CN105161726B - 沙粒化学镀金属极板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沙粒化学镀金属极板及其制备方法，包括镀铜沙，所述镀铜沙呈颗粒状，其核心构成为原材料资源丰富的沙子，是以优选的沙颗粒作成形载体，将沙子表面进行活化和敏化等处理后化学镀铜而成，其镀层厚度以参与蓄电池的反应量为准，通过封装袋、金属栅栏、封装盒直接封装、或预处理再封装构成极板，镀铜沙颗粒累积构成大孔隙率的空间结构，以作为集流体应用于铅酸蓄电池、碱性蓄电池、干电池环境中。本发明用沙子通过化学镀铜制作铜沙，工艺简单，镀铜后导电性好，沙子原材料资源丰富，沙颗粒有大小，做极板可以有很多的选择性，颗粒间孔隙率大，单位面积孔数较泡沫铜更多，塑造性更强，制作成本低，可广泛应用于电化学蓄电池技术领域。

Description

沙粒化学镀金属极板及其制备方法
技术领域
本发明涉及蓄电池技术领域，尤其涉及一种沙粒化学镀金属极板及其制备方法。
背景技术
铅酸蓄电池是目前世界上技术最成熟、价格最廉、性能稳定、电压高、电流大、原材料最丰富的一种蓄电池，但是，铅酸蓄电池有缺点，就是寿命短、循环次数有限，其主要原因是：正极板的铅栅经不起充电时氧化的侵蚀而烂断，因此失去了支撑活性物质及集结电流的功能，负极板的活性物质铅微粒，在每次放电时跟硫酸反应所生成的硫酸铅积厚后，产生硫酸铅化，形成极大的电阻，而使电池无法充电而失效，这一问题一直没有得到有效解决，被称为硫酸铅化顽症；而以锌为负极的碱性蓄电池，由于电解液中的锌在充电时需要以集流体作为沉积基体以储存活性物质，因此集流体的性质将直接关系到锌在集流体上的沉积以及电池的充放电情况，但是锌电极存在着变形、锌枝晶、自腐蚀和钝化等问题，从而影响了蓄电池的使用寿命；而用泡沫金属制作的极板，虽然能很好的解决这一问题，但泡沫金属制作工艺繁琐，成本高。
发明内容
为弥补上述技术的不足之处，本发明提供了一种将沙颗粒外表面作化学镀金属处理、封装成极板的沙粒化学镀金属极板及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下 ：
本发明沙粒化学镀金属极板，包括镀铜沙，所述镀铜沙呈颗粒状，其核心构成为原材料资源丰富的沙子，或岩石制作沙，或陶瓷、玻璃制作沙，是以沙颗粒作成形载体，将沙子表面进行活化和敏化处理后化学镀铜而成，其镀层厚度以参与蓄电池的反应量为准，通过封装袋、金属栅栏、封装盒封装构成极板，镀铜沙颗粒累积构成大孔隙率的空间结构。
本发明沙粒化学镀金属极板的制备方法，包括以下步骤：
a）、沙原料的活化和敏化处理
先将沙子筛选，选取适宜的规格，然后放在氯化亚锡溶液中敏化，敏化后用水清洗，再放进硝酸银溶液中活化，表面应很快呈褐色或浅咖啡色，活化后用水清洗；
b）、化学镀铜处理
化学镀铜溶液的成分是：硫酸铜、酒石酸甲钠、甲醛、氢氧化钠、氯化镍，将化学镀铜液分别配成A、B两种溶液，其中：
A液：硫酸铜、氯化镍、甲醛；
B液：酒石酸甲钠、氢氧化钠；
用量筒量取A液和B液按1:3比例混合制成化学镀铜液，用pH试纸测定其pH值，并调节控制pH值在11-13，温度在35摄氏度左右，然后放入沙子并不断翻动，一般在5分钟以上，视需要镀层的厚度而定；
当然，根据应用环境需要，还可以在其表面上镀覆各种金属，如金、银、镍、铜、锌、铝；
c）、极板的封装
镀铜沙颗粒通过直接封装、或预处理再封装构成极板结构，以作为集流体应用于铅酸蓄电池、碱性蓄电池、干电池环境中；
