RU2659797C1 - Способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах - Google Patents
Способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659797C1 RU2659797C1 RU2017139276A RU2017139276A RU2659797C1 RU 2659797 C1 RU2659797 C1 RU 2659797C1 RU 2017139276 A RU2017139276 A RU 2017139276A RU 2017139276 A RU2017139276 A RU 2017139276A RU 2659797 C1 RU2659797 C1 RU 2659797C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- electrodes
- batteries
- oxide
- electrically conductive
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 title claims description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 15
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 10
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 6
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 5
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 241000080590 Niso Species 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/24—Alkaline accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/24—Alkaline accumulators
- H01M10/28—Construction or 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Изобретение относится электротехнике и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевых аккумуляторов в составе различных электротехнических и электронных систем. Способ создания на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящего никелевого слоя, проницаемого для ионов и имеющего электрический контакт с токоотводом, при этом электрически проводящий никелевый слой толщиной 2-4 мкм на поверхности оксидно-никелевых электродов создается путем электролиза в нейтральном (рН=7) электролите никелирования. Изобретение позволяет создать никель-кадмиевые аккумуляторы с металлокерамическими электродами неподверженными тепловому разгону.
Description
Изобретение относится электротехнике и касается вопроса безопасной работы никель-кадмиевых аккумуляторов в составе различных электротехнических и электронных систем.
Известен способ [патент РФ №2043678, МПК H01M 10/48, H01M 10/26, 1995] контроля теплового разгона в аккумуляторе во время его эксплуатации в буферном режиме. В рамках данного способа температура аккумулятора во время эксплуатации постоянно контролируется с помощью прикрепленных термодатчиков. В случае повышения температуры выше 70-80°С аккумулятор отключается.
Однако данный способ только предотвращает наступление теплового разгона, но не устраняет саму возможность появления этого явления в процессе эксплуатации аккумуляторов.
В качестве прототипа выбран способ создания никель-кадмиевых аккумуляторов с металлокерамическими электродами неподверженными тепловому разгону [патент РФ №2617687, МПК H01M 10/24, 2016], заключающийся в создании на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящего никелевого слоя проницаемого для ионов и имеющего электрический контакт с токоотводом, который создается путем помещение металлокерамических оксидно-никелевых электродов в пакеты из тонкой никелевой перфорированной фольги толщиной 2-5 мкм, причем вверху пакеты из фольги привариваются к токоотводам электродов.
Недостаток данного способа заключается в том, что создание перфорированной никелевой фольги и помещение металлокерамических оксидно-никелевых электродов в пакеты из этой фольги являются дорогостоящими и трудоемкими операциями.
Задачей изобретения является разработка дешевого и технологически эффективного способа создания на оксидно-никелевых электродах электрически проводящего никелевого слоя проницаемого для ионов и имеющего электрический контакт с токоотводом.
Поставленная задача решалась благодаря тому, что в известном способе создания на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящего никелевого слоя проницаемого для ионов и имеющего электрический контакт с токоотводом внесены изменения, характеризующиеся тем, что электрически проводящий никелевый слой толщиной 2-4 мкм на поверхности оксидно-никелевых электродов создается путем электролиза в нейтральном (рН=7) электролите никелирования.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
В работе [Yazvinskaya N.N., Galushkin N.E., Galushkin D.N., Galushkina LA. Probability investigation of thermal runaway in nickel-cadmium batteries with pocket electrodes // International journal of electrochemical science. - 2016. - V. 11. - P. 5850-5854] экспериментально и теоретически доказано, что в аккумуляторах с ламельными электродами тепловой разгон невозможен. Потому что для начала теплового разгона нужно, чтобы дендрит на кадмиевом электроде пророс через сепаратор, тогда в месте расположения дендрита плотность тока будет значительно выше, чем в соседних местах электрода и электрод будет разогреваться сильней. Это приведет к началу процесса теплового разгона [Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. The mechanism of thermal runaway in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2015. - V. 162. - P. A749-A753]. В аккумуляторах с ламельными электродами, проросший дендрит из-за высокой проводимости ламели не может сильно локально разогреть электрод и при большой плотности тока дендрит просто сгорит. Поэтому в аккумуляторах с ламельными электродами тепловой разгон невозможен.
Создание на поверхности оксидно-никелевых электродов электропроводящего никелевого слоя также не позволит электродам вместе прорастания дендритов сильно разогреваться, что исключит возможность наступления процесса теплового разгона [Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. Study of thermal runaway electrochemical reactions in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2015. - V. 162. - P. A2044-А2050].
Как известно, в случае электрохимического осаждения никеля при рН>5,5 [Шлугер М.А. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник, М.: Машиностроение, 1985, С. 105-118] начинается гидролиз. Продукты гидролиза (оксид и гидроксид никеля), внедряясь в покрытие, способствуют удержанию пузырьков водорода на поверхности катода, поэтому осажденный никель становится пористым, что обеспечивает создание электрически проводящего никелевого слоя проницаемого для ионов. Поэтому для создания электрически проводящего никелевого слоя проницаемого для ионов использовались нейтральные электролиты с рН=7.
