RU2616584C1 - Method of producing metal-felt bases for oxide-nickel electrodes of alkaline accumulators - Google Patents
Method of producing metal-felt bases for oxide-nickel electrodes of alkaline accumulators Download PDFInfo
- Publication number
- RU2616584C1 RU2616584C1 RU2015154984A RU2015154984A RU2616584C1 RU 2616584 C1 RU2616584 C1 RU 2616584C1 RU 2015154984 A RU2015154984 A RU 2015154984A RU 2015154984 A RU2015154984 A RU 2015154984A RU 2616584 C1 RU2616584 C1 RU 2616584C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- oxide
- metal
- felt
- aniline
- Prior art date
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
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
-
- 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
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
- H01M4/75—Wires, rods or strips
-
- 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
Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области изготовления щелочных аккумуляторов с металловойлочными оксидно-никелевыми электродами. The present invention relates to the field of manufacture of alkaline batteries with metal-oxide-nickel electrodes.
В настоящее время наиболее перспективным типом положительных электродов щелочных источников тока являются оксидно-никелевые электроды, полученные металлизацией пористых полимерных или графитированных материалов с последующим заполнением полученной электропроводящей основы гидроксидом никеля в качестве активного вещества. Такие электроды не уступают по емкостным характеристикам электродам металлокерамического типа, не приводят к накоплению карбонатов в электролите аккумулятора, для их изготовления требуется меньшее количество никеля. Наиболее сложной частью технологии изготовления таких электродов является получение металлизированной пористой основы. Однако известная в настоящее время технология изготовления таких электродов сложна, требует применения дорогостоящих материалов и химикатов, сопровождается большим количеством экологически опасных сточных вод. Поэтому разработка простых методов нанесения достаточно толстых слоев металлов на пористую основу является актуальной.Currently, the most promising type of positive electrodes of alkaline current sources are oxide-nickel electrodes obtained by metallization of porous polymeric or graphitized materials, followed by filling the obtained conductive base with nickel hydroxide as an active substance. Such electrodes are not inferior in capacitance characteristics to cermet type electrodes, do not lead to the accumulation of carbonates in the battery electrolyte, and less nickel is required for their manufacture. The most complex part of the manufacturing technology of such electrodes is the production of a metallized porous base. However, the currently known technology for manufacturing such electrodes is complex, requires the use of expensive materials and chemicals, and is accompanied by a large amount of environmentally hazardous wastewater. Therefore, the development of simple methods for applying sufficiently thick layers of metals on a porous base is relevant.
Известен способ изготовления электродов химических источников тока [Патент РФ №2054758. МПК H01M 4/80, H01M 10/28, 1996], который заключается в изготовлении основы электрода химического источника тока. Согласно изобретению основу из нетканого волокнистого полимерного материала с обменной емкостью по катионам 0,5-6 мг-экв/г активируют насыщением ионами никеля с последующей обработкой водным раствором боргидрида щелочного металла при концентрации 0,1-1,2 г/л при температуре 15-70°C в течение 0,5-30 мин, после чего проводят химическую и гальваническую металлизацию. A known method of manufacturing electrodes of chemical current sources [RF Patent No. 2054758. IPC H01M 4/80, H01M 10/28, 1996], which consists in the manufacture of the base electrode of a chemical current source. According to the invention, a base of nonwoven fibrous polymeric material with an exchange capacity of cations of 0.5-6 mEq / g is activated by saturation with nickel ions, followed by treatment with an aqueous solution of alkali metal borohydride at a concentration of 0.1-1.2 g / l at a temperature of 15 -70 ° C for 0.5-30 minutes, after which they carry out chemical and galvanic metallization.
Недостатком изобретения является то, что он требует нескольких подготовительных стадий перед химической и гальванической металлизацией. Причем качество каждой стадии сильно зависит от свойств нетканого волокнистого полимерного материала, в частности от его обменной емкости по катионам, что приводит разбросу в качестве уже готовых металлизированных электродов. Также данный материал является дорогим по сравнению с инертным нетканым полотном.The disadvantage of the invention is that it requires several preparatory stages before chemical and galvanic metallization. Moreover, the quality of each stage strongly depends on the properties of the non-woven fibrous polymer material, in particular on its exchange capacity for cations, which leads to a spread in the quality of the finished metallized electrodes. Also, this material is expensive compared to an inert non-woven fabric.
