RU2030033C1

RU2030033C1 - Electrode of lead-acid cell

Info

Publication number: RU2030033C1
Application number: SU915006061A
Authority: RU
Inventors: М.Б. Коновалов; В.Н. Демин; О.Н. Демин
Original assignee: Производственно-коммерческое предприятие "Рискон"
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1991-10-22
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: manufacture of lead-acid cells. SUBSTANCE: electrode has current tap 1 which surface layer is electrochemically transformed into active mass 2 closed in armor 3 forming pocket held in elastically stretched state and tightening up active mass 2. EFFECT: facilitated manufacture. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнической промышленности и касается производства свинцовых аккумуляторов. The invention relates to the electrical industry and relates to the production of lead batteries.

Известна конструкция электрода свинцового аккумулятора, содержащая токоотвод и активную массу, полученную путем преобразования поверхностного слоя токоотвода в активную массу посредством электрохимической обработки. Такие электроды широко известны под названием "Электроды Планте" (1). A known design of the electrode of a lead battery containing a collector and an active mass obtained by converting the surface layer of a collector into an active mass by electrochemical processing. Such electrodes are commonly known as Plante electrodes (1).

Недостатком известной конструкции являются низкие удельные энергетические характеристики этого электрода, что объясняется тем, что как в процессе получения активной массы, так и в процессе эксплуатации электрода возникают внутренние напряжения, приводящие к появлению трещин, расслоений, нарушению электрического контакта между активной массой и токоотводом и т. д. и к увеличению сопротивления активной массы и уменьшению коэффициента ее использования. A disadvantage of the known design is the low specific energy characteristics of this electrode, which is explained by the fact that both during the production of the active mass and during the operation of the electrode internal stresses arise, leading to the appearance of cracks, delaminations, disruption of the electrical contact between the active mass and the collector, and t etc. and to increase the resistance of the active mass and reduce the coefficient of its use.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электрод свинцового аккумулятора, состоящий из панциря из коррозионно-стойкого материала, токоотвода, помещенного в карман, образованный панцирем, и активной массы (2). The closest in technical essence and the achieved result is an electrode of a lead battery, consisting of a shell of a corrosion-resistant material, a collector placed in a pocket formed by a shell, and an active mass (2).

Недостатками известного электрода являются невысокие удельные энергетические характеристики, ухудшенная экологическая обстановка на производстве за счет использования свинцового порошка и, как следствие, высокие производственные затраты на изготовление электрода. The disadvantages of the known electrode are low specific energy characteristics, environmental degradation in the production due to the use of lead powder and, as a result, high production costs for the manufacture of the electrode.

Это объясняется следующим. В известном электроде (прототипе) при получении активной массы используется свинцовый порошок. Затраты на изготовление свинцового порошка занимают значительную часть от общих затрат на изготовление аккумулятора. Производство же свинцового порошка является основной причиной ухудшения экологической обстановки в производстве аккумуляторов. Кроме того, в известном электроде токоотводы изготавливают в виде стержней достаточно большого диаметра ≈3 мм, из соображений сохранения их жесткости при заполнении карманов из панциря свинцовым порошком или свинцовой пастой с последующим уплотнением последних, что приводит к ухудшению удельных энергетических характеристик. При этом активная масса, полученная описанным способом имеет невысокий коэффициент использования, что также уменьшает удельные энергетические характеристики. This is explained by the following. In the known electrode (prototype), lead powder is used to obtain the active mass. The costs of manufacturing lead powder occupy a significant part of the total cost of manufacturing a battery. The production of lead powder is the main cause of environmental degradation in the production of batteries. In addition, in the known electrode down conductors are made in the form of rods of a sufficiently large diameter ≈3 mm, for reasons of preserving their rigidity when filling pockets of the shell with lead powder or lead paste, followed by compaction of the latter, which leads to a deterioration in the specific energy characteristics. Moreover, the active mass obtained by the described method has a low utilization factor, which also reduces the specific energy characteristics.

