CN109183075A - 铅酸蓄电池专用纳米铅粉的电解制粉法 - Google Patents
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Abstract
铅酸蓄电池专用纳米铅粉的电解制粉法;是用两片或多片纯铅板做电极A和B,浸在电解液中电解制取纳米铅粉。第一轮生产,A片作正极板,B片作负极板,浸在电解液中通电后,A片被刻蚀,B片表面却产生由纳米铅粉组成泡沫状态的海绵体,几个小时后,由于伴生的氢气被此海绵体吸饱,此海绵体一部分脱离负极板的表面浮于液面上,集取后经洗涤、脱水、烘干后,成为干燥的纳米铅粉。第二轮生产,更迭电源极性,A片却产生由纳米铅粉组成泡沫状态的海绵体,B片则被刻蚀。第三轮生产,又按第一轮生产的操作,如此更迭极性通电生产,每轮生产的时间大约5至8小时,可以提高纳米铅粉的产量。
Description
技术领域
本发明涉及储能设备,铅酸蓄电池专用纳米铅粉的制备技术。
背景技术
铅酸蓄电池是目前技术最成熟、价格最廉、使用最广、用量最多的蓄电池,它的核心材料是铅粉,这种铅粉是其中含有60%至80%一氧化铅的混合物。
目前,这种铅粉的制造方法有两种,一种是铅粉球磨机制粉法,是将纯铅粒在专用的铅粉球磨机内磨碎的同时被氧化,另一种是气相氧化制粉法,是将纯铅熔融在坩锅内,用强大的喷气气流将铅液吹散成雾状的同时被氧化。用以上两种方法制取的铅粉,其颗粒直径约2微米至16微米,颗粒大小不均匀。
倘若用颗粒直径在0.005微米至0.02微米之间的纳米铅粉制造蓄电池极板,由于纳米铅粉的比表面积,跟铅粉球磨机磨碎的铅粉相比、或者跟气相氧化法制取的铅粉相比,因为其比表面积极大,用纳米铅粉制造铅酸蓄电池极板,可以大大提升铅酸蓄电池的容量。
已知铅粉包括纳米铅粉的制造方法有多种,下面简述了四种方法;
【1】化学合成法,是用纯镁或钝铝作还原剂,在含有二价的铅离子在 HCl溶液中反应,制备一氧化铅,控制反应温度为摄氏90度左右,可得到海绵状的铅粉。
【2】采用Pb(CH3COO)4水解合成Pb0,其颗粒直径只有5纳米左右,形态分布也很均匀,但成本高。
【3】在网上查询,在2012年,有“铅酸蓄电池纳米铅粉的制备方法”之专利信息,作者杨春晓,出版源CN2012,今摘录其部分的内容;
摘要 本发明公开了一种铅酸蓄电池一氧化铅纳米铅粉的制备方法,其步骤;
(一)含铅原料与反应物A反应,生成水溶性的主要产物1;
(二)主要产物1与反应物B反应,生成主要产物2沉淀;
(三)将主要产物2分解,获得一氧化铅。
【4】在网络上摘录到专利号为CN201410008034.5,名称为“一种球形纳米铅粉的制备方法”的简要内容;申请人(专利权人)洛阳理工学院,
发明(设计人)王学猛,贾晓慧,曲洋。主权页;一种球形纳米铅粉的制备方法,其特征在于包括下列步骤;
1,取硝酸铅水溶液加入聚乙烯吡烷酮,得到中间液A备用。
2,向步骤1中间溶液A中滴入水合胼溶液,待滴加完成后,经过滤和洗涤,得到球形纳米铅粉。
本发明的铅粉制备方法,工艺简单,制得铅粉纯度高,平均粒度10 纳米,最大粒度不超过100纳米,该铅粉既可应用于传统铅酸蓄电池行业中极板的制备,及应用于粉末冶金行业,或者作为冶金添加剂,用以烧制耐磨零件。
基于上述的【1】、【2】、【3】、【4】四种铅粉制备方法所制取的铅粉,以及用其他方法制取的纳米铅粉,因为成本高,其价格昂贵,每公斤的价格自人民币七十元、上百元、甚至高迏数百元以上,如此高的价格,针对铅酸蓄电池行业而言,因价格太高,沒有被铅酸蓄电池行业所采用。
所以,目前各大铅酸蓄电池制造厂,依然用铅粉球磨机制粉法或者用气相氧化制粉法制造铅粉,其颗粒直径大约2微米至16微米,其价格每公斤在人民币20元以下,才能被采用。