Известен способ изготовления оксидно-никелевых электродов химических источников тока [Патент РФ № 2407112, МПК H01M 4/16, 2009], который включает активацию графитированного вискозного материала насыщением ионами никеля из раствора сернокислого никеля при концентрации 50-320 г/л в течение 5-75 минут и последующим гальваническим никелированием.A known method of manufacturing oxide-Nickel electrodes of chemical current sources [RF Patent No. 2407112, IPC H01M 4/16, 2009], which includes the activation of graphite viscose material by saturation of nickel ions from a solution of Nickel sulfate at a concentration of 50-320 g / l for 5- 75 minutes followed by galvanic nickel plating.
Недостатками данного метода являются недостаточная механическая прочность электрода при его длительной работе и использование дорогого графитированного вискозного материала. The disadvantages of this method are the insufficient mechanical strength of the electrode during its long operation and the use of expensive graphite viscose material.
В качестве прототипа принят способ изготовления электродов щелочного аккумулятора [Заявка ФРГ N 4004106, кл. H01M 4/75, 1991], который состоит в активации нетканого полотна из полимерных, например полиолефиновых, волокон в растворе, содержащем олово и палладий; химическом никелировании полотна и гальваническом никелировании.As a prototype adopted a method of manufacturing electrodes of an alkaline battery [Application of Germany N 4004106, class. H01M 4/75, 1991], which consists in activating a non-woven fabric of polymer, for example polyolefin, fibers in a solution containing tin and palladium; chemical nickel plating and galvanic nickel plating.
Недостатком способа является повышенный расход олова и дорогостоящего палладия из-за высокоразвитой металлизируемой поверхности нетканого полимера. Кроме того, при использовании стадии химической металлизации будет наблюдаться плохое прокрытие внутренних зон заготовки из-за экранирования их пузырьками водорода, выделяющимися при проведении данной стадии. При металлизации подготовленного таким образом полимерного волокнистого материала высока вероятность разложения раствора металлизации из-за случайно попавших в раствор с поверхности полимера частиц палладия.The disadvantage of this method is the increased consumption of tin and expensive palladium due to the highly developed metallized surface of the non-woven polymer. In addition, when using the stage of chemical metallization, poor coverage of the inner zones of the workpiece will be observed due to their shielding with hydrogen bubbles released during this stage. During metallization of a polymer fibrous material prepared in this way, there is a high probability of decomposition of a metallization solution due to palladium particles accidentally entering the solution from the polymer surface.
Предлагаемое изобретение решает задачу нанесения металлического слоя на высокопористую диэлектрическую основу металловойлочного оксидно-никелевого электрода без использования драгоценных металлов и без протекания побочных реакций, продукты которой могут экранировать внутренние зоны поверхности, и упрощение технологии металлизации пористых полимерных материалов.The present invention solves the problem of applying a metal layer to a highly porous dielectric base of a metal-oxide-nickel oxide electrode without the use of precious metals and without the occurrence of side reactions, the products of which can shield the inner zones of the surface, and simplify the metallization technology of porous polymeric materials.
Технический результат заключается в получении равномерно металлизированной высокопористой основы металловойлочного оксидно-никелевого электрода, упрощении технологии при сохранении электропроводности первичного металлического слоя.The technical result consists in obtaining a uniformly metallized highly porous base of a metal-oxide-nickel oxide electrode, simplifying the technology while maintaining the electrical conductivity of the primary metal layer.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления металловойлочных основ оксидно-никелевых электродов щелочных источников тока, включающем подготовку поверхности пористого полимерного материала, нанесение первичного слоя металла и его последующее покрытие гальваническим никелем, подготовку поверхности пористого полимерного материала осуществляют путем нанесения слоя полианилина при полимеризации анилина, а нанесение первичного слоя металла проводят путем гальванического меднения.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing metal-based bases of oxide-nickel electrodes of alkaline current sources, which includes preparing the surface of a porous polymeric material, applying a primary metal layer and its subsequent coating with galvanic nickel, preparing the surface of a porous polymeric material by applying a polyaniline layer during polymerization aniline, and the application of the primary metal layer is carried out by galvanic copper plating.
