RU2672854C1 - Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродной ткани с использованием переменного асимметричного тока - Google Patents

Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродной ткани с использованием переменного асимметричного тока Download PDF

Info

Publication number
RU2672854C1
RU2672854C1 RU2017139278A RU2017139278A RU2672854C1 RU 2672854 C1 RU2672854 C1 RU 2672854C1 RU 2017139278 A RU2017139278 A RU 2017139278A RU 2017139278 A RU2017139278 A RU 2017139278A RU 2672854 C1 RU2672854 C1 RU 2672854C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
alternating
asymmetric
electrolyte
electrode
Prior art date
Application number
RU2017139278A
Other languages
English (en)
Inventor
Наталья Николаевна Язвинская
Николай Ефимович Галушкин
Дмитрий Николаевич Галушкин
Original Assignee
Дмитрий Николаевич Галушкин
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 Дмитрий Николаевич Галушкин filed Critical Дмитрий Николаевич Галушкин
Priority to RU2017139278A priority Critical patent/RU2672854C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2672854C1 publication Critical patent/RU2672854C1/ru

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80Porous plates, e.g. sintered carriers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24Alkaline accumulators
    • H01M10/28Construction or manufacture
    • 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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing 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)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления электродов химических источников тока, например, для щелочных и кислотных аккумуляторов.Химический источник тока из углеродной ткани гальванически металлизируют в электролите переменным асимметричным током при соотношении амплитуд катодного и анодного импульсов тока, и соотношении длительностей катодного и анодного импульсов, определяемых индивидуально для каждого типа электролита и углеродной ткани, с помощью двухфакторного эксперимента в интервалах γ=2÷4 и τ=0,09÷0,35 соответственно, при этом среднее значение переменного асимметричного тока выбирают в два раз больше требований, установленных для используемого электролита, а частоту переменного асимметричного тока выбирают любую в интервале от 10 до 1000 Гц. Изобретение позволяет создать прочную, тонкую, пористую основу электродов для стартерных аккумуляторов с любым распределением металла по глубине пористого электрода.