本发明沙粒化学镀金属极板及其制备方法，包括以下应用：
在铅酸蓄电池中，其负极板以镀铜沙代替铅，以稀硫酸与硫酸铜的混合液为电解液，负极板在放电与充电的电化学反应，只是铜与硫酸铜的变换，从而根治了铅酸蓄电池负极板“硫酸铅化”的顽症；
在碱性蓄电池环境中，镀铜沙直接封装成负极板，或镀铜沙再镀一层锌封装成负极板，作为正极板时，镀铜沙须作氧化处理，其氧化处理是直接将镀铜沙加热变成氧化铜，或放在双氧水溶液中浸泡，变成氧化铜，镀铜沙氧化处理后封装成正极板。
由于采用了上述技术方案，本发明具有的有益效果是：
1、沙子原材料资源丰富，沙颗粒有大小，做极板可以有很多的选择性，颗粒间孔隙率大，单位面积孔数较泡沫铜更多，塑造性更强，而制作成本是泡沫铜的二十分之一，价格更低，通过极板封装可有效克服采用泡沫铜容易折断的问题，柔韧性更好。
2、用沙子通过化学镀铜制作铜沙，工艺简单，镀铜后导电性好，还可以镀成各种制作极板用的金属，选择性大，更符合环保要求。
3、本发明镀铜沙颗粒通过直接封装、或预处理再封装构成极板结构，可作为集流体延伸应用于铅酸蓄电池、碱性蓄电池、干电池环境中，如通过更换铅酸蓄电池负极板及电解液的化学成分，将其负极板以镀铜沙代替铅，以稀硫酸与硫酸铜的混合液为电解液，负极板在放电与充电的电化学反应，只是铜与硫酸铜的变换，从而根治了铅酸蓄电池负极板“硫酸铅化”的顽症。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明沙粒化学镀金属极板及其制备方法作进一步的说明和阐述。
本发明沙粒化学镀金属极板，包括镀铜沙，所述镀铜沙呈颗粒状，其核心构成为原材料资源丰富的沙子，或岩石制作沙，或陶瓷、玻璃制作沙，是以优选的沙颗粒作成形载体，将沙子表面进行活化和敏化等处理后化学镀铜而成，其镀层厚度以参与蓄电池的反应量为准，通过封装袋、金属栅栏、封装盒封装构成极板，镀铜沙颗粒累积构成大孔隙率的空间结构。
本发明沙粒化学镀金属极板的制备方法，包括以下步骤：
a）、沙原料的活化和敏化处理
为使金属的沉积过程中只发生在沙子上而不发生在溶液中，首先要将沙子表面进行活化和敏化等处理，先将沙子筛选，选取适宜的规格，然后放在氯化亚锡溶液中敏化，敏化后用水清洗，再放进硝酸银溶液中活化，表面应很快呈褐色或浅咖啡色，活化后用水清洗；
活化处理是使沙子表面沉积一层具有催化活性的金属微粒，促使Cu2+在这催化中心上发生了还原作用，敏化处理是指用酸性的氯化亚锡溶液，在沙子的表面吸附一具有较强还原性的金属离子，如Sn2+，用于还原活化溶液中的金属离子，如Ag+，用硝酸银作活化剂，当经过氯化亚锡敏化处理的沙子浸入硝酸银溶液后，将在沙子表面产生如下反应：
Cu2+ +2Ag+ = Sn4+ + 2Ag+，产生的这些金属银微粒具有催化活性，是化学镀铜的结晶中心，经过活化处理后，在沙子表面已具有催化活性的金属银粒子，能加速氧化还原反应的进行，使沙子表面很快沉积上铜的导电层而实现的化学镀铜；
b）、化学镀铜处理
化学镀铜溶液的成分是：硫酸铜、酒石酸甲钠、甲醛、氢氧化钠、氯化镍，将化学镀铜液分别配成A、B两种溶液，其中：
A液：硫酸铜、氯化镍、甲醛；
B液：酒石酸甲钠、氢氧化钠；
用量筒量取A液和B液按1:3比例混合制成化学镀铜液，用pH试纸测定其pH值，并调节控制pH值在11-13，温度在35摄氏度左右，然后放入沙子并不断翻动，一般在5分钟以上，视需要镀层的厚度而定；
当然，根据应用环境需要，沙颗粒表面上可以镀覆其它金属镀层，如金、银、镍、铜、锌、铝；
c）、极板封装及应用