Целью изобретения является повышение удельных энергетических характеристик электрода и улучшение экологической обстановки на производстве при снижении производственных затрат. The aim of the invention is to increase the specific energy characteristics of the electrode and improve the environmental situation at the factory while reducing production costs.

Поставленная цель достигается тем, что в известном электроде, содержащем панцирь из коррозионностойкого пористого материала, токоотвод, помещенный в карман, образованный панцирем, и активную массу, активная масса получена электрохимическим преобразованием поверхностного слоя токоотвода, а карман находится в упругорастянутом состоянии с относительным увеличением периметра не менее 5%. This goal is achieved by the fact that in a known electrode containing a shell of corrosion-resistant porous material, the collector placed in the pocket formed by the shell and the active mass, the active mass is obtained by electrochemical conversion of the surface layer of the collector, and the pocket is in an elastically expanded state with a relative increase in the perimeter less than 5%.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

При электрохимическом преобразовании поверхностного слоя токоотвода в активную массу последняя увеличивается в объеме, взаимодействует со стенками кармана, пытаясь раздвинуть их, т.е. увеличить периметр кармана. Стенки, в свою очередь, сопротивляясь этому, оказывают давление на поверхность сформировавшейся активной массы, в которой возникают внутренние напряжения, из-за которых могут образоваться трещины, расслоения, вздутия и отслоения активной массы от токоотвода. Эти дефекты приводят к увеличению внутреннего сопротивления активной массы и электрода в целом, снижению коэффициента ее использования, а следовательно, к снижению удельных энергетических характеристик. Кроме того, вышеперечисленные дефекты дестабилизируют указанные характеристики, ухудшая их воспроизводимость. During the electrochemical conversion of the surface layer of the collector into the active mass, the latter increases in volume, interacts with the walls of the pocket, trying to push them apart, i.e. increase the perimeter of the pocket. The walls, in turn, resisting this, exert pressure on the surface of the formed active mass, in which internal stresses arise, due to which cracks, delamination, swelling and delamination of the active mass from the collector can form. These defects lead to an increase in the internal resistance of the active mass and the electrode as a whole, to a decrease in its utilization coefficient, and, consequently, to a decrease in the specific energy characteristics. In addition, the above defects destabilize these characteristics, impairing their reproducibility.

Стенки кармана, имеющего возможность согласно изобретению изменить свой периметр, создают давление на поверхность активной массы в процессе ее образования, что позволяет скомпенсировать внутренние напряжения и исключить образование или уменьшить влияние вышеперечисленных дефектов активной массы, а следовательно, повысить ее качество и характеристики электрода. Кроме того, изменяющийся в размерах карман позволяет исключить переуплотнение активной массы, а следовательно, не допустить из-за этого снижение удельных энергетических характеристик и их дестабилизацию. The walls of the pocket, which according to the invention is able to change its perimeter, create pressure on the surface of the active mass in the process of its formation, which allows you to compensate for internal stresses and eliminate the formation or decrease the influence of the above defects in the active mass, and therefore increase its quality and characteristics of the electrode. In addition, a pocket that changes in size allows eliminating the re-compaction of the active mass, and therefore, to prevent the reduction of specific energy characteristics and their destabilization due to this.

Вышеописанные дефекты могут возникнуть и в процессе эксплуатации электрода из-за колебания и постоянного роста объема активной массы при циклировании. Карман, находящийся в упругорастянутом состоянии и после окончания образования активной массы, т.е. в процессе эксплуатации, позволяет исключить образование вышеперечисленных дефектов. The above-described defects can also occur during operation of the electrode due to oscillations and a constant increase in the volume of the active mass during cycling. A pocket that is in an elastically stretched state and after the end of active mass formation, i.e. during operation, eliminates the formation of the above defects.

Кроме того, использование заявляемого способа снижает производственные затраты на изготовление электродов в связи с отсутствием операции изготовления свинцового порошка, что дополнительно улучшает экологическую обстановку на производстве. In addition, the use of the proposed method reduces the manufacturing costs for the manufacture of electrodes due to the lack of operations for the manufacture of lead powder, which further improves the environmental situation at the factory.

