RU2407112C1 - Способ изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора - Google Patents

Способ изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора Download PDF

Info

Publication number
RU2407112C1
RU2407112C1 RU2009148964/07A RU2009148964A RU2407112C1 RU 2407112 C1 RU2407112 C1 RU 2407112C1 RU 2009148964/07 A RU2009148964/07 A RU 2009148964/07A RU 2009148964 A RU2009148964 A RU 2009148964A RU 2407112 C1 RU2407112 C1 RU 2407112C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nickel
electrode
electrodes
minutes
galvanic
Prior art date
Application number
RU2009148964/07A
Other languages
English (en)
Inventor
Вячеслав Виталиевич Волынский (RU)
Вячеслав Виталиевич Волынский
Вячеслав Николаевич Тюгаев (RU)
Вячеслав Николаевич Тюгаев
Валентина Васильевна Волынская (RU)
Валентина Васильевна Волынская
Сергей Владимирович Гришин (RU)
Сергей Владимирович Гришин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока" filed Critical Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока"
Priority to RU2009148964/07A priority Critical patent/RU2407112C1/ru
Priority to PCT/RU2010/000500 priority patent/WO2011081559A1/ru
Priority to DE112010005026T priority patent/DE112010005026T5/de
Application granted granted Critical
Publication of RU2407112C1 publication Critical patent/RU2407112C1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/32—Nickel oxide or hydroxide electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/045—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation
    • H01M4/0452—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation from solutions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/26—Processes of manufacture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора, и может быть использовано при производстве щелочных аккумуляторов с оксидно-никелевыми электродами. Повышение циклических, ресурсных и удельных емкостных характеристик никель-кадмиевых аккумуляторов является техническим результатом изобретения. Способ получения оксидно-никелевого электрода включает активацию графитированного вискозного материала насыщением ионами никеля из раствора сернокислого никеля при концентрации 50-320 г/л в течение 5-75 минут, гальваническое никелирование графитированного вискозного материала, дополнительное осаждение никеля гальваническим методом в зоне приварки токосъема гальваническим способом, подпрессовку зоны приварки токосъема электрода давлением 500-2100 МПа, замачивание высокопористой никелевой основы в растворе азотнокислого никеля с концентрацией 190-210 г/л в течение 15-75 минут, электрохимическое осаждение гидроксида никеля на заготовку электрода с формированием электродов, с последующей промывкой и сушкой электродов, дополнительное формирование электродов в сжатом состоянии в избытке электролита.

