни плочи на оловни клетки и батерии.The invention relates to the use of lightweight conductive carbon fiber gratings for the production of negative and positive plates of lead cells and batteries.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Болшинството произвеждани стартерни, тягови и стационарни регулирани с клапан оловни батерии използват за тоководи на намазните си отрицателни плочи, решетки с различна геометрична конфигурация от оловни сплави. Токопроводящите решетки, които се използват в оловно-киселинното батерийно производство се произвеждат основно чрез отливане или чрез експандиране на ламарина от оловни сплави. Обикновено в конструкциите на токопроводящите решетки за положителните и отрицателните плочи на оловните батерии се използват решетки със зигзагообразна конфигурация на ребрата и рамка с увеличено сечение. В литературата, описваща производствените разчети на оловните батерии е показано, че за електрическите разчети на оловните батерии от основно значение е размера на контактната повърхност на токопроводящата решетка. Например при стартерните оловни акумулатори, геометричната конфигурация на токопроводящите решетки трябва да им осигурява при разряд ниско омическо съпротивление, което да е не повече от 16 mV на всяка междуелементна връзка на ребрата в решетките.The majority of manufactured starter, traction and stationary valve-regulated lead-acid batteries use gratings with different geometric configurations of lead alloys to guide their greased negative plates. Conductive gratings used in lead-acid battery production are mainly produced by casting or expanding sheet metal from lead alloys. Typically, in the construction of conductive gratings for the positive and negative plates of lead batteries are used gratings with a zigzag configuration of the ribs and a frame with an increased cross section. In the literature describing the production calculations of lead batteries it is shown that for the electrical calculations of lead batteries the size of the contact surface of the conductive grid is of primary importance. For example, in the case of starter lead-acid batteries, the geometric configuration of the conductive gratings must provide them with a low ohmic resistance at discharge, which shall not exceed 16 mV at each inter-element connection of the fins in the gratings.
В днешно време най-често използваните сплави за токопроводящи решетки съдържат някои от следните най-често използвани вещества в съответните количества 3-5% Sb, 0,1-0,3% As, 0,2% Sn или 0,1% Са.Nowadays, the most commonly used alloys for conductive gratings contain some of the following most commonly used substances in the respective amounts of 3-5% Sb, 0.1-0.3% As, 0.2% Sn or 0.1% Ca .
Решетките, които се произвеждат за положителни и отрицателни плочи за оловни батерии са с различни размери и дебелини в зависимост от режима и срока на работа, за които са предназначени различните видове оловни батерии. Решетките на батериите, които ще работят в режим на постоянно циклиране се произвеждат с дебелина повече от 3 mm. Решетките, които са предназначени за производство на стартерни батерии за леки автомобили имат дебелина около 1,5-2,2 mm, а за трактори и други тежки транспортни машини, дебелината на плочите е в диапазона 2,4-2,6 mm. Обикновено теглото на решетката съставлява около 50% от теглото на плочите в оловните батерии. За решетките на стартерните оловни батерии това тегло е приблизително 20 g/dm2, а за решетките на стационарните или тяговите типове оловни батерии представлява 60 g/dm2.The grids, which are produced for positive and negative plates for lead batteries, have different sizes and thicknesses depending on the mode and term of operation for which the different types of lead batteries are intended. Battery grids that will operate in continuous cycling mode are manufactured with a thickness of more than 3 mm. The grilles, which are designed for the production of starter batteries for cars, have a thickness of about 1.5-2.2 mm, and for tractors and other heavy transport machines, the thickness of the plates is in the range of 2.4-2.6 mm. Typically, the weight of the grid is about 50% of the weight of the plates in lead batteries. For starter lead grilles this weight is approximately 20 g / dm 2 and for stationary or traction lead battery grids it is 60 g / dm 2 .
Обикновено при производството на оловно-киселинни акумулаторни батерии се използват решетки, които са произведени чрез леене. В последните години токопроводящите решетки за електроди на стартерни оловни батерии се произвеждат чрез експандиране на ламарина от оловни сплави. По този начин се увеличава значително производителността и се създават възможности за използване на по-голямо разнообразие на оловни сплави, които да бъдат подходящи за оловни батерии с различни приложения.Grids that are made by casting are usually used in the production of lead-acid batteries. In recent years, conductive gratings for starter lead battery electrodes have been produced by expanding lead alloy sheets. This significantly increases productivity and creates opportunities to use a wider variety of lead alloys to be suitable for lead batteries with different applications.
