RU2582652C1 - Electrolyte for lead-acid accumulators - Google Patents

Electrolyte for lead-acid accumulators Download PDF

Info

Publication number
RU2582652C1
RU2582652C1 RU2015102019/07A RU2015102019A RU2582652C1 RU 2582652 C1 RU2582652 C1 RU 2582652C1 RU 2015102019/07 A RU2015102019/07 A RU 2015102019/07A RU 2015102019 A RU2015102019 A RU 2015102019A RU 2582652 C1 RU2582652 C1 RU 2582652C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lead
acid
electrolyte
chitosan
distilled water
Prior art date
Application number
RU2015102019/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Строганов
Мария Юрьевна Карелина
Сергей Михайлович Гайдар
Original Assignee
Владимир Иванович Строганов
Мария Юрьевна Карелина
Сергей Михайлович Гайдар
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 Владимир Иванович Строганов, Мария Юрьевна Карелина, Сергей Михайлович Гайдар filed Critical Владимир Иванович Строганов
Priority to RU2015102019/07A priority Critical patent/RU2582652C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2582652C1 publication Critical patent/RU2582652C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to chemical current sources, particularly to compositions of electrolytes, used in lead-acid accumulators, and can be used for production of accumulator batteries for electric vehicles, automobiles with combined power plant, as well as for vehicles with traditional petrol engine. Electrolyte contains, wt %: borate methylphosphite 0.6-0.8, perfluoropolyether acids flouranhydrides with molecular weight of 800-1,000 0.1-0.3, Chitosan 0.1-0.3, sulphuric acid 20.0-30.0, and distilled water up to 100.
EFFECT: technical result is improved electrical and operating characteristics of lead accumulator, as well as increasing its service life.
1 cl, 2 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к химическим источникам тока, в частности к составам электролитов, применяемым в свинцовых кислотных аккумуляторах, и может быть использовано при изготовлении аккумуляторных батарей для электромобилей, автомобилей с комбинированной энергоустановкой, а также для автомобилей с традиционным бензиновым двигателем.The invention relates to chemical current sources, in particular to electrolyte compositions used in lead acid batteries, and can be used in the manufacture of rechargeable batteries for electric vehicles, cars with combined power plants, as well as for cars with a traditional gasoline engine.

Основным недостатком свинцово-кислотного аккумулятора является изменение в течение времени его электрических и эксплуатационных характеристик из-за необратимых процессов износа. К процессами износа аккумулятора относятся:The main disadvantage of a lead-acid battery is a change over time in its electrical and operational characteristics due to irreversible wear processes. Battery wear processes include:

- сульфатация электродных пластин, заключающаяся в образовании крупных кристаллитов сульфата свинца, препятствующих протеканию обратимых токообразующих процессов;- sulfation of the electrode plates, which consists in the formation of large crystallites of lead sulfate, preventing the flow of reversible current-forming processes;

- коррозия электродов, представляющая собой электрохимические процессы окисления и растворения в электролите материала электродов;- corrosion of the electrodes, which is the electrochemical processes of oxidation and dissolution of the electrode material in the electrolyte;

- оползание и осыпание активной массы положительных электродов из-за необратимых процессов разрыхления и нарушения однородности.- creep and shedding of the active mass of positive electrodes due to irreversible processes of loosening and violation of uniformity.

Для улучшения электрических и эксплуатационных характеристик свинцово-кислотного аккумулятора вводят различные добавки в электролит или электроды аккумулятора.To improve the electrical and operational characteristics of the lead-acid battery, various additives are introduced into the electrolyte or electrodes of the battery.

Известен электролит для свинцовых кислотных аккумуляторов, включающий серную кислоту, нитрилотриметилфосфоновую кислоту, 1-оксиэтилендифосфоновую кислоту, сульфат кадмия и дистиллированную воду при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: серная кислота - 0,10-50,0, нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,001-0,1, 1-оксиэтилендифосфоновая кислота - 0,001-0,1, сульфат кадмия - 13-28, дистиллированная вода - остальное (RU, 2115198 C1, МПК Н01М 10/08, Н01М 10/22, 10.07.1998).Known electrolyte for lead acid batteries, including sulfuric acid, nitrilotrimethylphosphonic acid, 1-hydroxyethylene diphosphonic acid, cadmium sulfate and distilled water in the following ratio of ingredients, wt. %: sulfuric acid - 0.10-50.0, nitrilotrimethylphosphonic acid - 0.001-0.1, 1-hydroxyethylene diphosphonic acid - 0.001-0.1, cadmium sulfate - 13-28, distilled water - the rest (RU, 2115198 C1, IPC Н01М 10/08, Н01М 10/22, 07/10/1998).

Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является электролит для свинцовых кислотных аккумуляторов, включающий серную кислоту, дистиллированную воду и присадку, содержащую смесь фосфонкарбоновой кислоты с оксиалкилидендикарбоновой кислотой или с аминоалкилфосфоновой кислотой при весовом содержании смеси фосфоновых кислот, равном 0,004-0,015 мас. %, сульфат металла 10-18 мас. % (в пересчете на металл n+) и фторсодержащие поверхностно-активные вещества (на основе перфтороксаалкилсульфокислот или перфтороксаалкилкарбокислот) в количестве 0,01-0,1 мас. % по отношению к весу всей смеси при рН состава не более 0,8 (RU, 2267191 C1, МПК Н01М 10/08, 27.12.2005).The closest analogue of the proposed technical solution is an electrolyte for lead acid batteries, including sulfuric acid, distilled water and an additive containing a mixture of phosphonocarboxylic acid with hydroxyalkylidendicarboxylic acid or with aminoalkylphosphonic acid with a weight content of a mixture of phosphonic acids equal to 0.004-0.015 wt. %, metal sulfate 10-18 wt. % (in terms of metal n + ) and fluorine-containing surfactants (based on perfluoroxaalkyl sulfonic acids or perfluoroxaalkylcarboxylic acids) in an amount of 0.01-0.1 wt. % relative to the weight of the whole mixture at a pH of not more than 0.8 (RU, 2267191 C1, IPC Н01М 10/08, 12/27/2005).

Недостатком известных электролитов является то, что они незначительно увеличивают ресурс и срок службы аккумуляторов. Кроме того, достаточно высокая концентрация серной кислоты (до 50 мас. %) и наличие сульфата кадмия в составах усиливают электрохимическую коррозию свинца решеток и токоотводов.A disadvantage of the known electrolytes is that they slightly increase the resource and service life of the batteries. In addition, a sufficiently high concentration of sulfuric acid (up to 50 wt.%) And the presence of cadmium sulfate in the compositions enhance the electrochemical corrosion of lead gratings and down conductors.

Техническим результатом изобретения является улучшение электрических и эксплуатационных характеристик свинцового аккумулятора, а также повышение срока его службы.The technical result of the invention is to improve the electrical and operational characteristics of a lead battery, as well as increasing its service life.

Данный результат достигается тем, что электролит для свинцовых кислотных аккумуляторов, включающий серную кислоту, фосфорсодержащее соединение, фторсодержащие поверхностно-активные вещества и дистиллированную воду, дополнительно содержит хитозан, в качестве фосфорсодержащего соединения содержит борат метилфосфита, а в качестве фторсодержащих поверхностно-активных веществ - фторангидриды перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 800-1000 при следующем соотношении компонентов, мас. %:This result is achieved in that the electrolyte for lead acid batteries, including sulfuric acid, a phosphorus-containing compound, fluorine-containing surfactants and distilled water, additionally contains chitosan, as a phosphorus-containing compound contains methylphosphate borate, and fluorine hydrides as a fluorine-containing surface-active substance. perfluoropolyether acids with a molecular weight of 800-1000 in the following ratio of components, wt. %:

Борат метилфосфитаMethyl Phosphite Borate 0,6-0,80.6-0.8 Фторангидриды перфторполиэфирокислотPerfluoropolyether Acid Fluorides 0,1-0,30.1-0.3 ХитозанChitosan 0,1-030,1-03 Серная кислотаSulphuric acid 20,0-30,020.0-30.0 Дистиллированная водаDistilled water До 100Up to 100

Отличительной особенностью предложенного технического решения является то, что введение в состав электролита хитозана, фторангидридов перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 800-1000 (ФПЭК) и бората метилфосфита при заявленном соотношении компонентов позволяет получить синергетический эффект улучшения электрических и эксплуатационных характеристик свинцового аккумулятора и повысить срок его службы в 1,5 раза.A distinctive feature of the proposed technical solution is that the introduction of chitosan, perfluoropolyetheroic acid fluorides with a molecular weight of 800-1000 (PPEC) and methylphosphite borate at the stated ratio of components into the electrolyte makes it possible to obtain a synergistic effect of improving the electrical and operational characteristics of a lead battery and increase its service life in 1.5 times.