Упругое растяжение кармана может достигаться различными известными конструктивными приемами, например
- путем использования нитей, обладающих эластичными свойствами, таких как латексные нити, эластик, нити из спандексаполиуретана и др., при этом тип переплетения их в оболочке может не обладать эластичностью, например, полотняное, саржевое, сатиновое плетения;
- путем получения определенного типа переплетения нитей, обладающего эластичными свойствами, такого как трикотажное переплетение, эластик и его производные, кулинаpная гладь и др. (Шалов И.И. и др. Технология трикотажного производства. М. : Легкая и пищевая промышленность, 1984, с.89-98, 103^_105, 132-143), но при этом нити не обладают эластичными свойствами, (нити из лавсана, капрона, полипропилена и др.);
- путем получения различных комбинаций при сочетании в одной оболочке нитей, обладающих и не обладающих эластичными свойствами, а также путем чередования в одной оболочке разных типов переплетения нити, как обладающих, так и не обладающих эластичными свойствами;
- путем создания упругих резервных зон вне кармана, за счет которых происходит увеличение периметра неупругих стенок кармана (расположение по бокам от кармана упругих резервных нерабочих зон, из которых упруго вытягивают нити, увеличивая периметр карманов и уменьшая периметр резервных зон);
- путем частичного или полного сочетания вышеописанных приемов и т.д.Elastic pocket stretching can be achieved by various known design techniques, for example
- through the use of threads with elastic properties, such as latex threads, elastic, threads made of spandex polyurethane, etc., while the type of weaving them in the shell may not have elasticity, for example, plain, twill, satin weave;
- by obtaining a certain type of weaving of threads having elastic properties, such as knit weaving, elastic and its derivatives, cooking surface, etc. (Shalov II and others. Technology of knitting production. M.: Light and food industry, 1984, p. 89-98, 103 ^_ 105, 132-143), but the threads do not have elastic properties, (threads from lavsan, kapron, polypropylene, etc.);
- by obtaining various combinations when combined in one sheath of threads having and not possessing elastic properties, as well as by alternating in one shell different types of weaving of the thread, both possessing and not possessing elastic properties;
- by creating elastic reserve zones outside the pocket, due to which there is an increase in the perimeter of the inelastic walls of the pocket (the location on the sides of the pocket of elastic reserve inoperative zones from which the threads are elastically elongated, increasing the perimeter of the pockets and reducing the perimeter of the reserve zones);
- by partial or complete combination of the above techniques, etc.

При изучении известных технических решений в данной и смежных областях техники признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, не выявлены, кроме того, для специалиста в данной области изобретение явным образом не следует из известного уровня техники, следовательно, заявленное решение является новым и имеет изобретательский уровень. When studying the known technical solutions in this and related fields of technology, the features that distinguish the invention from the prototype are not identified, in addition, for a specialist in this field the invention does not explicitly follow from the prior art, therefore, the claimed solution is new and has an inventive step .

На чертеже показан общий вид электрода. The drawing shows a General view of the electrode.

Электрод имеет токоотвод 1, активную массу 2, полученную путем преобразования поверхностного слоя токоотвода посредством электрохимической обработки в растворе, карман 3, находящийся в упругорастянутом состоянии и поджимающий активную массу 2. The electrode has a collector 1, an active mass 2, obtained by converting the surface layer of a collector by electrochemical processing in a solution, a pocket 3, which is in an elastically stretched state and compresses the active mass 2.

Для экспериментальной проверки заявляемого электрода было изготовлено и испытано 2 партии электродов. For experimental verification of the inventive electrode was made and tested 2 batches of electrodes.

Для партии I были изготовлены электроды известной конструкции (2). For batch I, electrodes of a known design were made (2).