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления электродов химических источников тока, например для щелочных и кислотных аккумуляторов.
Известен способ изготовления электродов химических источников тока [Заявка ФРГ N 4004106, кл. Н01М 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.
Недостатком способа является использование больших количеств олова и применение дорогостоящего палладия. Расход палладия в случае металлизации волокнистых материалов оказывается особенно большим из-за развитой металлизируемой поверхности. Кроме того, при металлизации подготовленного таким образом полимерного волокнистого материала, высока вероятность разложения раствора металлизации на случайно попавших в раствор с поверхности полимера частицах палладия.
Известен способ [патент РФ №2054758 МПК Н01М 4/80, H01M 10/28, 1996.] изготовления 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 борогидрида щелочного металла при концентрации 0,1-1,2 г/л при температуре 15-70°С в течение 0,5-30 мин, после чего проводят химическую и гальваническую металлизацию.
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.
В качестве прототипа выбран способ [патент РФ №2510548 МПК H01M 4/80, H01M 10/28, 2014] изготовления основы электрода химического источника тока с использованием переменного асимметричного тока, заключающийся в гальванической металлизации переменным асимметричным током волокнистого материала (углеродный войлок) при соотношении амплитуд катодного и анодного импульсов токов у и соотношении длительностей катодного и анодного импульсов г определяемых индивидуально для каждого типа электролита и углеродного войлока с помощью двухфакторного эксперимента в интервалах γ=1,1÷5-5 и τ=0,1÷0,9 соответственно, при этом среднее значение переменного асимметричного тока выбирают в соответствии с требованиями используемого электролита.
Недостатком изобретения является то, что получающиеся в результате металлизации углеродного войлока электроды имеют очень низкую механическую прочность, поэтому тонкие электроды для стартерных аккумуляторов большой емкости часто отрываются от токоотводов.
Задачей изобретения является разработка способа изготовления тонких металлизированных электродов повышенной прочности для стартерных аккумуляторов большой емкости.
Поставленная задача решалась благодаря тому, что в известном способе в гальванической металлизации переменным асимметричным током волокнистого материала, внесены изменения, характеризующиеся тем, что в качестве волокнистого материала берут углеродную ткань, обладающую электронной проводимостью, а гальваническую металлизацию ведут переменным асимметричным током при соотношении амплитуд катодного и анодного импульсов токов τ и соотношении длительностей катодного и анодного импульсов τ определяемых индивидуально для каждого типа электролита и углеродной ткани с помощью двухфакторного эксперимента в интервалах γ=2÷4 и τ=0,09÷0,35 соответственно, при этом среднее значение переменного асимметричного тока выбирают в два раза больше требований установленных для используемого электролита, а частоту переменного асимметричного тока выбирают любую из интервала от 10 до 1000 Гц.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
Если металлизировать углеродную ткань с использованием постоянного тока, то в основном металлизируются поверхностные слои ткани, а в глубине ткань почти не металлизируется. Это связано с тем, что ток металлизации экспоненциально убывает вглубь ткани [Галушкин Н.Е., Кудрявцев Ю.Д. Исследование глубины проникновения электрохимического процесса в пористых электродах // Электрохимия. - 1994. - Т. 30, N. 3. - С. 382-387]. Причем после металлизации поверхностных слоев ткани их проводимость становится много выше, чем не металлизированная ткань внутри электрода, что еще более способствует дальнейшему оседанию металла именно на поверхности.
Как показали исследования [Кукоз Ф.И., Кудрявцев Ю.Д., Галушкин Н.Е. Распределение количества прошедшего электричества в пористом электроде при поляризации переменным асимметричным током // Электрохимия. - 1989. - Т. 35, - N. 7. - С. 759-765], использование переменного асимметричного тока позволяет получать любое распределение количества прошедшего электричества по глубине пористых электродов, в том числе и равномерное. В этом случае углеродная ткань будет равномерно металлизироваться по всей ее глубине. Частота асимметричного переменного тока не имеет большого значения в интервале от 10 до 1000 Гц [Галушкин Н.Е., Кудрявцев Ю.Д. Влияние частоты внешнего тока на распределение количества прошедшего электричества по глубине пористого электрода // Электрохимия. - 1993. - Т. 29, N. 10. - C. 1192-1195].
Согласно исследованиям [Кукоз Ф.И, Кудрявцев Ю.Д., Галушкин Н.Е. Распределение количества прошедшего электричества в пористом электроде при поляризации переменным асимметричным током // Электрохимия. - 1989. - Т. 35, - N. 7. - С. 759-765], распределение тока по глубине пористого электрода зависит от соотношения амплитуд катодного и анодного импульсов тока γ (причем γ>1) и соотношения длительностей катодного и анодного импульсов тока τ, которые в свою очередь зависят от типа электродов, их толщины, пористости и т.д. Поэтому оптимальные значения γ, τ, дающие равномерное распределение тока заряда по глубине пористых электродов, имеют разные значения для различных типов углеродных тканей и могут быть найдены только экспериментально.
Ниже приведен пример осуществления предлагаемого способа.
Для изготовления металлизированной основы, например, тонкого повышенной прочности оксидно-никелевого электрода для стартерного никель-кадмиевого аккумулятора, была использована углеродная ткань марки Twill 500, 12К с толщиной полотна 0,4 мм. Металлизация производилась гальванически в стандартной ванне Уотса до содержания никеля 0,5 г/см3. Параметры асимметричного переменного тока: плотность катодных импульса тока 35 А⋅дм-2, плотность анодных импульсов тока 88,5 А⋅дм-2, длительность катодных импульсов 20 мс, длительность анодных импульсов 5 мс. В результате получается металлическая матрица с равномерным покрытием по всей глубине пористого электрода с средней толщиной покрытия 4 мкм.
Используемый способ изготовления основы электрода химического источника тока с использованием переменного асимметричного тока в сравнении с существующими способами имеет следующие преимущества:
1. Позволяет создавать механически прочные, тонкие, металлические пористые электроды для стартерных аккумуляторов с любым распределением металла по глубине пористого электрода.
2. Не использует нестабильные стадии активации и химической металлизации не металлической основы, что удешевляет и упрощает технологический процесс изготовления пористых электродов, сокращает расход необходимых материалов и повышает качество изготовленных электродов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Заявка ФРГ N 4004106, кл. Н 01М 4/75,1991.
2. Патент РФ №2054758 МПК Н01М4/80, Н01М 10/28,1996.
3. Патент РФ №2510548 МПК Н01М 4/80, Н01М 10/28,2014.
4. Галушкин Н.Е., Кудрявцев Ю.Д. Исследование глубины проникновения электрохимического процесса в пористых электродах // Электрохимия. - 1994. - Т. 30, N. 3. - С. 382-387.
5. Кукоз Ф.И, Кудрявцев Ю.Д., Галушкин Н.Е. Распределение количества прошедшего электричества в пористом электроде при поляризации переменным асимметричным током // Электрохимия. - 1989. - Т. 35, - N. 7. - C. 759-765.
6. Галушкин Н.Е., Кудрявцев Ю.Д. Влияние частоты внешнего тока на распределение количества прошедшего электричества по глубине пористого электрода // Электрохимия. - 1993. - T. 29, - N. 10. - С. 1192-1195.

Claims (1)

  1. Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродной ткани с использованием переменного асимметричного тока, заключающийся в гальванической металлизации переменным асимметричным током волокнистого материала, отличается тем, что в качестве волокнистого материала используют углеродную ткань, обладающую электронной проводимостью, а гальваническую металлизацию ведут переменным асимметричным током при соотношении амплитуд катодного и анодного импульсов токов, и соотношении длительностей катодного и анодного импульсов, определяемых индивидуально для каждого типа электролита и углеродной ткани, с помощью двухфакторного эксперимента, в интервалах γ=2÷4 и τ=0,09÷0,35 соответственно, при этом среднее значение переменного асимметричного тока выбирают в два раз больше требований, установленных для используемого электролита, а частоту переменного асимметричного тока выбирают любую из интервала от 10 до 1000 Гц.
RU2017139278A 2017-11-09 2017-11-09 Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродной ткани с использованием переменного асимметричного тока RU2672854C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017139278A RU2672854C1 (ru) 2017-11-09 2017-11-09 Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродной ткани с использованием переменного асимметричного тока