Введение указанных ингредиентов при иных массных соотношениях не позволяет получить синергетический эффект улучшения электрических и эксплуатационных характеристик свинцового аккумулятора.The introduction of these ingredients at different mass ratios does not allow to obtain a synergistic effect of improving the electrical and operational characteristics of a lead battery.

Борат метилфосфита синтезирован в результате реакции взаимодействия 2 молей борной кислоты (H3BO3) с 3 молями диметилфосфита (C2H7PO3) при температуре 120°С в течение 2 ч с постоянной отгонкой метилового спирта. Экспериментально установлена его способность предотвращать кислотную коррозию свинца в присутствии ФПЭК.Methyl phosphite borate was synthesized by the reaction of 2 moles of boric acid (H 3 BO 3 ) with 3 moles of dimethyl phosphite (C 2 H 7 PO 3 ) at a temperature of 120 ° C for 2 hours with constant distillation of methyl alcohol. Its ability to prevent lead acid corrosion in the presence of PPEC has been experimentally established.

ФПЭК (ТУ 1229-027-27992970-01) представляют собой продукт окисления гексафторпропилена кислородом при температуре (-30)-(-65)°С в присутствии фтора при объемном соотношении фтора и кислорода (0,1-1,1):(98,9-99,9).FPEC (TU 1229-027-27992970-01) are the product of the oxidation of hexafluoropropylene with oxygen at a temperature of (-30) - (- 65) ° C in the presence of fluorine with a volume ratio of fluorine and oxygen (0.1-1.1) :( 98.9-99.9).

ФПЭК обладают высокой стабильностью в агрессивных средах, способностью значительно снижать вязкость и поверхностное натяжение водных растворов при различных, в том числе низких (до -40°С), температурах,PPEC have high stability in aggressive environments, the ability to significantly reduce the viscosity and surface tension of aqueous solutions at various, including low (up to -40 ° C), temperatures

Хитозан (ТУ 9289-067-00472124-03) является аминополисахаридом. Его получают реакцией деацетилирования при обработке тонко измельченного хитина 30-50%-ным водным раствором NaOH при температуре 110-140°С в течение 4-6 ч. Полученный продукт сушат и измельчают. Имеет молекулярную массу 100-120 кДа, степень деацетилирования - 87-91%, рН 1% раствора хитозана в 2% уксусной кислоте - 3,6-3,8.Chitosan (TU 9289-067-00472124-03) is an aminopolysaccharide. It is obtained by the deacetylation reaction when processing finely ground chitin with a 30-50% aqueous NaOH solution at a temperature of 110-140 ° C for 4-6 hours. The resulting product is dried and ground. It has a molecular weight of 100-120 kDa, the degree of deacetylation is 87-91%, the pH of a 1% solution of chitosan in 2% acetic acid is 3.6-3.8.

Хитозан - высокомолекулярное соединение, являющееся полиэлектролитом, поэтому он не увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора. Эффект действия хитозана основан на его коагулирующих свойствах и повышении вязкости электролита, что удерживает порошкообразные активные массы и продукты реакции на поверхности электродов, препятствуя их оползанию, осыпанию и вымыванию. Адсорбируясь на поверхности и остриях кристаллов сульфата свинца, хитозан тормозит их рост.Chitosan is a high molecular weight compound that is a polyelectrolyte, so it does not increase the internal resistance of the battery. The effect of chitosan is based on its coagulating properties and increasing the viscosity of the electrolyte, which keeps the powdered active masses and reaction products on the surface of the electrodes, preventing them from slipping, shedding and leaching. Adsorbed on the surface and the tips of lead sulfate crystals, chitosan inhibits their growth.

Технология приготовления электролита заключается в следующем.The technology of electrolyte preparation is as follows.

В емкость с мешалкой подают расчетные количества дистиллированной воды по ГОСТ 6709-72 и бората метилфосфита, после перемешивания в течение 10-15 мин вводят серную кислоту аккумуляторную по ГОСТ 667-73, после перемешивания в течение 15-20 мин последовательно подают хитозан и ФПЭК. Полученный состав перемешивают в течение 20-30 мин.The calculated quantities of distilled water according to GOST 6709-72 and methylphosphite borate are fed into a container with a stirrer, after stirring for 10-15 minutes, battery sulfuric acid is introduced according to GOST 667-73, after stirring for 15-20 minutes, chitosan and FPEC are fed in series. The resulting composition is stirred for 20-30 minutes.