发明内容
本发明“铅酸蓄电池专用纳米铅粉的电解制粉法”,其特征是;只需在常温下,以最简单的设备、最简易的工艺、最低廉的原料,最节省的耗电量、最短的生产周期,生产时无噪声、无有毒气体、对环境又无污染,在以上所述的前题下,就能生产出价廉物美的球形纳米铅粉,形态分布很均匀,其颗粒直径只有5纳米至20纳米。
按上段所述制取的纳米铅粉,不属于现有技术,是新发明的新颕性技术,此前无人用此技术生产纳米铅粉。
现有技术是用“铅粉球磨机法”,和“气相氧化制粉法”两种方法生产铅粉的,铅粉球磨机法是将铅球或铅粒在机内磨碎的,颗粒直径大约2至16微米,颗粒不均匀。
本发明制粉方法很简单,只需投资千余元,便可制出这种纳米铅粉,颗粒为球形,直径约0.005至0.02微米,用此超细的纳米级铅粉取代颗粒直径为2至16微米的微米级铅粉制造极板,对蓄电池容量的提升具有创造性的作用。
本法设备简单、工艺简易、原料价格低廉、生产时无噪声、无有毒气体、对环境无污染,具有实用性的效果。
本法是用两片或三片纯铅板浸在氢氧化钠为主体的电解液中电解,正极板被刻蚀,而在负极板上,即产生由纳米铅粉颗粒组成泡沬状态的海锦体并伴生了氢气,电解三、四亇小时后,因铅粉海绵体吸附了氢气,体积即不断膨胀,就脫离母体浮于液面上。铅的比重为11.34,为何会浮在比重为1左右的液体上呢?答案很简单,可用阿基米德定律作解释。
本法的电觧液是以工业级氢氧化钠为主体,一公斤氢氧化钠加纯水35 升左右,内含0.5%左右的酒石酸钾钠及0.5%左右的氢氧化钾,加氢氧化钾的目的是改善电解液的导电性,本电解液是最简单、最廉价的电解液。
本法可以更迭极性通电,因为正、负极板都是铅,都能接受正电的刻蚀,及受负电的作用下生产出纳米铅粉,正、负极板都是纳米铅粉的原料。
举亇实例;设定极板A和B都浸在电解液中,当正电接到A极板上, A极板被刻蚀,B极板上便产生泡沬状态的纳米铅粉海绵体。反之,如果正电接到B极板上,则B极板被刻蚀,而A极板上便产生泡沬状态的铅粉海绵体,也就是极板A跟极板B都成为纳米铅粉的原料及生产基地。
因为在生产过程中,正极产生的氧,能将铅板表面氧化为一氧化铅,一氧化铅在氢氧化钠溶液中在电的作用下,能与氢氧化钠反应成为亚铅酸钠,其化学方程式为2NaOH+PbO——Na2PbO2+H2O,此电解液与镀铅液性能接近,但镀不上铅,而是在负极板表面产生泡沬状态的铅粉海绵体,并伴生了氢气,同时,因正极板产生的一氧化铅过剩,一部分一氧化铅转化为二氧化铅,它跟负极板表面上的纳米铅粉海绵体相对,又因铅粉海绵体之内储存了大量的氢气,两极板之间便产生了电压,虽然两极板相对的距离在200毫米至300毫米之间,最高时每单元仍能产生1.5伏特的电压,形成了一亇不能实用的“电池”。
因为在生产时不是一亇单元在工作,而是由许多单元串联和并联而成,如果由100亇单元串联工作,当关掉电源集取纳米铅粉海绵体时,正、负极之间最高时可以达到150伏特的直流电压,也能输出数安培至十几安培的电流,成为一亇低能量的电池,此电池中之电能可以综合利用。
如果是作实验性的生产,其规模不大。伴生的氢气不多,一部分氢气被铅粉海绵体吸附,另一部分逸出,升入大气中消失。
如果生产规模宏大,伴生的氢气数量自然巨大,假使厂房封闭没有通风之道,氢气跟空气中之氧气混合迏到能夠爆炸的浓度后,一旦点火,如吸烟用打火机、电源开关闭合等,都能引起爆作,不可忽视。
铅粉海绵体中储存的氢,也是厐大的数量,可视为沼气(甲烷)池里面垃圾内的沼气,可按收集沼气的方法处理,当做本法的副产品利用。