Нанесение слоя полианилина при полимеризации анилина осуществляют при концентрации анилина 4 – 20 г/л, персульфата аммония - 12 – 60 г/л, рН раствора менее 2,5, при соотношении содержания анилина к персульфату аммония в пределах 1:3 по массе. Условия получения полианилина взяты из [Сапурина И.Ю. Наноструктурированный полианилин и композиционные материалы на его основе. Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук. Санкт-Петербург. 2015, 292 с.] с учетом перевода мольных концентраций в весовые. The polyaniline layer is applied during the polymerization of aniline at an aniline concentration of 4 - 20 g / l, ammonium persulfate - 12 - 60 g / l, the pH of the solution is less than 2.5, with the ratio of the aniline to ammonium persulfate being within 1: 3 by weight. The conditions for obtaining polyaniline are taken from [Sapurina I.Yu. Nanostructured polyaniline and composite materials based on it. The dissertation for the degree of Doctor of Chemical Sciences. St. Petersburg. 2015, 292 S.] taking into account the conversion of molar concentrations to weight.
Способ осуществляют следующим образом: В качестве материала основы использовали высокопористый нетканый войлок из полипропилена. Заготовки помещали в свежеприготовленный раствор состава: анилин (4-20 г/л), персульфат аммония (12-60 г/л), серная кислота для доведения рН менее 2,5 при соотношении содержания анилина к персульфату аммония в пределах 1:3 по массе и выдерживали в нем 5-40 минут. В результате протекания окислительной полимеризации анилина полипропиленовые нити покрывались полианилином и приобретали темно-зеленый цвет. Покрытые полианилином основы промывали дистиллированной водой и сушили при температуре 20-90°С. Затем к основе прикрепляли токоподвод из никелевой или стальной никелированной фольги, меднили в стандартном сернокислом электролите меднения [Гальванотехника: Справ. изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. М.: Металлургия, 1987, 736 с. Стр.171] и никелировали в электролите матового никелирования [Гальванотехника: Справ. изд. Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галль И.Е. и др. М.: Металлургия, 1987, 736 с. Стр.188].The method is as follows: As the base material used highly porous non-woven felt made of polypropylene. The billets were placed in a freshly prepared solution of the composition: aniline (4-20 g / l), ammonium persulfate (12-60 g / l), sulfuric acid to bring the pH to less than 2.5 at a ratio of aniline to ammonium persulfate in the range 1: 3 by weight and kept in it for 5-40 minutes. As a result of the oxidative polymerization of aniline, the polypropylene filaments were coated with polyaniline and turned dark green. Polyaniline-coated substrates were washed with distilled water and dried at a temperature of 20-90 ° C. Then, a current lead made of nickel or steel nickel-plated foil was attached to the base, and copper plated in a standard copper sulfate electrolyte [Electroplating: Ref. ed. Azhogin F.F., Belenky M.A., Gall I.E. et al. M.: Metallurgy, 1987, 736 p. Page 171] and nickel-plated in a brushed nickel electrolyte [Electroplating: Ref. ed. Azhogin F.F., Belenky M.A., Gall I.E. et al. M.: Metallurgy, 1987, 736 p. Page 188].
Пример 1. Заготовки из высокопористого нетканого полипропиленового войлока поместили в 200 мл свежеприготовленного раствора состава: анилин (4 г/л), персульфат аммония (12 г/л), серная кислота до рН менее 2,5. После выдержки основы в течение 10 минут заготовки приобрели темно-зеленый цвет. Промывку вели до окончания шламления. Промытые основы сушили на воздухе. Сопротивление сухой заготовки составило 0,8 – 1,0 кОм. Сопротивление сухой заготовки определяли омметром. К основе прикрепляли токоподвод из никелевой фольги. После чего проводили гальваническое меднение основы в стандартном сернокислом электролите меднения, в результате чего поверхностные и глубинные зоны основы полностью прокрывалась медью. Равномерность покрытия медью оценивали визуально. Далее проводили электрохимическое никелирование основы в электролите матового никелирования для нанесения на поверхность омедненных волокон основы необходимого слоя никеля (толщина слоя никеля 5 – 7 мкм).Example 1. Preparations from highly porous non-woven polypropylene felt were placed in 200 ml of a freshly prepared solution of the composition: aniline (4 g / l), ammonium persulfate (12 g / l), sulfuric acid to a pH of less than 2.5. After holding the base for 10 minutes, the blanks turned dark green. Washing was carried out until the end of sludge. The washed bases were air dried. The resistance of the dry billet was 0.8 - 1.0 kOhm. The resistance of the dry billet was determined by an ohmmeter. Nickel foil current lead was attached to the base. After that, galvanic copper plating of the base was carried out in a standard copper sulfate electrolyte, as a result of which the surface and deep zones of the base were completely penetrated by copper. The uniformity of the copper coating was evaluated visually. Next, electrochemical nickel plating of the base was carried out in a brushed nickel electrolyte to deposit the required nickel layer on the surface of copper-plated base fibers (nickel layer thickness 5-7 μm).