Составы образцов предложенного электролита представлены в табл. 1. Примеры 4 и 5 являются контрольными.The compositions of the samples of the proposed electrolyte are presented in table. 1. Examples 4 and 5 are control.

Плотность полученных электролитов составляет 1,27-1,30 г/см3.The density of the obtained electrolytes is 1.27-1.30 g / cm 3 .

Для проведения сравнительных испытаний был приготовлен электролит по прототипу, содержащий 0,02 об. % присадки, состоящей из смеси глицинбисметилфосфоновой и нитрилотриметилфосфоновой кислот при весовом содержании смеси 0,01 мас. % и их соотношении 1:2, 15,0 мас. % восьмиводного сернокислого кадмия (в пересчете на металл) и фтор-ПАВ на основе перфтороксаалкилкарбокислот в количестве 0,05 мас. % по отношению к весу всей смеси при рН состава 0,8.To conduct comparative tests, an electrolyte was prepared according to the prototype, containing 0.02 vol. % additive consisting of a mixture of glycinebismethylphosphonic and nitrilotrimethylphosphonic acids with a weight content of the mixture of 0.01 wt. % and their ratio 1: 2, 15.0 wt. % cadmium eight-sulfate (in terms of metal) and fluorine-surfactant based on perfluoroxaalkylcarboxylic acids in an amount of 0.05 wt. % relative to the weight of the whole mixture at a pH of 0.8.

Образцы предложенного электролита по примерам и электролит по прототипу были залиты в свинцовые стартерные аккумуляторные батареи из 6 аккумуляторов с номинальным напряжением 80 В, номинальной емкостью 250 А·ч и максимальным током зарядки 50 А.Samples of the proposed electrolyte according to examples and the electrolyte according to the prototype were poured into lead starter batteries of 6 batteries with a nominal voltage of 80 V, a nominal capacity of 250 A · h and a maximum charging current of 50 A.

Испытания аккумуляторных батарей на сохранность заряда, выносливость (коррозионные и циклированием), а также сопротивление вибрации проводили по ГОСТ Ρ 53165-2008 «Батареи аккумуляторные свинцовые стартерные для автотракторной техники. Общие технические условия». Стандарт распространяется на свинцовые стартерные аккумуляторные батареи, используемые для пуска двигателей внутреннего сгорания, освещения и питания электрического оборудования на автотракторной технике (автомобилях, автобусах, тракторах и др.).Tests of storage batteries for charge safety, endurance (corrosion and cycling), as well as vibration resistance were carried out in accordance with GOST Ρ 53165-2008 "Lead-acid starter batteries for automotive vehicles. General specifications. " The standard applies to lead starter batteries used for starting internal combustion engines, lighting and powering electrical equipment using automotive vehicles (cars, buses, tractors, etc.).

Результаты испытаний представлены в табл. 2.The test results are presented in table. 2.

Использование предложенного электролита в свинцовых кислотных аккумуляторах позволит улучшить их электрические и эксплуатационные характеристики, а также повысить срок службы аккумуляторов в 1,5 раза.Using the proposed electrolyte in lead acid batteries will improve their electrical and operational characteristics, as well as increase battery life by 1.5 times.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (1)

Электролит для свинцовых кислотных аккумуляторов, включающий серную кислоту, фосфорсодержащее соединение, фторсодержащие поверхностно-активные вещества и дистиллированную воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хитозан, в качестве фосфорсодержащего соединения содержит борат метилфосфита, а в качестве фторсодержащих поверхностно-активных веществ - фторангидриды перфторполиэфирокислот с молекулярной массой 800-1000 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Борат метилфосфита 0,6-0,8 Фторангидриды перфторполиэфирокислот 0,1-0,3 Хитозан 0,1-0,3 Серная кислота 20,0-30,0 Дистиллированная вода До 100
An electrolyte for lead acid batteries, including sulfuric acid, a phosphorus-containing compound, fluorine-containing surfactants and distilled water, characterized in that it additionally contains chitosan, as a phosphorus-containing compound contains methylphosphate borate, and as fluorine-containing surfactants - fluorosulfides with a molecular weight of 800-1000 in the following ratio of components, wt. %:
Methyl Phosphite Borate 0.6-0.8 Perfluoropolyether Acid Fluorides 0.1-0.3 Chitosan 0.1-0.3 Sulphuric acid 20.0-30.0 Distilled water Up to 100
RU2015102019/07A 2015-01-23 2015-01-23 Electrolyte for lead-acid accumulators RU2582652C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102019/07A RU2582652C1 (en) 2015-01-23 2015-01-23 Electrolyte for lead-acid accumulators