镀铜沙颗粒通过直接封装、或预处理再封装构成极板结构，以作为集流体应用于铅酸蓄电池、碱性蓄电池、干电池环境中；
本发明在铅酸蓄电池中的应用是更换负极板及电解液的化学成分，其负极板以镀铜沙代替铅，以稀硫酸与硫酸铜的混合液为电解液，负极板在放电与充电的电化学反应，只是铜与硫酸铜的变换，从而根治了铅酸蓄电池负极板“硫酸铅化”的顽症,
方程式（1）：“Cu（负极）+PbO2（正极）+3H2SO4+CuSO4（电解液）——2CuSO4（负极）+PbSO4（正极）+2H2O（电解液）+H2SO4（电解液）”是本电池在放电跟充电的电化学反应，方程式（1）右端的电解液中在放电后，仍含有少量H2SO4，不可能全部成为2H2O；
放电时，方程式（1）由左到右，铜被“氧化”，铜跟稀硫酸反应生成硫酸铜，使电解液中硫酸铜的浓度变浓，因消耗了硫酸，使电解液中硫酸的浓度变稀；
充电时，方程式（2）由右到左，铜被“还原”，铜沉积于负极板上，换言之，就是铜被镀于负极板上，使电解液中硫酸铜的浓度变稀，同时使电解液中稀硫酸的浓度变浓；
如此电化学可逆反应，永远可逆，最可贵的是：铜在电池不放电的“睡眠状态”时，铜不跟稀硫酸起反应，这是作为电池负极所要求的最佳条件；
在碱性蓄电池环境中，镀铜沙直接封装成负极板，或镀铜沙再镀一层锌封装成负极板，作为正极板时，镀铜沙须作氧化处理，其氧化处理是直接将镀铜沙加热变成氧化铜，或放在双氧水溶液中浸泡，变成氧化铜，镀铜沙氧化处理后封装成正极板。

Claims (3)

1.沙粒化学镀金属极板，包括镀铜沙，其特征在于：所述镀铜沙呈颗粒状，其核心构成为原材料资源丰富的沙子，或岩石制作沙，或陶瓷、玻璃制作沙，是以沙颗粒作成形载体，将沙子表面进行活化和敏化处理后化学镀铜而成，其镀层厚度以参与蓄电池的反应量为准，通过封装袋、金属栅栏、封装盒封装构成极板，镀铜沙颗粒累积构成大孔隙率的空间结构。
2.根据权利要求1所述的沙粒化学镀金属极板制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
a）、沙原料的活化和敏化处理
先将沙子筛选，选取适宜的规格，然后放在氯化亚锡溶液中敏化，敏化后用水清洗，再放进硝酸银溶液中活化，活化后用水清洗；
b）、化学镀铜处理
化学镀铜溶液的成分是：硫酸铜、酒石酸甲钠、甲醛、氢氧化钠、氯化镍，将化学镀铜液分别配成A、B两种溶液，其中：
A液：硫酸铜、氯化镍、甲醛；
B液：酒石酸甲钠、氢氧化钠；
用量筒量取A液和B液按1:3比例混合制成化学镀铜液，用pH 试纸测定其pH 值，并调节控制pH 值在11-13，温度在35摄氏度左右，然后放入沙子并不断翻动，一般在5分钟以上，视需要镀层的厚度而定；
根据应用环境需要，在其表面上镀覆各种金属镀层，如金、银、镍、铜、锌、铝；
c）、极板的封装
镀铜沙颗粒通过直接封装、或预处理再封装构成极板结构，以作为集流体应用于铅酸蓄电池、碱性蓄电池、干电池环境中。
3.根据权利要求1、2所述的沙粒化学镀金属极板及其制备方法，其特征在于它包括以下应用：
在铅酸蓄电池中，其负极板以镀铜沙代替铅，以稀硫酸与硫酸铜的混合液为电解液；
在碱性蓄电池环境中，镀铜沙直接封装成负极板，或镀铜沙再镀一层锌封装成负极板，作为正极板时，镀铜沙须作氧化处理，其氧化处理是直接将镀铜沙加热变成氧化铜，或放在双氧水溶液中浸泡，变成氧化铜，镀铜沙氧化处理后封装成正极板。
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