Ниже приведены примеры осуществления предлагаемого способа.
Пример 1. Предлагаемый способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах с металлокерамическими электродами проверялся на десяти аккумуляторах НКБН-25-У3. Данные аккумуляторы после семи лет эксплуатации были сняты с объекта, вследствие большого тока саморазряда. Аккумуляторы вскрыли и с оксидно-никелевых электродов сняли сепараторы. Затем оксидно-никелевые электроды первой группы из пяти аккумуляторов помещали в электролит никелирования NiSO4⋅7H2O - 170 г/л; NiCl2⋅6H2O - 35 г/л; NaCl - 10 г/л; Na2SO4⋅10H2O - 70 г/л. Никелирование проходило при: плотности тока 0,9 А/дм2; температуре 20°С и рН=7 в течение 18 мин. Это позволило создать на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящий никелевый слой, проницаемый для ионов, толщиной около 3 мкм, имеющий электрический контакт с токоотводом. Затем на эти электроды надевались прежние сепараторы.
На оксидно-никелевые электроды второй контрольной группы из пяти аккумуляторов были надеты прежние сепараторы. После этого аккумуляторы собрали снова, запаяли и залили электролит.
Согласно исследованиям в работе [Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N., Galushkina LA. Causes analysis of thermal runaway in nickel-cadmium accumulators the mechanism of thermal runaway in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2014. - V. 161. - P.A1360-A1363] вероятность теплового разгона увеличивается с увеличением температуры аккумуляторов при их эксплуатации и напряжения их заряда. В связи с этим, аккумуляторы заряжались в термокамере при температуре 45°С и при напряжении заряда 2,3 В в течение 10 ч. Разряд выполнялся согласно руководству по технической эксплуатации аккумуляторов НКБН-25-У3 током 10 А до напряжения на клеммах аккумулятора 1 В. Было выполнено всего 800 циклов заряда-разряда для аккумуляторов каждой группы.
В результате циклирования тепловой разгон наблюдался четыре раза в контрольной группе аккумуляторов и ни одного раза в аккумуляторах с оксидно-никелевыми электродами, покрытыми электрически проводящим никелевым слоем.
Пример 2. Предлагаемый способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах с металлокерамическими электродами проверялся на десяти аккумуляторах НКГК-33СА. Данные аккумуляторы после шести лет эксплуатации были сняты с объекта. Аккумуляторы вскрыли и с оксидно-никелевых электродов сняли сепараторы. Затем оксидно-никелевые электроды первой группы из пяти аккумуляторов были помещены в электролит никелирования NiSO4⋅7H2O - 170 г/л; NiCl2⋅6H2O - 35 г/л; NaCl - 10 г/л; Na2SO4⋅10H2O - 70 г/л. Никелирование происходило при: плотности тока 0,9 А/дм2; температуре 20°С и рН=7 в течение 18 мин. Это позволило создать на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящий никелевый слой, проницаемый для ионов толщиной около 3 мкм, имеющий электрический контакт с токоотводом. Затем на эти электроды были надеты прежние сепараторы.
На оксидно-никелевые электроды второй контрольной группы из пяти аккумуляторов были надеты прежние сепараторы. После этого аккумуляторы собрали снова, запаяли и залили электролит.
Аккумуляторы заряжали в термокамере при температуре 45°С и при напряжении заряда 2,3 В в течение 10 ч. Разряд выполнялся согласно руководству по технической эксплуатации аккумулятора НКГК-33СА током 6 А до напряжения на клеммах аккумулятора 1 В. Было выполнено всего 800 циклов заряда-разряда для аккумуляторов каждой группы.
В результате циклирования тепловой разгон наблюдался четыре раза в контрольной группе аккумуляторов и ни одного раза в аккумуляторах с оксидно-никелевыми электродами, покрытыми электрически проводящим никелевым слоем.
Предлагаемый способ является недорогим и эффективным способом, позволяющим создавать никель-кадмиевые аккумуляторы с металлокерамическими электродами неподверженными тепловому разгону.
ИСТОЧНИКИ
1. Патент РФ №2043678, МПК Н01М 10/48, Н01М 10/26, 1995.
2. Патент РФ №2617687, МПК Н01М 10/24, 2016.
3. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N., Galushkina I.A. Causes analysis of thermal runaway in nickel-cadmium accumulators the mechanism of thermal runaway in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2014. - V. 161. - P. A1360-A1363.
4. Yazvinskaya N.N., Galushkin N.E., Galushkin D.N., Galushkina I.A. Probability investigation of thermal runaway in nickel-cadmium batteries with pocket electrodes // International journal of electrochemical science. - 2016. - V. 11. - P. 5850-5854.
5. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. The mechanism of thermal runaway in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2015. - V. 162. - P. A749-A753.
6. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. Study of thermal runaway electrochemical reactions in alkaline batteries // Journal of the electrochemical society. - 2015. - V. 162. - P. A2044-A2050.
7. Шлугер M.A. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник, М.: Машиностроение, 1985, С. 105-118.