Пример 2. Отличающийся от примера 1 тем, что для нанесения полианилина использовался раствор состава: анилин (20 г/л), персульфат аммония (60 г/л), серная кислота до рН менее 2,5. Сопротивление основы, покрытой полианилином, составило 0,4 – 0,6 кОм. При меднении и последующем никелировании был получен результат, аналогичный примеру 1.Example 2. Different from example 1 in that for the application of polyaniline a solution of the composition was used: aniline (20 g / l), ammonium persulfate (60 g / l), sulfuric acid to a pH of less than 2.5. The resistance of the base coated with polyaniline was 0.4-0.6 kOhm. During copper plating and subsequent nickel plating, a result similar to Example 1 was obtained.
Исходя из полученных результатов увеличение концентрации анилина более 20 г/л и персульфата аммония свыше 60 г/л приводит к увеличению шлама в растворе и возрастанию расхода химикатов. Уменьшение концентрации анилина менее 4 г/л и персульфата аммония менее 12 г/л не позволяет осадить медное покрытие равномерно по объему полимерной основы. Based on the results obtained, an increase in the concentration of aniline more than 20 g / l and ammonium persulfate over 60 g / l leads to an increase in sludge in solution and an increase in the consumption of chemicals. A decrease in the concentration of aniline less than 4 g / l and ammonium persulfate less than 12 g / l does not allow the copper coating to precipitate uniformly in volume of the polymer base.
Проведенный анализ и эксперименты свидетельствуют о том, что предлагаемое решение соответствует критериям новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.The analysis and experiments indicate that the proposed solution meets the criteria of novelty, inventive step and industrial applicability.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет исключить сложные многостадийные операции подготовки пористых полимерных основ к никелированию при сохранении равномерности толщины и высокой электропроводности медного слоя.Thus, the proposed method eliminates complex multi-stage operations for the preparation of porous polymer bases for nickel plating while maintaining uniform thickness and high electrical conductivity of the copper layer.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154984A RU2616584C1 (en) | 2015-12-22 | 2015-12-22 | Method of producing metal-felt bases for oxide-nickel electrodes of alkaline accumulators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154984A RU2616584C1 (en) | 2015-12-22 | 2015-12-22 | Method of producing metal-felt bases for oxide-nickel electrodes of alkaline accumulators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2616584C1 true RU2616584C1 (en) | 2017-04-18 |
Family
ID=58642708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015154984A RU2616584C1 (en) | 2015-12-22 | 2015-12-22 | Method of producing metal-felt bases for oxide-nickel electrodes of alkaline accumulators |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2616584C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4004106A1 (en) * | 1990-02-10 | 1991-08-22 | Deutsche Automobilgesellsch | FIBER STRUCTURE ELECTRODE SCAFFOLDING FOR ACCUMULATORS WITH INCREASED RESILIENCE |
RU2054758C1 (en) * | 1992-11-02 | 1996-02-20 | Алексей Борисович Степанов | Process of manufacture of base of electrode of chemical source of energy |
CN101710616A (en) * | 2009-11-12 | 2010-05-19 | 浙江大学 | Nickel hydroxide membrane electrode and preparation method thereof |
RU2407112C1 (en) * | 2009-12-28 | 2010-12-20 | Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока" | Method for manufacturing of oxide-nickel electrode for alkaline accumulator |
US20110206974A1 (en) * | 2008-12-19 | 2011-08-25 | Nissan Motor Co., Ltd. | Electrode and production method thereof |
DE102012203057A1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-08-29 | Sgl Carbon Se | Current collector for alkali sulfur cell of alkali sulfur battery, has felt layer comprising multiple felt segments connected using adhesive, where major surfaces of felt layer run parallel along thickness direction of segmented felt mat |
-
2015