За да се повиши специфичната енергия на оловните батерии е необходимо да се понижи тяхното тегло. Една от насоките за решаване на този проблем е понижаване на теглото на положителните и отрицателните електроди в оловно-киселинните акумулатори. Правени са редица опити да се намали теглото на токопроводящите решетки и да се подобри контакта на активните маси с тоководите, поради което много фирми, изследователски колективи и инженерно развойни бюра са разработвали и патентовали редица предложения на нови видове токопроводящи решетки за оловни батерии. Съществуват голям брой патенти, в които се предлагат различни конструкции на олекотени токопроводящи решетки за направа на положителни и отрицателни плочи за оловни батерии. Например в US Patent 4221854 се предлага решетка, направена чрез ламиниране с тънко оловно фолио на решетка от мека или твърда пластмаса /1/. Авторите на този патент предлагат този тип решетка с цел да се намали теглото на батерията, без да се загуби контакта на решетката с активната маса на плочите. Тъй като оловното фолио е тънко, недостатък на предложената решетка се явява недостатъчната проводимост при протичане на силни токове, както и възможността за отлепване на фолиото от пластмасовата решетка и неговата корозия от електролита.In order to increase the specific energy of lead batteries, it is necessary to reduce their weight. One of the ways to solve this problem is to reduce the weight of the positive and negative electrodes in lead-acid batteries. A number of attempts have been made to reduce the weight of conductive gratings and to improve the contact of active masses with conductors, which is why many companies, research teams and engineering offices have developed and patented a number of proposals for new types of conductive gratings for lead batteries. There are a large number of patents that offer various designs of lightweight conductive gratings for making positive and negative plates for lead batteries. For example, U.S. Pat. No. 4,221,854 discloses a grid made by laminating with a thin lead foil on a grid of soft or hard plastic (1). The authors of this patent propose this type of grid in order to reduce the weight of the battery without losing contact of the grid with the active mass of the plates. As the lead foil is thin, the disadvantage of the proposed grid is the insufficient conductivity in the flow of strong currents, as well as the possibility of peeling of the film from the plastic grid and its corrosion by the electrolyte.
Описания на издадени патенти за изобретения № 11.2/30.11.2018Descriptions of issued patents for inventions № 11.2 / 30.11.2018
В US Patent 2012/0003509 Al авторите предлагат друго решение за понижаване на теглото на решетките, като това да стане чрез използване на експандирана мрежа от титан, горещо покрита с олово. Те предлагат тази решетка да се използва за положителни електроди за хибридни оловни батерии, а отрицателните електроди да бъдат от плътен въгленов материал с токовод от мед, покрит с активен въглен за предпазване на медния токовод от корозионната среда, която представлява разтвор на сярна киселина /2/. При този тип решетка при корозията на оловния слой се образува титанов диоксид - ТЮ2, който е непроводящ и решетката ще загуби своята проводимост.In U.S. Patent 2012/0003509 A1, the authors propose another solution for reducing the weight of the gratings, such as by using an expanded titanium mesh hot-coated with lead. They suggest that this grid be used for positive electrodes for hybrid lead-acid batteries and that the negative electrodes be made of solid carbon material with a copper conductor coated with activated carbon to protect the copper conductor from a corrosive environment which is a sulfuric acid solution / 2 /. In this type of lattice, the corrosion of the lead layer produces titanium dioxide - TY 2 , which is non-conductive and the lattice will lose its conductivity.
В европейски патент ЕР 1261049 А1 се предлага токопроводящата решетка да е от оловни сплави, но тънка и покрита с проводящи полимери, например от полианилини, като самата положителна плоча да бъде покрита с такъв тип полимери, които впоследствие да образуват вътрешна проводяща мрежа от проводими полимери /3/. Проблем при този тип решетка е недостатъчната адхезия на полимера с токопроводящата решетка, което дава възможност за повишаване на вътрешното съпротивление на клетката, поради намалена проводимост на решетката.European patent EP 1261049 A1 proposes that the conductive grid be made of lead alloys, but thin and coated with conductive polymers, for example polyanilines, and that the positive plate itself be coated with a type of polymers which subsequently form an internal conductive network of conductive polymers. / 3 /. A problem with this type of grid is the insufficient adhesion of the polymer with the conductive grid, which makes it possible to increase the internal resistance of the cell due to the reduced conductivity of the grid.