Description

Изобретение «Способ изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора» относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов.
В настоящее время выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью никель-кадмиевые аккумуляторы с электродами прессованной и металлокерамической конструкции имеют невысокие удельные параметры (30-40 Вт·ч/кг) и ресурс 350-550 циклов. Поэтому исследования ведущих фирм-производителей направлены на увеличение плотности энергии источников тока этого типа, снижение их стоимости и увеличение ресурса долговечности. В этом плане особенно широкое развитие получили работы по созданию никель-кадмиевых аккумуляторов с высокоэнергоемкими электродами на основе высокопористого материала волоконного типа [1-3]. Использование этих материалов позволяет сократить расход дорогостоящего металлического никеля в 3-6 раз по сравнению с расходом его в металлокерамических электродах. Высокая пористость - около 90% - волоконной основы позволяет отказаться от электропроводной добавки графита в состав активной массы оксидно-никелевого электрода и тем самым увеличить удельные характеристики щелочных аккумуляторов с оксидно-никелевыми электродами на волоконной основе.
Известен способ изготовления электрода на основе никелевого волокна или никелевой пены для химического источника тока [1], по которому электрод на основе никелевой пены спрессовывают с участком основы также из никелевой пены и с металлическим токосъемом, затем производят электрическую сварку и далее пастируют основу гидроксидом никеля.
Недостатками этого способа являются низкие циклические ресурсные и емкостные характеристики, что обусловлено отсутствием надежного контакта между частицами гидроксида и элементами структуры пористого никелевого каркаса, за счет внесения гидроксида никеля пастированием.
Известен способ изготовления спеченного комбинированного никелевого электрода [2] путем химического никелирования графитового матричного волоконного материала с последующим спеканием под сжатием в атмосфере сухого водорода при температуре 800°С в течение 0.25 - 2 час, пропиткой спеченной электродной пластины электрохимическим способом (температура ванны 75°С, плотность тока 0.054 А/см3), формированием электрода активным материалом, включающим анодную и катодную обработку в электролите 20% КОН (7-этапный метод из 20-минутных циклов с плотностью тока 0.07, 0.0311, 0.11 А/см3), промывкой каждого из электродов в течение нескольких часов в проточной деионизованной воде и сушкой в течение 8 часов.
Недостатком данного способа являются высокие энергозатраты, связанные с необходимостью спекания электрода в среде водорода при температуре 800°С.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому и потому принятым за прототип является способ изготовления оксидно-никелевого электрода на основе высокопористого материала волоконного типа [3].
Существенными признаками прототипа являются следующие операции и режимы:
1. Осаждение никеля, например, химическим или гальваническим способом на высокопористый материал волоконного или вспененного типа.
2. Дополнительное осаждение никеля в зоне приварки токосъема гальваническим способом до локальной пористости никеля не более 10%.
3. Термообработка в окислительной атмосфере при температуре 600±100°С в течение 2-4 часов.
4. Термообработка (спекание) в атмосфере водорода.
5. Диффузионная приварка токосъема в зоне дополнительно осажденного никеля при температуре 450-550°С в среде водорода при давлении прижима токосъема 500-1000 кгс/см3 в течение 5-30 мин.
6. Термообработка высокопористой никелевой основы в окислительной атмосфере при температуре 250-350°С в течение 1-30 мин.
7. Электрохимическое осаждение гидроксида никеля.
8. Формирование электродов в избытке электролита.
9. Промывка электродов от гидроксида калия в деионизованной воде.
10. Сушка электродов.
11. Дополнительное формирование электродов в избытке электролита в сжатом состоянии при давлении сжатия 2-5 кгс/см2, плотности тока 50-100 мA/см2, времени заряда (анодной поляризации) 1-2 часа, времени разряда (катодной поляризации) 0.5-1 час и количестве циклов от 10 до 40.
Сложная технология изготовления оксидно-никелевого электрода по указанному способу, высокая трудоемкость и энергозатраты приводят к возрастанию стоимости оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора.
Технической задачей изобретения является разработка экономически эффективного способа изготовления оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора с повышенными циклическими, ресурсными и удельными емкостными характеристиками.
Указанный технический результат достигается способом изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора путем гальванического никелирования графитированного вискозного материала, электрохимического осаждения гидроксида никеля, формирования, промывки и сушки электродов, в котором согласно изобретению перед гальваническим никелированием графитированного вискозного материала проводят активацию графитированного вискозного материала насыщением ионами никеля из раствора сернокислого никеля при концентрации 50-320 г/л в течение 5-75 минут, затем после осаждения никеля проводят подпрессовку зоны приварки токосъема электрода давлением 500-2100 МПа и перед электрохимическим осаждением гидроксида никеля проводят замачивание высокопористой никелевой основы в растворе азотнокислого никеля с концентрацией 190-210 г/л в течение 15-75 минут.
Таким образом, существенными признаками заявляемого способа являются следующие технологические операции и режимы:
1. Активация графитированного вискозного материала в растворе сернокислого никеля насыщением ионами никеля при концентрации 50-320 г/л в течение 5-75 минут.
2. Гальваническое никелирование графитированного вискозного материала.
3. Дополнительное осаждение никеля в зоне приварки токосъема гальваническим способом.
4. Подпрессовка зоны приварки токосъема электрода давлением 500-2100 МПа.
5. Приварка токосъема в зоне дополнительного осаждения никеля.
6. Замачивание высокопористой никелевой основы в растворе азотнокислого никеля с концентрацией 190-210 г/л в течение 15-75 минут.
7. Электрохимическое осаждение гидроксида никеля.
8. Формирование электродов в избытке электролита.
9. Промывка электродов от гидроксида калия в конденсате.
10. Сушка электродов.
11. Дополнительное формирование электродов в избытке электролита в сжатом состоянии.
Признаки 2, 3, 5, 7, 8, 9, 10, 11 - общие с прототипом. Признаки 1, 4, 6 - новые, отличительные, что и обеспечивает соответствие предлагаемого способа критерию "новизна".
Активация графитированного вискозного материала в растворе сернокислого никеля насыщением ионами никеля при концентрации 50-320 г/л (признак 1) позволяет улучшить качество никелевого покрытия графитированного вискозного материала при проведении гальванического никелирования и отказаться от энергозатратной термообработки высокопористой электродной основы. Указанный временной интервал нахождения электродов в растворе сернокислого никеля в течение 5-75 минут при концентрации 50-320 г/л является оптимальным для обеспечения активации графитированного вискозного материала и его насыщения ионами никеля.
Подпрессовку зоны приварки токосъема электрода (признак 4) проводят для обеспечения качественной сварки токосъема с высокопористой никелевой основой. При давлении менее 500 МПа не происходит нужного уплотнения никеля для качественной приварки токосъема, а при давлении выше 2100 МПа происходит обрубка зоны дополнительного осаждения никеля.
В заявляемом способе использование замачивания высокопористой никелевой основы в растворе азотнокислого никеля с концентрацией 190-210 г/л в течение 15-75 минут по признаку 6 позволяет улучшить эффективность заполнения порового пространства волоконной никелевой основы активной массой и в дальнейшем повысить удельные емкостные характеристики электрода. Указанный временной интервал нахождения электродов в растворе азотнокислого никеля в течение 15-75 минут является оптимальным для обеспечения полной пропитки высокопористой никелевой основы раствором азотнокислого никеля.
Предлагаемый экономически эффективный способ позволяет изготавливать оксидно-никелевый электрод для щелочного аккумулятора с повышенными циклическими, ресурсными и удельными емкостными характеристиками. Использование данного изобретения в промышленности позволяет изготавливать оксидно-никелевые электроды для никель-кадмиевых аккумуляторов с высокими эксплуатационными характеристиками.
Источники информации
1. Патент России №2054758, заявл. 02.11.1992 г.
2. Ferrahdo W., Lee W.W., Sutulla R.A., A. Lighweighted, Nickel Composition Electrode, Concept and Feasibility. Journal of Power Jources, Феррандо У. и др. Облегченный комбинированный никелевый электрод. Общее представление о возможности изготовления.
3. Патент России №2148284, заявл. 23.07.1998 г.

