RU2031490C1

RU2031490C1 - Storage cell

Info

Publication number: RU2031490C1
Application number: SU925062828A
Authority: RU
Inventors: З.П. Архангельская; В.А. Никольский; Л.Б. Райхельсон; Г.Н. Решетова; М.Е. Алексеева
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "РИГЕЛЬ"
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: chemical power sources. SUBSTANCE: in alkaline nickel-zinc cell with separators made from microporous material and swelled film relation of mass of electrolyte to mass of active material of negative electrode amount to 0.9-1.2 and relation of mass of electrolyte to summary area of negative electrodes amounts to 13.0-16.5 g/dm² which results in prolonged service life. EFFECT: prolonged service life of storage cell. 1 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в щелочных аккумуляторах с цинковым анодом. The invention relates to electrical engineering and can be used in alkaline batteries with a zinc anode.

Известен никель-цинковый (НЦ) аккумулятор, содержащий положительные и отрицательные электроды, разделенные сепаратором, и щелочной электролит, повышение срока службы которого достигается за счет увеличения соотношения емкостей отрицательного и положительного электродов от 1,5-1,9 до 2-3. Запас емкости отрицательного электрода выбирается в зависимости от назначения аккумулятора и условий эксплуатации. При небольшом избытке емкости отрицательного электрода аккумулятор имеет высокую удельную энергию 75-80 Вт ˙ ч/кг, но ограниченный срок службы (40-60 циклов). Напротив, при значительном запасе емкости НЦ-аккумулятор имеет более низкую удельную энергию 50-65 Вт ˙ ч/кг, но более высокий срок службы (80-200 циклов). Known Nickel-zinc (SC) battery containing positive and negative electrodes separated by a separator, and an alkaline electrolyte, increasing the service life of which is achieved by increasing the ratio of the capacitance of the negative and positive electrodes from 1.5-1.9 to 2-3. The negative electrode capacitance is selected depending on the purpose of the battery and operating conditions. With a small excess of the negative electrode capacitance, the battery has a high specific energy of 75-80 W ˙ h / kg, but a limited service life (40-60 cycles). On the contrary, with a significant reserve of capacity, the NC battery has a lower specific energy of 50-65 W ˙ h / kg, but a longer service life (80-200 cycles).

Известен щелочной аккумулятор с цинковым анодом, в котором повышение срока службы обеспечивается благодаря применению многослойного сепаратора из различных материалов. A well-known alkaline battery with a zinc anode, in which an increase in service life is ensured through the use of a multilayer separator of various materials.

Практическая реализация высокого срока службы указанных НЦ-аккумуляторов достигается только при эффективном использовании электролита: правильной дозировке и создании условий для его распределения в составных частях аккумулятора. При недостатке электролита срок службы минимален из-за резкого снижения емкости в связи с недостаточной пропиткой активных масс и сепараторов; при избытке электролита потенциально возможный срок службы также не реализуется из-за разрушения цинкового электрода, обладающего высокой растворимостью в щелочных растворах. The practical implementation of the high service life of these NC batteries is achieved only with the efficient use of electrolyte: the correct dosage and the creation of conditions for its distribution in the components of the battery. With a lack of electrolyte, the service life is minimal due to a sharp decrease in capacity due to insufficient impregnation of the active masses and separators; with an excess of electrolyte, the potential service life is also not realized due to the destruction of the zinc electrode, which has high solubility in alkaline solutions.

Поэтому устойчивая обратимая работа цинкового электрода в НЦ-аккумуляторе возможна только в ограниченном объеме электролита в условиях плотной упаковки электродов, и используемый объем электролита является фактором, контролирующим степень уплотнения аккумуляторного блока. Therefore, the stable reversible operation of the zinc electrode in an SC battery is possible only in a limited volume of electrolyte under conditions of close packing of the electrodes, and the used volume of the electrolyte is a factor controlling the degree of compaction of the battery pack.

Выбор необходимого количества электролита для НЦ-аккумулятора носит обычно эмпирический характер, что не обеспечивает реализацию максимального срока службы в общем виде даже при оптимальном запасе емкости цинкового электрода и высоких защитных свойствах сепаратора ввиду отсутствия критериев, определяющих допустимые пределы изменения электролитосодержания цинкового электрода и сепараторов при длительной обратимой работе аккумулятора. The choice of the required amount of electrolyte for the NC battery is usually of an empirical nature, which does not ensure the implementation of the maximum service life in general even with the optimum reserve capacity of the zinc electrode and high protective properties of the separator due to the absence of criteria defining the permissible limits of change in the electrolyte content of the zinc electrode and separators during long-term reversible battery operation.