Всички тези и други опити за понижаване на теглото на токопроводящите решетки са свързани с преодоляването на значителни трудности, които внасят елементи на несигурност по отношение на корозионната устойчивост на решетките в средата на електролита или повишаване на контактното съпротивление на токопроводящите решетки с активната маса на съответните електроди.All these and other attempts to reduce the weight of the conductive gratings are associated with overcoming significant difficulties that introduce elements of uncertainty regarding the corrosion resistance of the gratings in the middle of the electrolyte or increase the contact resistance of the conductive gratings with the active mass of the respective electrodes. .
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задача на изобретението е създаването на олекотена токопроводяща решетка за изработване на отрицателни и положителни плочи за оловно-киселинни акумулаторни клетки и батерии, която е надеждна, приложима за електроди с различни конфигурации, произведена по известни технологии и съобразена с екологичните изисквания.The objective of the invention is to provide a lightweight conductive grid for the production of negative and positive plates for lead-acid battery cells and batteries, which is reliable, applicable to electrodes with different configurations, manufactured by known technologies and compliant with environmental requirements.
Задачата е решена чрез предложената токопроводяща решетка за оловно-киселинни акумулаторни клетки и батерии, която съгласно изобретението е изработена от тъкана мрежа (платно) от тънки въглеродни влакна, съдържащи не по-малко от 92% въглерод и 8% свързващо вещество и с различна форма на отворите на мрежата.The problem is solved by the proposed conductive grid for lead-acid battery cells and batteries, which according to the invention is made of woven mesh (canvas) of thin carbon fibers containing not less than 92% carbon and 8% binder and of various shapes at the openings of the network.
Съгласно предложеното изобретение, токопроводящата решетка може да бъде допълнително армирана и рамкирана с полимерни или метални нишки и ленти.According to the present invention, the conductive grid can be further reinforced and framed with polymer or metal threads and strips.
Съгласно същото изобретение, въглеродните влакна на решетката, както и самата решетка могат да бъдат обработени с проводящи полимерни емулсии или покрити със слой от метали или сплави.According to the same invention, the carbon fibers of the grid as well as the grid itself can be treated with conductive polymer emulsions or coated with a layer of metals or alloys.
Използването на токопроводящи решетки от въглеродни влакна за направата на положителни и отрицателни електроди ще осигурят понижение на теглото на оловно-киселинните клетки и батерии и съответно повишаване на специфичната енергия на оловните акумулатори. Това повишаване на специфичната енергия на оловните акумулатори ще даде възможност за разширяване на тяхното приложение като стационарни и резервни източници на енергия и особено в транспортните средства. Повишаването на експлоатационните характеристики на оловно-киселинните акумулатори ще понижи количествата на използваното и преработвано олово и свързаните с тях екологични и икономически проблеми.The use of conductive carbon fiber gratings for the production of positive and negative electrodes will provide a reduction in the weight of lead-acid cells and batteries and a corresponding increase in the specific energy of lead-acid batteries. This increase in the specific energy of lead-acid batteries will make it possible to expand their application as stationary and backup energy sources and especially in vehicles. Increasing the performance of lead-acid batteries will reduce the amount of lead used and processed and related environmental and economic problems.
Използването на токопроводящи решетки от въглеродни влакна ще даде възможност за изработване на оловно-киселинни акумулаторни клетки и батерии със специфични приложения и със специфични конфигурации. Например направата на цилиндрични, нагънати зигзагообразно - тип ветрило, ъглови и други много тънки електроди за приложения, където се изискват протичането на много силни токове, осигурявани от оловни клетки с голяма повърхност на съставящите ги електроди.The use of conductive carbon fiber gratings will enable the production of lead-acid battery cells and batteries with specific applications and with specific configurations. For example, the manufacture of cylindrical, zigzag-folded - fan type, angular and other very thin electrodes for applications where very strong currents are required, provided by lead cells with a large surface area of their constituent electrodes.
Олекотените токопроводящи решетки от въглеродни влакна, дават възможност за повишаване на енергийните характеристики на оловно-киселинните акумулаторни клетки и батерии, за разширяване разнообразието от произвежданите такива вторични източници на енергия и за задоволяване на непрекъснато растящите и разнообразни нужди на съвременната техника.Lightweight conductive carbon fiber grids provide an opportunity to increase the energy performance of lead-acid battery cells and batteries, to expand the variety of such secondary energy sources produced and to meet the ever-growing and diverse needs of modern technology.
Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures
Примерното изпълнение на предложеното изобретение е показано на приложените фигури, които само го поясняват, но не го ограничават, където:An exemplary embodiment of the present invention is shown in the accompanying figures, which merely illustrate but do not limit it, where:
Описания на издадени патенти за изобретения № 11.2/30.11.2018 фигура 1 изобразява токопроводяща решетка от въглеродни влакна за отрицателни електроди за оловно-киселинни акумулатори с ромбовидна форма на отворите на мрежата;Descriptions of issued patents for inventions № 11.2 / 30.11.2018 Figure 1 depicts a conductive grid of carbon fibers for negative electrodes for lead-acid batteries with a diamond-shaped shape of the mesh openings;
фигура 2 - токопроводяща решетка от въглеродни влакна, покрити с оловна сплав за положителни електроди за оловно-киселинни акумулатори с правоъгълна форма на отворите на мрежата.Figure 2 - conductive lattice of carbon fiber coated with lead alloy for positive electrodes for lead-acid batteries with a rectangular shape of the mesh holes.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention
Изработването на токопроводящите решетки е един от подготвителните етапи в производството на оловно-киселинни акумулатори. Изработването се осъществява чрез изрязване (щанцоване) на заготовки от тъкана мрежа (платно) от тънки въглеродни нишки, съдържащи не по-малко от 92% С и 8% свързващо вещество и с различна форма на отворите на мрежата. След като бъде щанцована, заготовката се подлага на рамкиране по краищата чрез огъване на лента от оловна ламарина, като по време на рамкирането се оформя и токопроводимия извод на решетката. По този начин се изработва токопроводяща решетка с извод от олово така, че по-нататъшните етапи на изработване на плочите и съединяването им в активни блокове става по конвенционалните технологии.The production of conductive gratings is one of the preparatory stages in the production of lead-acid batteries. The production is carried out by cutting (punching) blanks of woven mesh (canvas) from thin carbon fibers, containing not less than 92% C and 8% binder and with different shape of the mesh openings. After being punched, the blank is framed at the edges by bending a strip of lead sheet metal, and during the framing the conductive terminal of the grid is formed. In this way, a conductive grid with a lead outlet is made so that the further stages of making the plates and joining them in active blocks are done by conventional technologies.
На приложената фиг. 1 е показана токопроводяща решетка, представляваща рамкирана с оловна лента тъкана мрежа с дебелина на влакната от тънки въглеродни нишки 1.5 mm и с диагонално разположени ромбовидни отвори на мрежата с размери 3x3 mm.In the attached fig. 1 shows a current-carrying grid representing a woven mesh-framed woven mesh with a fiber thickness of 1.5 mm and with diagonally arranged diamond-shaped mesh openings measuring 3x3 mm.
Така подготвената токопроводяща решетка се подава на пастирните машини за нанасяне на отрицателната активна маса, като нататък следват всички необходими технологични процеси на производство на оловно-киселинните акумулатори.The current-carrying grid prepared in this way is fed to the pastoral machines for applying the negative active mass, followed by all the necessary technological processes for the production of lead-acid batteries.
На приложената фиг. 2 е показана токопроводяща решетка, представляваща рамкирана с оловна лета тъкана мрежа от въглеродни влакна с дебелина 1.5 mm, в която отворите са с правоъгълна форма с размери 3x5 mm, а повърхността на влакната е покрита със слой от оловна сплав с дебелина 0.3 mm.In the attached fig. 2 shows a conductive grid representing a 1.5 mm thick woven carbon fiber mesh frame framed with lead, in which the openings are rectangular in shape with dimensions of 3x5 mm and the surface of the fibers is covered with a layer of lead alloy 0.3 mm thick.
Така подготвената решетка, също като в предишния пример 1 се подава за по-нататъшната направа на отрицателните или положителните плочи на оловно-киселинните акумулатори, които се извършват по стандартните технологични етапи на тяхното производство.The grid thus prepared, as in the previous example 1, is fed for the further production of the negative or positive plates of the lead-acid accumulators, which are carried out according to the standard technological stages of their production.
Олекотените токопроводящи решетки от въглеродни влакна могат да бъдат подложени на допълнителна обработка за повишаване на тяхната механична здравина, чрез импрегниране на влакната с токопроводящи полимери с ниско преходно съпротивление. Също така, токопроводящите решетки могат да бъдат обработени с полимерни емулсии или смес от полимерни емулсии с цел понижение на преходното съпротивление между решетките и активната маса, както и за да се осъществи здрава връзка на активната маса и токопроводящата решетка. Такива полимери могат да бъдат от вида например на полианилините, които са много добри проводници и осигуряват ниско преходно съпротивление между токопроводящата решетка и активната маса на електродите в оловните акумулатори.Lightweight conductive carbon fiber gratings can be further processed to increase their mechanical strength by impregnating the fibers with conductive polymers with low transient resistance. Also, the conductive gratings can be treated with polymer emulsions or a mixture of polymer emulsions in order to reduce the transient resistance between the gratings and the active mass, as well as to make a strong connection between the active mass and the conductive lattice. Such polymers can be of the type of polyanilines, for example, which are very good conductors and provide a low transient resistance between the conductive grid and the active mass of the electrodes in the lead-acid batteries.