- 2015-12-22 RU RU2015154984A patent/RU2616584C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4004106A1 (en) * | 1990-02-10 | 1991-08-22 | Deutsche Automobilgesellsch | FIBER STRUCTURE ELECTRODE SCAFFOLDING FOR ACCUMULATORS WITH INCREASED RESILIENCE |
RU2054758C1 (en) * | 1992-11-02 | 1996-02-20 | Алексей Борисович Степанов | Process of manufacture of base of electrode of chemical source of energy |
US20110206974A1 (en) * | 2008-12-19 | 2011-08-25 | Nissan Motor Co., Ltd. | Electrode and production method thereof |
CN101710616A (en) * | 2009-11-12 | 2010-05-19 | 浙江大学 | Nickel hydroxide membrane electrode and preparation method thereof |
RU2407112C1 (en) * | 2009-12-28 | 2010-12-20 | Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока" | Method for manufacturing of oxide-nickel electrode for alkaline accumulator |
DE102012203057A1 (en) * | 2012-02-28 | 2013-08-29 | Sgl Carbon Se | Current collector for alkali sulfur cell of alkali sulfur battery, has felt layer comprising multiple felt segments connected using adhesive, where major surfaces of felt layer run parallel along thickness direction of segmented felt mat |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20190067703A1 (en) | Highly corrosion-resistant porous metal body and method for producing the same | |
JP5691107B2 (en) | Metal porous body having high corrosion resistance and method for producing the same | |
US8377567B2 (en) | Highly corrosion-resistant porous metal member | |
Price et al. | The fabrication of a bifunctional oxygen electrode without carbon components for alkaline secondary batteries | |
WO2014208176A1 (en) | Metal porous body, method for manufacturing metal porous body, and fuel cell | |
CN108172739B (en) | Carboxylated diaphragm of additional self-assembly layer of lithium-sulfur battery and preparation method | |
Kafle et al. | The activation-free electroless deposition of NiFe over carbon cloth as a self-standing flexible electrode towards overall water splitting | |
CN111060575A (en) | Porous Co-P composite electrode for glucose enzyme-free detection and preparation method and application thereof | |
JP2007152492A (en) | Metallic nanotube and method of producing the same | |
CN111074317A (en) | Surface treatment method of copper foil and copper foil material | |
JP5142264B2 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery current collector and method for producing the same, and positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and method for producing the same | |
JP2009176517A (en) | Nonwoven fabric-like nickel chromium current collector for nonaqueous electrolyte secondary battery and electrode using it | |
CN101620936A (en) | Lead dioxide/activated carbon mixed super capacitor | |
RU2616584C1 (en) | Method of producing metal-felt bases for oxide-nickel electrodes of alkaline accumulators | |
CN106148919B (en) | Porous nickel paper and preparation method thereof, electrode slice and preparation method thereof | |
JP2013008540A (en) | Collector for nonaqueous electrolyte secondary battery and electrode using the same | |
JP5735265B2 (en) | Method for producing porous metal body having high corrosion resistance | |
KR101122630B1 (en) | The preparation of V2O5 thin films using e-beam irradiation and the V2O5 thin films improved energy storage capacity | |
JPH10507873A (en) | Method of manufacturing electrodes for chemical sources of electrical energy | |
RU2510548C1 (en) | Method of making electrode base for chemical cell from carbon felt using asymmetrical alternating current | |
RU2672854C1 (en) | Method of manufacturing the basis of the electrode of a chemical source of a current from a carbon tissue using a variable asymmetric current | |
JP2010010364A (en) | Polarizable electrode for electric double-layer capacitor and its production process | |
JP4919226B2 (en) | Polarizable electrode for electric double layer capacitor and manufacturing method thereof | |
CN114525537B (en) | Rapid micro-nano reconstruction processing method for copper metal and application thereof | |
SK283829B6 (en) | Method of manufacturing electrodes for chemical current sources |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181223 |