Claims (1)

  1. Способ изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного никель-кадмиевого аккумулятора, включающий гальваническое никелирование графитированного вискозного материала, электрохимическое осаждение гидроксида никеля, формирование, промывку и сушку электрода, отличающийся тем, что перед гальваническим никелированием графитированного вискозного материала проводят активацию графитированного вискозного материала насыщением ионами никеля из раствора сернокислого никеля при концентрации 50-320 г/л в течение 5-75 мин, затем после осаждения никеля проводят подпрессовку зоны приварки токосъема электрода давлением 500-2100 МПа и перед электрохимическим осаждением гидроксида никеля проводят замачивание высокопористой никелевой основы в растворе азотнокислого никеля с концентрацией 190-210 г/л в течение 15-75 мин.
RU2009148964/07A 2009-12-28 2009-12-28 Способ изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора RU2407112C1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009148964/07A RU2407112C1 (ru) 2009-12-28 2009-12-28 Способ изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора
PCT/RU2010/000500 WO2011081559A1 (ru) 2009-12-28 2010-09-13 Способ изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора
DE112010005026T DE112010005026T5 (de) 2009-12-28 2010-09-13 Das Verfahren zur Herstellung der Nikeloxid-Elektrode für einen alkaischen Akkumulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009148964/07A RU2407112C1 (ru) 2009-12-28 2009-12-28 Способ изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2407112C1 true RU2407112C1 (ru) 2010-12-20