本法的电解液是以氢氧化钠为主,以少量氢氧化钾及酒石酸钾钠为添加剂的水溶液,其配制方法是用工业级氢氧化钠配水35倍左右,氢氧化钾及酒石酸钾钠的用量,约为氢氧化钠数量的0.5%左右。电解液使用较长时间后,氢氧化钠吸收空气中的二氧化碳一部分转变为碳酸钠,在集取铅粉海绵体时,也会带走一些氢氧化钠,使溶液内氢氧化钠的浓度减低,可补充些氢氧化钠,保持氢氧化钠的原浓度,或者加些生石灰(CaO)或熟石灰(CaOH),使碳酸钠转变为氢氧化钠和碳酸钙,碳酸钙将沉淀后除去,其反应方程式为: Na2CO3+CaO+H2O——2NaOH+CaCO3,或Na2CO3+Ca(OH)2——2NaOH+CaCO3。
在电解过程中,电解液中氢氧化钠的浓度减低,将使正极板表面生成一层一氧化铅和二氧化铅,形成一亇“电池”产生反电势,使电流逐渐减低。
所以,如果用固定的电压电解,电流降低将会使产量减低,故电解用的供电系统,要采取恒电流供电。
在无电地区的亇体户,可用太阳能电池板供电实施本法,作少量生产。
附图说明
说明书附图1是本发明人自用最简单的10A恒电流供电电路简图,图中开关Q,电容器C 150μF/500V,指示灯HL,桥式全波整流器U 20A/500V,电流表ACPA,及DCPA,接地E,洩放电阻R,本图仅作参考。
具体实施方式
实施例1,按本法生产纳米铅粉的规模可小可大,本实施例是本人家中大约20平方米实验室内的微小型装置;用5只塑料箱为容器,每只箱内盛60 公升电解液及三块铅板为1亇单元,每块铅板尺寸为250mm×500mm×2mm,5亇单元串联后通电,采用恒电流供电,极板的电流密度为每平方公寸0.5A至 0.6A,加到两端的电压为15V,即每单元为3V。
电解液是1公斤氢氧化钠加35升水所配成,内含氢氧化钠数量约0.5%左右的酒石酸钾钠,及0.5%左右的氢氧化钾,添加少量氢氧化钾的目的是改善电解液的导电性能。
在第一轮生产过程中,如正极板表面产生黄色至棕色的一氧化铅转为二氧化铅时,应更迭极性,进行第二轮生产,即是将正极板接上负电,使正极产生黄色至棕色的氧化铅被还原为灰色的铅,负极板接上正电,使负极表面被氧化为氧化铅,通电时间只需1小时左右,最多不超过2亇小时,可视生产规模的大小调整。
第三轮生产又恢复第一轮生产的极性,使负极板得到更多的纳米铅粉海锦体,以更迭通电的方式。可以提高铅粉的产量。
工厂实施本法,如欲以机械化、自动化、一条龙的生产模式生产,可按本发明的技术方案为基础实施本法。
Claims (5)
1.“铅酸蓄电池专用纳米铅粉的电解制粉法”,是用两片或多片纯铅板为原料,并兼当正极板与负极板,浸在溶有氢氧化钠为主体的水溶液中通电后,正极板被刻蚀,而在负极板的表面,就产生由钠米铅粉组成泡沫状态的海绵体,经洗涤、脱水、烘干后,成为颗粒直径约5至20纳米干燥的纳米铅粉。
2.按权利要求1所述的铅酸蓄电池专用纳米铅粉的电解制粉法,其特征是;在一亇单元之内,由纯铅制成一片正极板和一片负极板,或者两片正极板配一片负极板,或者两片负极板配一片正极板,都浸在电解液中,用更迭极性通电,使两极板的极性互相交换。
3.按权利要求1所述的铅酸蓄电池专用纳米铅粉的电解制粉法,其特征是;其电解液是水中溶有氢氧化钠为主体,及少量氢氧化钾和少量酒石酸钾钠的混合液。
4.按权利要求1所述所制取的纳米铅粉,其特征是;只需将此纳米铅粉在空气中加热至摄氏400度左右,便成为一氧化铅纳米粉剂的简易制法。
5.按权利要求1、2、3所述的铅酸蓄电池专用纳米铅粉的电解制粉法,其特征是;所述的正极板跟负极板,是垂直相对浸于电解液中,极板的面积大、小、厚、薄,按生产规模的大、小相应调整,两极板的相对距离,可按产生铅粉海绵体的体积不断膨胀后,不使正、负极板产生短路即可,正、负极板的相对距离可以控制于200毫米至300毫米之间。
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