Водородосорбирующий сплав для отрицательного электрода никель-гидридного аккумулятора

 

Использование: изготовление отрицательных электродов малогабаритных металлгидридных аккумуляторов, предназначенных в качестве источников электропитания портативной радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: сплав, включающий лантан, цирконий, алюминий и никель, дополнительно содержит один элемент из ряда: Si, Mn, Sc, Mg, Li и В, при следующем соотношении компонентов, мас.%: La 20-40; Zr 1,5-6,0; Al 2,0-5,0; один элемент из ряда: кремний, марганец, скандий, магний, литий и бор 0,1-0,75; Ni - остальное, при количественном отношении одного элемента из ряда к Al, равном 0,05 - 0,15. Введение в сплав одного элемента из указанного выше ряда в заданном количестве и соотношении с алюминием повышает прочность сплава и увеличивает ресурс работы аккумулятора более чем на 30% по сравнению с прототипом. 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления отрицательных электродов малогабаритных щелочных аккумуляторов, предназначенных в качестве источников постоянного тока для портативной радиоэлектронной аппаратуры. Кроме того, водородосорбирующий сплав может быть использован для хранения и транспортировки водорода.

Известен водородосорбирующий сплав на основе никеля и лантана химической формулы LaNi₅ (1) или, мас. La 32,1; Ni 67,9, обладающий свойством обратимой сорбции водорода в щелочной электрохимической системе.

Недостатком данного сплава является то, что при интенсивных процессах сорбции-десорбции водорода происходит разрушение сплава по причине деградации гидридной фазы и прямого контакта металлической фазы с кислородом, в результате на поверхности частиц функционального вещества образуются оксидные пленки, что приводит к снижению энергетических параметров и срока службы аккумулятора.

Известен водородопоглощающий сплав (2), содержащий, мас. La 10-40; Ce 0,1 20; Al 0,01 2,0 и Ni остальное, при этом сумма La + Се составляет 30-40,1 мас. В рассматриваемый сплав по сравнению с аналогом (1) дополнительно введены Се и Al, являющиеся активирующими добавками, которые снижают пpоцесс деградации сплава за счет замедления окислительных реакций на поверхности частиц функционального вещества.

Однако наличие в сплаве Се повышает равновесное давление газа, а присутствие Al приводит к постепенной деградации его в межэлектродное пространство и осаждению на металлоксидный положительный электрод, в результате имеет место разрушение сплава и снижение энергетического ресурса аккумулятора.

Наиболее близким к заявляемому сплаву по технической сущности является водородосорбирующий сплав (3), содержащий, мас. La 26,9-31,1; Zr 2,2 4,6; Al 1,9 5,4 и Ni остальное.

Сплав-прототип по сравнению с аналогом (2) вместo Се содержит Zr, что придает сплаву более стабильные водородосорбирующие свойства.

К недостаткам сплава-прототипа следует отнести недостаточный срок эксплуатации по причине преждевременного разрушения сплава за счет деградации алюминия в межэлектродное пространство.

Задача изобретения заключается в увеличении срока службы аккумулятора.

Поставленная задача решается за счет того, что в состав сплава, включающего лантан, цирконий, алюминий и никель, дополнительно введен один элемент из ряда: Si, Mn, Sc, Mg, Li и В, при соотношении компонентов, мас. La 20-40; Zr 1,5 6,0; Al 2,0 5,0; один элемент из ряда 0,1 0,75; Ni - остальное, при отношении одного из элементов ряда к Al, равном 0,05 0,15.

Введение в сплав одного элемента из выбранного ряда обусловлено их активирующими стабилизирующими свойствами, которые выражаются в замедлении окислительных реакций на поверхности частиц функционального вещества и связывании алюминия, в результате повышается сорбционная емкость сплава по водороду и его стойкость при циклировании. Количественное содержание в сплаве одного элемента из ряда: Si, Mn, Sc, Mg, Li и В, а также количественное отношение элемента к Al установлено экспериментальным путем, содержание одного элемента из указанного ряда менее 0,1% не оказывает заметного депассивирующего действия, а более 0,75% способствует образованию собственных оксидных соединений, препятствующих прохождению водорода к функциональному веществу. Содержание одного элемента ряда в количестве менее 0,05 от массы Al не оказывает заметного связывающего эффекта и деградация последнего в межэлектродное пространство остается значительной, а содержание более 0,15 от массы Al нецелесообразно с практической и технической точек зрения.

Пример конкретного осуществления.

Сплав получали методом индукционной плавки в атмосфере инертного газа с последующей разливкой жидкого металла во вращающуюся изложницу с периферийными сегментными металлоприемниками. Полученные слитки сегментной формы подвергали механическому измельчению в щековой и конусной дробилках.

Для изготовления отрицательных электродов использовали порошок сплава с размером гранул менее 80 мкм. В качестве связующих пастообразного активного вещества применяли порошок фторопласта в количестве 6% от массы сплава и 20% -ный водный раствор поливинилового спирта. После нанесения пасты на пористую никелевую подложку заготовку прессовали путем прокатки между валками с усилием 400 кг/см², после чего пластины спекали в течении 10 мин при 350^oC в вакууме.

Для изготовления образцов аккумуляторов использовали стандартный корпус с наружным диаметром 14 мм и высотой 50 мм.

Были изготовлены аккумуляторы с отрицательным электродом из заявляемого водородсорбирующего сплава с компонентами в заданных количественных соотношениях (примеры 1-6) и выходящих за эти пределы (примеры 7-8), а также из сплава-прототипа (пример 9, см. таблицу). Номинальная емкость образцов аккумуляторов ограничивалась емкостью отрицательного электрода и составила 0,85 Ar, фактическая емкость составила в среднем 0,9 Ar. Номинальное напряжение 1,2 В.

Образцы аккумуляторов подвергли циклированию при разряде до 1,0 В и конечной потери номинальной емкости не более 40% (ГОСТ 26364-84). Результаты испытаний приведены в таблице.

Из полученных результатов можно сделать вывод, что аккумуляторы с отрицательным электродом из нового водородсорбирующего сплава характеризуются более длительным ресурсом работы, превышающим более чем на 30% ресурс аккумуляторов с электродом из сплава прототипа.

Формула изобретения

Водородосорбирующий сплав для отрицательного электрода никель-гидридного аккумулятора, включающий лантан, цирконий, алюминий и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит один элемент из ряда: кремний, марганец, скандий, магний, литий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.

Лантан 20 40 Цирконий 1,5 6,0 Алюминий 2,0 5,0 Один из ряда: кремний, марганец, скандий, магний, литий и бор 0,1 - 0,75 Никель Остальное при количественном отношении одного элемента из ряда к алюминию, равном 0,05 0,15.

РИСУНКИ

Рисунок 1