Способ эксплуатации никель-цинковых аккумуляторов

 

Яв 145643

Класс 21Ь, 17

21Ь, 25ва

21Ь, 25ав

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Подписная группа М 90

В. В. Романов

СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ НИКЕЛЬ-ЦИНКОВЪ|Х

АККУМУЛЯТОРОВ

Заявлено 5 гноля 1961 г. за Лв 737233/24-7 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Б1оллетене изобретении» X 6 a 1962 г.

В никель-цинковом аккумуляторе до сего времени остаются не решенными две основные проблемы — устранение дендритообразования цинка на отрицательном электроде и вредного влияния цинката на емкость положительного электрода при циклирсвании аккумулятора.

Срок службы аккумулятора определяется ростом дендритов, име10щим место уже на первых циклах. Через 20 — 30 циклов появляю;ся признак1(замыкания электродов дендритами цинка (аккуму.чяTОp i!c заряжается выше напряжен ия 1,9 в), после чего работа аккумулятора делается нестабильной.

Предметом изобретения является спосoo существенного снижения скорости роста дендритов цинка на отрицательные электроды никельцинкового аккумулятора, который одновременно в значительной степени решает и вторую из вышеперечисленных проблем, а именно проблему снижения его емкости при циклировании.

В основу предлагаемого способа положены наблюден11я за работой серебряно-цинковых аккумуляторов, показавшие, что скорость роста в них дендритов цинка намного меньше, чем у никель-цинковых, несмотря на полную идентичность конструкций отрицательных электро30B H ретки 10в 33pBQKH акк, Al) JIHT0p0B. Как IIOH333 10 псе яедование, причина этого кроется в различии коэффициентов использования тока для положительных электродов обоих аккумуляторов, Под этим коэффициентом понимается отношение количества электричества, шедшего на полезный процесс окисления или восстановления активных вешеств электродов, к общему количеству электричества, сообщенному электродам при зарядке аккумулятора до конечного напряжения (до 2.1 в).

% 145643

Окисно-никелевый электрод в лучшем случае имеет коэффициент использования тока 85 — 90%, что примерно на 10% меньше коэффициента для серебряного электрода.

Если принять коэффициент использования тока для цинкового электрода за 100%, что весьма близко к истине, то отрицательный электрод никель-цинкового аккумулятора, имеющий емкость, соответствующую разрядной емкости положительного электрода, на каждом цикле перезаряжается на 10 — 15%. Другими словами, 10 — 15% от всего времени зарядки (или от всей сообщенной емкости) тратится на электролиз цинкатного электролита, неизбежным следствием которого является рост дендритов цинка. Устранить систематический перезаряд цинкового электрода введением в него большого избытка окиси цинка практически не представляется возможным, поскольку через определенное время она все равно восстанавливается до металлического цинка.

Так, например, для никель-цинкового аккумулятора, отрицательный электрод которого имеет тройной против положительного запас емкости в виде окиси цинка, а коэффициент использования тока для положительного электрода равен 90%, вся окись восстанавливается до металлического цинка примерно через 20 циклов. Начиная с 21-го цикла отрицательный электрод аккумулятора систематически перезаряжаетcd на 10",,,, Для сереоряно-r(Hr I(odor o аккум taropa c таким же сооТношением емкостей электродов э-,о происходит примерно через 40 циклов и перезаряд отрицательного электрода на 5% в этом случае имеет место начиная с 41 цикла.

Таким образом, до тех пор, пока в отрицательном электроде имеется способность восстановления окиси цинка, образование дендритов цинка при зарядке аккумулятора не должно происходить в скольконибудь значительных количествах. Отсюда следует, что существенного уменьшения скорости дендритообразования в никель-цинковом аккумуляторе можно добиться путем периодического, по мере накопления в отрицательном электроде металлического цинка, возвращения электрода в исходное состояние.

Сущность способа, составляющего предмет изобретения, заключается в том, что, с целью увеличения срока службы и предотвращения снижения емкости никель-цинковых аккумуляторов, у которых положительные электроды изготовляются по безламельной технологии, а отрицательные — прессованием смеси цинковой губки с окисью цинка, эти аккумуляторы подвергаются периодически глубоким разрядам, до полного превращения металлического цинка в его окись, с последующим нормальным их зарядом.

В основу этого способа положено то обстоятельство, что перенапряжение при выделении водорода на безламельном окисно-никелевом электроде в цинкатном электролите очень невелико и на 200 — 300 по меньше, чем на порошковом серебряном электроде. Вследствие этого при катодной поляризации в крепком цинкатном растворе на безламельном окисно-никелевом электроде, в отличие от серебряного электрода, осаждение цинка не происходит даже в случае длительного электролиза. Применительно к никель-цинковому аккумулятору, имеющему запас емкости по металлическому цинку. Этот факт означает, что на его разрядной кривой, в отличие от серебряно-цинкового аккумулятора, имеется площадка, соответствующая процессу выделения водорода, обнаруживаемая при глубоком разряде никель-цинкового аккумулятора. Разрядная кривая никель-цинкового аккумулятора с безламельными окисно-никелевыми электродами, имеющего двойной запас емкости по металлическому цинку (по сравнению с разрядной емкостью акку¹ 145643 мулятора), имеет две площадки, каждая из которых отвечает определс«ному процессу, протекающему на положительном электроде, одна процессу восстановления высших окислов никеля:

NiO (OH) — Н.О+/ — >- Xi (ОН) - -ОН— и другая — процессу восстановления водорода:

2 НеΠ—, .2/ — )-Не- — 2 ОН

На отрицательном электроде в обоих случаях протекает оди«и тот жс процесс — окисление цинка:

7п+2 ОН -+-/п(ОН) -,-2l

Предмет изобретения

Способ эксплуатации никель-цинковых аккумуляторов, у которых положительные электроды изготовляются по безламельной технологии, а отрицательные — прессованием смеси цинковой губки с окисью цинка, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы аккумуляторов путем уменьшения скорости роста дендритов цинка на отрицательных электродах и предотвращения снижения емкости положительных электродов, указанные аккумуляторь1 подвергают периодически глубоким рязрядам, до полного превращения металлического цинка в его окись, с последующим нормальным их зарядом.

Редактор Л. H. Гольцов Текред А, А. Камышникова Корректор Н. В. Гераськина

Формат бум. 20+108 / I;

Тираж 800

ЦБТИ при Комитете по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, М. Черкасский пер., д. 2/6

Объем 0,26 нзд. л.

11ена 4 кон.

Поди. к пен. 25/11 — 62 г

Зак. 571/! 6

Типография, п р, Сапу н ова, 2.

Последние две реакции идут практически до полного ок«сиен«я всего цинка.

Проведенные заявителями испытания показали, что, наряду со значительным уменьшением скорости роста дендритов цинка, после каждого глубокого разряда емкость аккумулятора существенно (пр«мерно на 20%) увеличивается. На последующих циклах эта емкость постепенно спадает и через 20 — 30 циклов принимает первоначальное значенис (т. е, величину емкости перед глубоким разрядом).