В известном аккумуляторе для реализации высокого срока службы слои сепараторов подобраны таким образом, чтобы слои, находящиеся около катода, обладали большей впитываемостью электролита ( ≥11 мг/см²) по сравнению с впитываемостью слоев, находящихся около анода (1-10 мг/см²).In the known battery for the implementation of a high service life, the separator layers are selected so that the layers located near the cathode have greater absorption of electrolyte (≥11 mg / cm ² ) compared with the absorption of layers located near the anode (1-10 mg / cm ² )

Однако в данном известном аккумуляторе не регламентируется необходимое электролитoсодержание цинкового электрода, хотя влияние его на работоспособность и срок службы НЦ-аккумулятора является определяющим. However, in this known battery, the necessary electrolyte content of the zinc electrode is not regulated, although its influence on the performance and life of the NC battery is decisive.

Наиболее близкими по технической сущности и достигнутым результатам являются никель-цинковые аккумуляторы. Однако в этих аккумуляторах необходимое электролитосодержание цинкового электрода не регламентируется. The closest in technical essence and the achieved results are nickel-zinc batteries. However, in these batteries the required electrolyte content of the zinc electrode is not regulated.

Цель изобретения - увеличение срока службы никель-цинкового аккумулятора. Цель достигается использованием в нем количества электролита, находящегося в определенном соотношении с массой активного материала отрицательного электрода. При этом одновременно в качестве дополнительного критерия предлагается использовать отношение количества электролита к суммарной площади цинковых электродов (фронту диффузии электролита). При учете этого отношения количественная связь между запасом активной массы Zn-электрода и необходимым объемом электролита отражает также и свойства применяемых сепараторов. The purpose of the invention is to increase the service life of the Nickel-zinc battery. The goal is achieved by using the amount of electrolyte in it, which is in a certain ratio with the mass of the active material of the negative electrode. At the same time, it is proposed to use the ratio of the amount of electrolyte to the total area of zinc electrodes (the front of electrolyte diffusion) as an additional criterion. When this relationship is taken into account, the quantitative relationship between the stock of active mass of the Zn electrode and the required volume of electrolyte also reflects the properties of the used separators.

Отношение массы заливаемого электролита к массе активного материала отрицательного электрода в предлагаемом аккумуляторе выдерживают в пределах 0,9-1,2 и отношение количества электролита к площади Zn-электрода - 13-16,5, что обеспечивает стабильность характеристик цинкового электрода и увеличенный срок службы аккумулятора. The ratio of the mass of the filled electrolyte to the mass of the active material of the negative electrode in the proposed battery is kept within 0.9-1.2 and the ratio of the amount of electrolyte to the area of the Zn electrode is 13-16.5, which ensures the stability of the characteristics of the zinc electrode and increased battery life .

В таблице приводятся примеры конкретной реализации предлагаемого аккумулятора для соотношений теоретических емкостей отрицательного и положительного электродов от 1,5 до 4,0. Предлагаемыми соотношениями учитываются не только необходимые параметры цинкового электрода, но и свойства применяемых сепараторов, так как они коррелируются с количеством используемого электролита. The table provides examples of specific implementations of the proposed battery for the ratio of theoretical capacitances of the negative and positive electrodes from 1.5 to 4.0. The proposed ratios take into account not only the necessary parameters of the zinc electrode, but also the properties of the used separators, since they correlate with the amount of electrolyte used.

Таким образом реализация соотношений
М_{электролита}/М_{активной} _массы _{цинкового} _{электрода}= = 0,9-1,2, где М - масса, г;
и одновременно соотношения
М_{электролита}/ ΣS_{цинковых} _{электродо} = =13-16,5, где ΣS - суммарная двусторонняя площадь цинковых электродов, дм², позволяет повысить срок службы в 1,5-2 раза по сравнению с достигнутым в настоящее время (до 160 циклов).Thus, the implementation of the relations
M _electrolyte / M _active _{mass of the} _zinc _electrode = = 0.9-1.2, where M is the mass, g;
and at the same time the ratio
M _electrolyte / ΣS _zinc _electrodes = = 13-16.5, where ΣS is the total bilateral area of zinc electrodes, dm ² , allows to increase the service life by 1.5-2 times compared to the currently achieved (up to 160 cycles).

Claims

ELECTRIC BATTERY, including a block of positive oxide-nickel and negative zinc oxide electrodes, separated by a package of separators made of microporous material and a swelling film, and an electrolyte, characterized in that the ratio of the mass of the electrolyte to the mass of the active material of the negative electrode is 0.9 - 1.2, and the ratio mass of electrolyte to the total area of zinc electrodes 13.0 - 16.5 g / dm ² .