Щелочной железоникелевый аккумулятор и способ его эксплуатации

 

Использование: в химических источниках тока. Сущность изобретения: аккумулятор содержит корпус, железный анод, никелевый катод, сепаратор и электролит - раствор щелочи в тяжелой воде концентрацией 20 - 40 мас.%. Заряд проводят знакопеременным током при соотношении длительности прямого и обратного импульсов, равном 10 - 30. Это исключает газовыделение и повышает эффективность заряда. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации щелочных аккумуляторов с железным анодом.

Известен щелочной аккумулятор с железным анодом, в котором для повышения электрических характеристик и снижения саморазряда в состав анода или электролита вводят добавку оксида мышьяка в количестве до 1 мас. [1] Недостатком данного аккумулятора является применение токсической добавки, которая при заряде выделяется в виде ядовитого мышьяковистого водорода.

Известен способ эксплуатации щелочного аккумулятора с железным анодом, включающий проведение заряд-разрядных циклов. Для уменьшения саморазряда после обычного заряда дают дополнительный цикл разряда до потенциала железного электрода 2 В по цинковому электроду с выдержкой при этом потенциале от 0,5 до 1,5 ч, затем осуществляют усиленный заряд, в течение которого аккумулятору сообщается от 150 до 200% емкости, снятой в предыдущем разряде [2] Недостатками способа являются низкая эффективность заряда и наличие газовыделения.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является железно-никелевый аккумулятор, в котором для улучшения электрических характеристик взят щелочной электролит концентрацией 20-40 мас. [3] Недостатками такого аккумулятора являются низкая эффективность заряда при обильном газовыделении и значительный саморазряд.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ заряда железно-никелевого аккумулятора путем регулирования зарядного тока в зависимости от температуры электролита и скорости газовыделения [4] Этот способ позволяет ускорить процесс заряда за счет повышенного тока на начальном этапе.

Недостаток способа связан с наличием газовыделения, определяющего зарядный ток и снижающего эффективность заряда.

Задачей изобретения является создание щелочного аккумулятора, имеющего улучшенные электрические характеристики и пониженный саморазряд.

Техническое решение задач обеспечивается за счет введения в аккумулятор с железным электродом тяжеловодного раствора щелочи концентрацией 20-40 мас. и заряда аккумулятора импульсным знакопеременным током при соотношении длительностей прямого и обратного импульсов от 10:1 до 30:1.

Наличие тяжеловодного электролита в аккумуляторе с железным электродом позволяет устранить недостатки железного электрода, связанные с бурным газовыделением при заряде и высоким саморазрядом. Это обеспечивается за счет увеличения перенапряжения выделения водорода на железном электроде в тяжеловодном электролите 0,05-0,13 В в зависимости от тока нагрузки. Увеличение перенапряжения выделения водорода позволяет повысить эффективность заряда аккумулятора с железным электродом, улучшить его электрические и эксплуатационные характеристики за счет увеличения скорости заряда и снижения газовыделения.

Проведение заряда аккумулятора с железным электродом знакопеременным током с соотношением длительностей импульсов от 10:1 до 30:1 позволяет полностью исключить газовыделение и дает возможность для создания герметичного аккумулятора.

Анализ общедоступной научно-технической и патентной литературы показывает, что неизвестен железный аккумулятор с тяжеловодным щелочным электролитом и неизвестен способ его эксплуатации, включающий заряд знакопеременным импульсным током с отношением длительностей импульсов от 10:1 до 30:1. Известен способ заряда аккумулятора знакопеременным импульсным током [5] Однако этот способ относится к другой электрохимической системе, а именно к свинцовому аккумулятору, и имеет другие режимы заряда.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".

Дополнительные исследования известных технических решений, проведенные с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками изобретения, показали, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена зарядная кривая железного электрода в тяжеловодном щелочном электролите концентрацией 25 мас.

П р и м е р реализации. Был изготовлен и проведены испытания железного аккумулятора с тяжеловодным раствором гидроокиси калия концентрацией 25 мас. и площадью электродов ≈24 см². Аккумулятор эксплуатировался следующим образом. В течение 10-30 мин осуществлялся заряд током 1-2 А, затем давался импульс обратного тока длительностью 1-2 мин. Указанные циклы повторялись до полного заряда железного электрода аккумулятора. В процессе заряда не наблюдалось газовыделения.

Разряд аккумулятора проводился постоянным током 1 А по стандартной методике. Разрядная емкость составила ≈1 А ˙ ч, что на 20-30% выше, чем емкость аналогичного аккумулятора с обычным электролитом, заряженного по традиционной технологии.

Таким образом, вышеизложенные данные свидетельствуют о том, что предложенное техническое решение может быть реализовано на практике с достижением усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Щелочной железоникелевый аккумулятор, содержащий корпус, анод, катод, сепаратор и электролит - водный раствор щелочи концентрацией 20 - 40 мас.%, отличающийся тем, что в качестве растворителя щелочи взята тяжелая вода.

2. Способ эксплуатации щелочного железоникелевого аккумулятора путем проведения заряд-разрядных циклов, отличающийся тем, что заряд ведут знакопеременным током при соотношении длительностей прямого и обратного импульсов 10 - 30 : 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1