Для партии II были изготовлены электроды заявленной конструкции, т.е. электроды, у которых карман находится в упругорастянутом состоянии, а относительное увеличение периметра кармана составляет от 3 до 100%. For batch II, electrodes of the claimed design were manufactured, i.e. electrodes in which the pocket is in an elastically stretched state, and the relative increase in the perimeter of the pocket is from 3 to 100%.

При изготовлении электродов использовались стержневые токоотводы, помещенные в карманы из панцирной ткани. После этого проводили формирование (образование активной массы из поверхностного слоя токоотвода) в растворе серной кислоты ρ = 1,1 г/см³ с добавкой перхлората калия в количестве 10-12 г/л при плотности тока 1,0 А/дм².In the manufacture of electrodes, rod down conductors placed in shell-pockets were used. After that, the formation (formation of the active mass from the surface layer of the collector) was carried out in a solution of sulfuric acid ρ = 1.1 g / cm ³ with the addition of potassium perchlorate in an amount of 10-12 g / l at a current density of 1.0 A / dm ² .

Карманы изготавливались из лавсановых нитей путем создания плетения типа "ластик". Использование карманов с различным начальным периметром позволяло получить электроды одинакового размера, карманы которых имели разные относительные увеличения периметра, рассчитывающиеся по методике известной в курсе "Сопротивление материалов" по формуле:
Е= (Р₁-Р_о)/Р_о ^. 100%, где Е - относительное увеличение периметра кармана;
Р₁ - конечный периметр кармана (мм);
Р_о - начальный периметр кармана (мм).Pockets were made of mylar threads by creating an eraser-like weave. The use of pockets with different initial perimeters made it possible to obtain electrodes of the same size, the pockets of which had different relative perimeter increases calculated according to the method known in the course “Resistance of materials” according to the formula:
E = (P ₁ -P _o ) / P _o ^. 100%, where E is the relative increase in the perimeter of the pocket;
P ₁ - the final perimeter of the pocket (mm);
P _about - the initial perimeter of the pocket (mm).

Все электроды были испытаны циклированием в 5-часовом режиме разряда. Ряд характерных результатов испытаний приведен в таблице. All electrodes were tested by cycling in a 5-hour discharge mode. A number of characteristic test results are given in the table.

Из таблицы следует, что величина удельных энергетических характеристик зависит от относительного увеличения периметра кармана. Наиболее высокие удельные энергетические характеристики электродов достигаются при относительном увеличении периметра кармана не менее 5%, а относительное увеличение меньше 5% не оказывает влияния на повышение и стабилизацию энергетических характеристик. Дальнейшее увеличение периметра кармана практически не оказывает влияния на величину энергетических характеристик. From the table it follows that the value of the specific energy characteristics depends on the relative increase in the perimeter of the pocket. The highest specific energy characteristics of the electrodes are achieved with a relative increase in the perimeter of the pocket of at least 5%, and a relative increase of less than 5% does not affect the increase and stabilization of energy characteristics. A further increase in the perimeter of the pocket has practically no effect on the magnitude of the energy characteristics.

Применение заявленного электрода по сравнению с прототипом позволяет снизить производственные затраты на их изготовление, что снижает себестоимость аккумулятора в целом при увеличении его удельных энергетических характеристик. Кроме того, отсутствие операции изготовления свинцового порошка позволяет улучшить экологическую обстановку на производстве, что дополнительно сокращает затраты, необходимые для очистки окружающей среды. The use of the claimed electrode in comparison with the prototype allows to reduce production costs for their manufacture, which reduces the cost of the battery as a whole with an increase in its specific energy characteristics. In addition, the absence of a lead powder manufacturing operation can improve the environmental situation at the plant, which further reduces the costs required to clean the environment.

Claims

LEAD ACCUMULATOR ELECTRODE, consisting of a shell of a corrosion-resistant porous material, a collector placed in a pocket formed by a shell, and an active mass, characterized in that the active mass is obtained by electrochemical conversion of the surface layer of the collector, and the pocket is in an elastically stretched state with a relative increase in perimeter not less than 5%.