Claims (1)
- Способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах, заключающийся в создании на поверхности оксидно-никелевых электродов электрически проводящего никелевого слоя, проницаемого для ионов и имеющего электрический контакт с токоотводом, отличающийся тем, что электрически проводящий никелевый слой толщиной 2-4 мкм на поверхности оксидно-никелевых электродов создается путем электролиза в нейтральном (рН=7) электролите никелирования.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139276A RU2659797C1 (ru) | 2017-11-09 | 2017-11-09 | Способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139276A RU2659797C1 (ru) | 2017-11-09 | 2017-11-09 | Способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659797C1 true RU2659797C1 (ru) | 2018-07-04 |
Family
ID=62815880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017139276A RU2659797C1 (ru) | 2017-11-09 | 2017-11-09 | Способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659797C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0402514A1 (de) * | 1989-06-16 | 1990-12-19 | HILLE & MÜLLER | Sinterfolien-Elektrode für Nickel-Cadmium-Akkumulatoren und Verfahren zur Herstellung der Elektrode |
| RU2058627C1 (ru) * | 1994-08-09 | 1996-04-20 | Акционерное общество закрытого типа "АвтоУАЗ" | Щелочной аккумулятор |
| RU2099820C1 (ru) * | 1995-01-10 | 1997-12-20 | Закрытое акционерное общество "АвтоУАЗ" | Никель-кадмиевый аккумулятор |
| RU2617687C1 (ru) * | 2016-10-18 | 2017-04-26 | Дмитрий Николаевич Галушкин | Способ создания никель-кадмиевых аккумуляторов с металлокерамическими электродами, не подверженных тепловому разгону |
-
2017
- 2017-11-09 RU RU2017139276A patent/RU2659797C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0402514A1 (de) * | 1989-06-16 | 1990-12-19 | HILLE & MÜLLER | Sinterfolien-Elektrode für Nickel-Cadmium-Akkumulatoren und Verfahren zur Herstellung der Elektrode |
| RU2058627C1 (ru) * | 1994-08-09 | 1996-04-20 | Акционерное общество закрытого типа "АвтоУАЗ" | Щелочной аккумулятор |
| RU2099820C1 (ru) * | 1995-01-10 | 1997-12-20 | Закрытое акционерное общество "АвтоУАЗ" | Никель-кадмиевый аккумулятор |
| RU2617687C1 (ru) * | 2016-10-18 | 2017-04-26 | Дмитрий Николаевич Галушкин | Способ создания никель-кадмиевых аккумуляторов с металлокерамическими электродами, не подверженных тепловому разгону |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20150171398A1 (en) | Electrochemical separators with inserted conductive layers | |
| KR101771122B1 (ko) | 실리콘 혹은 실리콘산화물을 포함하는 전극의 전―리튬화 방법, 장치, 이에 의하여 제조된 전극 및 이를 포함하는 리튬이차전지 | |
| CN108427077A (zh) | 一种利用参比电极监测负极析锂的实验方法 | |
| EP3309875B1 (en) | Lithium metal electrode and its related lithium metal battery | |
| US4637970A (en) | Lead-titanium, bipolar electrode in a lead-acid battery | |
| CN105529426B (zh) | 分离器和具有稳健地分开阴极和阳极的结构的原电池 | |
| CN111613773B (zh) | 一种分级结构玻璃纤维与金属锂的复合物及其制备方法 | |
| CN110911689A (zh) | 集流体及其制备方法、电极片和二次电池 | |
| US20160293986A1 (en) | FLOW-ASSIST-FREE Zn/NiOOH BATTERY | |
| US4464446A (en) | Anodes of composite materials and accumulators using solid anodes | |
| RU2659797C1 (ru) | Способ блокирования теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах | |
| US20230077777A1 (en) | Layered Cavity Electrode Lithium Battery | |
| CN110911662A (zh) | 一种具有保护层的锂负极及其制备方法和应用 | |
| US3553027A (en) | Electrochemical cell with lead-containing electrolyte and method of generating electricity | |
| CN114497435B (zh) | 一种铝电池负极及其阳极氧化制备方法和应用 | |
| CN216671689U (zh) | 复合集流体、极片和锂电池 | |
| RU2617687C1 (ru) | Способ создания никель-кадмиевых аккумуляторов с металлокерамическими электродами, не подверженных тепловому разгону | |
| CN109728240A (zh) | 使用混合离子电子导体的固态电池设计 | |
| CN212182476U (zh) | 一种高能量密度高功率密度铝离子电池 | |
| Raicheff et al. | Novel current collector and active mass carrier of the zinc electrode for alkaline nickel-zinc batteries | |
| KR101982538B1 (ko) | 리튬 금속 음극 및 이의 제조 방법 | |
| US11322749B2 (en) | Porous polymer lithium anode | |
| CA1090878A (en) | Lead crystal storage cells and storage devices made therefrom | |
| RU99247U1 (ru) | Литий-ионный аккумулятор с нанокластерными частицами | |
| KR20180074248A (ko) | 리튬 금속 음극 및 이의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191110 |