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102019/07A RU2582652C1 (en) 2015-01-23 2015-01-23 Electrolyte for lead-acid accumulators

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2582652C1 true RU2582652C1 (en) 2016-04-27

Family

ID=55794573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015102019/07A RU2582652C1 (en) 2015-01-23 2015-01-23 Electrolyte for lead-acid accumulators

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2582652C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020051406A1 (en) * 2018-09-06 2020-03-12 Tygrus Llc Battery electrolyte composition

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06338321A (en) * 1993-05-27 1994-12-06 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolytic secondary battery
RU2115198C1 (en) * 1996-11-04 1998-07-10 Общество с ограниченной ответственностью г.р.N 328639 "И.С.Лаборатория" Electrolyte for lead-acid cells and additive to it
JP2001307718A (en) * 2000-02-18 2001-11-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Lead battery and its manufacturing method
RU2267191C1 (en) * 2004-04-15 2005-12-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Поликом" Additive for sulfuric-acid electrolyte and method of use of such additive
CN104218262A (en) * 2014-09-12 2014-12-17 浙江宝仕电源有限公司 High-activity nanometer silicon dispersion colloid and application thereof to lead-acid storage battery

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06338321A (en) * 1993-05-27 1994-12-06 Sanyo Electric Co Ltd Nonaqueous electrolytic secondary battery
RU2115198C1 (en) * 1996-11-04 1998-07-10 Общество с ограниченной ответственностью г.р.N 328639 "И.С.Лаборатория" Electrolyte for lead-acid cells and additive to it
JP2001307718A (en) * 2000-02-18 2001-11-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Lead battery and its manufacturing method
RU2267191C1 (en) * 2004-04-15 2005-12-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Поликом" Additive for sulfuric-acid electrolyte and method of use of such additive
CN104218262A (en) * 2014-09-12 2014-12-17 浙江宝仕电源有限公司 High-activity nanometer silicon dispersion colloid and application thereof to lead-acid storage battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020051406A1 (en) * 2018-09-06 2020-03-12 Tygrus Llc Battery electrolyte composition
US11658348B2 (en) 2018-09-06 2023-05-23 Tygrus, LLC Battery electrolyte composition

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8637183B2 (en) Expanders for lead-acid batteries
EP3288107B1 (en) Lead storage battery
EP2544291B1 (en) Lead storage battery
CN103443992B (en) Addition agent of non-aqueous electrolyte, nonaqueous electrolytic solution and nonaqueous electrolytic solution secondary battery
JP5769096B2 (en) Lead acid battery
KR20170039369A (en) Electrolyte additives for secondary battery and secondary battery comprising same
JP2021527926A (en) Dioxazolone and nitrile sulfite as electrolyte additives for lithium-ion batteries
JP2017126587A (en) Lead storage battery
JPWO2012017702A1 (en) Lead acid battery
JP6476611B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery electrolyte and non-aqueous electrolyte battery using the same
US20140134482A1 (en) Flooded lead-acid battery
CN112042041B (en) Lead-acid battery
CN105680005B (en) Polymer-graphite alkene composite material and preparation method thereof
Khodr et al. Electrochemical study of functional additives for Li-ion batteries
RU2582652C1 (en) Electrolyte for lead-acid accumulators
US10615456B2 (en) Additive for nonaqueous electrolyte solutions, nonaqueous electrolyte solution and electricity storage device
Gencten et al. Investigation of the temperature effect on electrochemical behaviors of TiO2 for gel type valve regulated lead-acid batteries
JPH10223257A (en) Nonaqueous electrolyte for secondary battery
CN115360423B (en) Method for improving electrical property of metal secondary battery
CN115692849A (en) High-voltage ternary cathode material lithium ion battery electrolyte and lithium ion battery comprising same
JP6528571B2 (en) Lead storage battery
JP2017004772A (en) Heat generation inhibitor of lithium ion secondary battery, nonaqueous electrolyte or electrode including the same, and lithium ion secondary battery
US11658348B2 (en) Battery electrolyte composition
Lee et al. Promoting Homogeneous Zinc‐Ion Transfer Through Preferential Ion Coordination Effect in Gel Electrolyte for Stable Zinc Metal Batteries
RU2257646C1 (en) Electrolyte for lead-acid storage batteries and its additive

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170124