Токопроводящите решетки от въглеродни влакна могат да бъдат обработени чрез отлагане на тънки слоеве метално олово или негови сплави. Този процес може да става галванично или чрез горещо или плазмено покриване на повърхностите на въглеродните влакна на решетките.Carbon fiber conductive gratings can be treated by depositing thin layers of lead metal or alloys thereof. This process can be done galvanically or by hot or plasma coating the carbon fiber surfaces of the gratings.
Използването на така предложените токопроводящи решетки ще доведе до понижаване на теглото на оловните акумулатори и ще гарантира корозиоината устойчивост и дълъг период на експлоатация на оловните акумулатори, произведение този тип токопроводящи решетки. Освен това такива токопроводящи решетки от въглеродни влакна, покрити с метално олово биха могли да се използват за направата на стартерни и тягови оловни акумулатори.The use of the proposed conductive gratings will lead to a reduction in the weight of lead-acid batteries and will ensure corrosion resistance and a long period of operation of lead-acid batteries, the product of this type of conductive gratings. In addition, such conductive grids of carbon fiber coated with metal lead could be used to make starter and traction lead batteries.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG111655A BG66754B1 (en) | 2013-12-16 | 2013-12-16 | Conductive grid for negative and positive lead-acid battery plates |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG111655A BG66754B1 (en) | 2013-12-16 | 2013-12-16 | Conductive grid for negative and positive lead-acid battery plates |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG111655A BG111655A (en) | 2015-06-30 |
| BG66754B1 true BG66754B1 (en) | 2018-10-31 |
Family
ID=56847841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG111655A BG66754B1 (en) | 2013-12-16 | 2013-12-16 | Conductive grid for negative and positive lead-acid battery plates |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG66754B1 (en) |
-
2013
- 2013-12-16 BG BG111655A patent/BG66754B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG111655A (en) | 2015-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1866988B1 (en) | Current carrier for an energy storage device | |
| US8709663B2 (en) | Current collector for lead acid battery | |
| US8232005B2 (en) | Lead acid battery with titanium core grids and carbon based grids | |
| US20220140350A1 (en) | Electrode plate of an electrochemical battery and electrochemical battery comprising such electrode plate | |
| WO2008126538A1 (en) | Wound type electrode battery, and its manufacturing method | |
| TWI502799B (en) | Lithium secondary battery and anode therefor | |
| WO2011139331A1 (en) | Long life lead acid battery having titanium core grids and method of their production | |
| EP2831941B1 (en) | Electrodes, batteries, electrode production methods, and battery production methods | |
| US20190393512A1 (en) | Battery grid | |
| US20150361573A1 (en) | Method of making current collector | |
| CN102501464B (en) | Lead-acid accumulator assembled by pole plate with frame-cast, screened and pasted lead-plastic compound grid | |
| US20180175402A1 (en) | Bipolar Plate of A Flow Battery or a Fuel Cell | |
| US8808914B2 (en) | Lead-acid battery design having versatile form factor | |
| JPWO2012132476A1 (en) | Electrode plate group for lead-acid battery, lead-acid battery, and method for producing electrode plate group for lead-acid battery | |
| CN201655903U (en) | Battery with improved lamination structure | |
| BG66754B1 (en) | Conductive grid for negative and positive lead-acid battery plates | |
| CN202384440U (en) | Lead-acid storage battery assembled by lead-plastic compound grid cast frame screened and paste-coated polar plates | |
| JP2008210685A (en) | Lead storage cell | |
| DE102016216089A1 (en) | Method of manufacturing accumulator cells; Battery cells; Battery of accumulator cells; Motor vehicle with accumulator cells | |
| JP5073403B2 (en) | Lead-acid battery grid and lead-acid battery using the grid | |
| EP3145006B1 (en) | Battery grid and method of making | |
| JP2005174779A (en) | Lithium ion secondary cell | |
| KR20120091184A (en) | Electrochemical cell and method for producing such a cell | |
| CN104466121A (en) | Production process of plate grid | |
| WO2020120099A1 (en) | Electrode stack for a galvanic cell |