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017139278A RU2672854C1 (ru) 2017-11-09 2017-11-09 Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродной ткани с использованием переменного асимметричного тока

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2672854C1 true RU2672854C1 (ru) 2018-11-20

Family

ID=64328078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017139278A RU2672854C1 (ru) 2017-11-09 2017-11-09 Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродной ткани с использованием переменного асимметричного тока

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2672854C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2826545C1 (ru) * 2024-04-11 2024-09-11 Общество С Ограниченной Ответственностью "Литий Плюс" Способ получения гибкого анодного материала на основе модифицированной углеродной ткани

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4004106A1 (de) * 1990-02-10 1991-08-22 Deutsche Automobilgesellsch Faserstrukturelektrodengeruest fuer akkumulatoren mit erhoehter belastbarkeit
RU2054758C1 (ru) * 1992-11-02 1996-02-20 Алексей Борисович Степанов Способ изготовления основы электрода химического источника тока
RU2077094C1 (ru) * 1994-12-28 1997-04-10 Владимир Владимирович Бекеш Газодиффузионный электрод для химических источников тока
US6358878B1 (en) * 1989-09-28 2002-03-19 Hyperion Catalysis International, Inc. Carbon fibril-forming metal catalysts
RU2510548C1 (ru) * 2012-08-16 2014-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродного войлока с использованием переменного асимметричного тока

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6358878B1 (en) * 1989-09-28 2002-03-19 Hyperion Catalysis International, Inc. Carbon fibril-forming metal catalysts
DE4004106A1 (de) * 1990-02-10 1991-08-22 Deutsche Automobilgesellsch Faserstrukturelektrodengeruest fuer akkumulatoren mit erhoehter belastbarkeit
RU2054758C1 (ru) * 1992-11-02 1996-02-20 Алексей Борисович Степанов Способ изготовления основы электрода химического источника тока
RU2077094C1 (ru) * 1994-12-28 1997-04-10 Владимир Владимирович Бекеш Газодиффузионный электрод для химических источников тока
RU2510548C1 (ru) * 2012-08-16 2014-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродного войлока с использованием переменного асимметричного тока

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2826545C1 (ru) * 2024-04-11 2024-09-11 Общество С Ограниченной Ответственностью "Литий Плюс" Способ получения гибкого анодного материала на основе модифицированной углеродной ткани

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5691107B2 (ja) 高耐食性を有する金属多孔体及びその製造方法
Shao et al. Regulating Interfacial Ion Migration via Wool Keratin Mediated Biogel Electrolyte toward Robust Flexible Zn‐Ion Batteries
CN103911633B (zh) 电解铜箔及其制法
CN111108233A (zh) 产生电催化剂的方法
CN102330119A (zh) 电化学方法制备高纯多孔铁薄膜
CN103668376A (zh) 一种卷对卷制作电极材料的方法
CN111060575A (zh) 一种用于葡萄糖无酶检测的多孔Co-P复合电极及其制备方法与应用
CN111360265A (zh) 3d打印多孔金属三维表面电活性纳米尺度生物电活性涂层的制备方法及电聚合电位装置
JP2007152492A (ja) 金属ナノチューブ及びその製造方法
Uvarov et al. Surface electrochemical treatment of carbon materials for supercapacitors
RU2672854C1 (ru) Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродной ткани с использованием переменного асимметричного тока
CN104562631A (zh) 一种碳纤维阳极氧化的表面处理方法
CN104911643A (zh) 氯化胆碱类离子液体中由氧化铁电沉积纳米铁的方法
RU2510548C1 (ru) Способ изготовления основы электрода химического источника тока из углеродного войлока с использованием переменного асимметричного тока
CN104870695A (zh) 用于用特定有机化合物通过脉冲电流电化学还原所述有机化合物的重氮离子来涂覆有机或金属材料表面的方法
CN106929875B (zh) 一种基于碳片镀铁制备高铁酸盐的方法
CN114622238B (zh) 一种过渡金属基析氢析氧双功能电极的制备及应用
CN106148919A (zh) 多孔镍纸及其制备方法、电极片及其制备方法
RU2616584C1 (ru) Способ изготовления металловойлочных основ оксидно-никелевых электродов щелочных аккумуляторов
US3579383A (en) Process for activating metal foil for use as a positive electrode in alkaline storage batteries
RU2814848C1 (ru) Способ получения гибридного электродного материала на основе углеродной ткани с полимер-оксидным слоем
Varentsov et al. Electrodeposition of metals and their oxides on electrochemically modified three-dimensional carbon nanotubes
RU2823037C1 (ru) Способ изготовления неполяризуемого электрода электрохимического конденсатора
JPH08276184A (ja) 水の電気分解用電極
US3505185A (en) Method of forming an interelectrode separator for an accumulator

Legal Events

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

Effective date: 20191110