Family

ID=44056772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009148964/07A RU2407112C1 (ru) 2009-12-28 2009-12-28 Способ изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE112010005026T5 (ru)
RU (1) RU2407112C1 (ru)
WO (1) WO2011081559A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2482569C1 (ru) * 2011-09-23 2013-05-20 Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока" Способ изготовления волоконного оксидно-никелевого электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора
RU2616584C1 (ru) * 2015-12-22 2017-04-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" Способ изготовления металловойлочных основ оксидно-никелевых электродов щелочных аккумуляторов

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113642190B (zh) * 2021-08-25 2024-10-18 湖北大学 一种填充式立体电极的电流设计方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4029132A (en) * 1976-05-24 1977-06-14 Westinghouse Electric Corporation Method of preparing high capacity nickel electrode powder
FR2472842A1 (fr) * 1979-07-06 1981-07-03 Sorapec Structure d'electrode pour generateur electrochimique
RU2054758C1 (ru) 1992-11-02 1996-02-20 Алексей Борисович Степанов Способ изготовления основы электрода химического источника тока
RU2148284C1 (ru) * 1998-07-23 2000-04-27 Открытое акционерное общество "Сатурн" Способ изготовления оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора
CN101525161B (zh) * 2009-04-03 2011-01-05 天津大学 一种制备氧化镍一维纳米材料的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2482569C1 (ru) * 2011-09-23 2013-05-20 Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока" Способ изготовления волоконного оксидно-никелевого электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора
RU2616584C1 (ru) * 2015-12-22 2017-04-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" Способ изготовления металловойлочных основ оксидно-никелевых электродов щелочных аккумуляторов

Also Published As

Publication number Publication date
DE112010005026T5 (de) 2012-10-04
WO2011081559A1 (ru) 2011-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9705165B2 (en) Lithium-air battery air electrode and its preparation method
Wu et al. PbO2-modified graphite felt as the positive electrode for an all-vanadium redox flow battery
CN102013330A (zh) 石墨烯/多孔氧化镍复合超级电容器薄膜及其制备方法
US11271215B2 (en) Metal porous body and current collector for nickel-metal hydride battery
Zhipeng et al. Hierarchical porous carbon toward effective cathode in advanced zinc-cerium redox flow battery
RU2407112C1 (ru) Способ изготовления оксидно-никелевого электрода для щелочного аккумулятора
KR101262663B1 (ko) 금속 산화물로 표면 개질된 레독스 플로우 이차전지용 카본 펠트 전극의 제조방법
CN112382513A (zh) 一种双离子水系储能器件的制备方法
JPH0955215A (ja) 固体電解質型燃料電池セル
CN108258248B (zh) 一种适用铅蓄电池的高寿命复合板栅及其制备方法
CN108847490B (zh) 一种具有超级电容性能的Ag-CuO-NrGO空气电极及制备方法
Hou et al. Improving electrochemical properties of carbon paper as negative electrode for vanadium redox battery by anodic oxidation
CN109599564B (zh) 钴酸镍阵列自支撑大面积空气电极及其制备和应用
CN103280340A (zh) 一种镍基电极材料及其制备方法
RU2482569C1 (ru) Способ изготовления волоконного оксидно-никелевого электрода щелочного никель-кадмиевого аккумулятора
KR20220123173A (ko) 이종 구조를 갖는(SmCoO3/rGO) 재료 및 그 제조 방법
RU2148284C1 (ru) Способ изготовления оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора
JP5557227B2 (ja) ファイバー状電池用ニッケル正極
US20120088028A1 (en) Process for Producing a Positive Nickel Hydroxide Electrode for a Nickel-Metal Hydride or Nickel Cadmium Storage Battery
CN108807820B (zh) 可充电金属氢化物锰电池
CN111261881B (zh) 一种纸基全钒液流电池电极材料及其制备和应用
CN111244473A (zh) 一种采用改性催化剂的空气电极结构及其制作方法
He et al. Study of tubular nickel oxide electrode
CN104538593A (zh) 一种碱性蓄电池用覆膜式镍电极及其制备方法
RO137482A0 (ro) Baterie cu membrană ceramică de tip nasicon şi procedeu de fabricare a acesteia

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner