Газодиффузионный электрод и способ его изготовления

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении химических источников тока. Техническим результатом изобретения является повышение срока службы электрода. Газодиффузионный электрод содержит активный слой из активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки (полиизобутилен или бутилкаучук) в количестве 5 - 45% от массы полиэтилена, гидрофобный слой из технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и стабилизирующей добавки (полиизобутилен или бутилкаучук) в количестве 5 - 45% от массы полиэтилена и токоотводящую сетку. Электрод изготавливают из смеси активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена, 5 - 45% стабилизирующей добавки (полиизобутилена или бутилкаучука) и индустриального масла для активного слоя, смеси технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена, 5 - 45% стабилизирующей добавки (полиизобутилена или бутилкаучука) и индустриального масла для гидрофобного слоя путем прессования указанных смесей на разные стороны токоотводящей сетки при повышенной температуре, экстрагирования масла растворителем и подпрессовкой при температуре 110 - 170°С и удельном давлении 100 - 500 кг/см². 2 с. и 4 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве газодиффузионных электродов для первичных химических источников тока (ХИТ), например для металловоздушных ХИТ.

Известен газодиффузионный электрод для (ХИТ), содержащий активный слой из активированного углерода и гидрофобного полимера и гидрофобный слой из полиэтилена, и токоотводящую сетку (см. а.с. СССР 445947, кл. H 01 M 4/86, 1974).

Недостатком данного электрода является низкий срок службы из-за потери гидрофобности и промокания электрода.

Из известных газодиффузионных электродов для ХИТ наиболее близким по совокупности существенных признаков является газодиффузионный электрод для химического источника тока, содержащий активный слой из активированного угля и высокомолекулярного полиэтилена, гидрофобный слой, состоящий из технического углерода и высокомолекулярного полиэтилена, и токоотводящую сетку (см. патент РФ 2040832, кл. H 01 M 4/86, 4/96, 1995).

Недостатком известного электрода является недостаточный срок службы, связанный с деструкцией гидрофобного слоя и промоканием электрода.

Известен способ изготовления газодиффузионного электрода, при котором на токопроводящую подложку наносят с двух сторон смесь углеродного материала и полиэтилена (см. патент СССР N 357774, кл. H 01 M 4/96, 12.01.1973).

Недостатком указанного способа изготовления являются низкие удельные электрические характеристики.

Из известных способов изготовления газодиффузионных электродов наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ изготовления газодиффузионного электрода, при котором готовят смесь активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и индустриального масла для активного слоя, смесь технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и индустриального масла для гидрофобного слоя, прессуют указанные смеси на разные стороны токоотвода при повышенной температуре и экстрагируют масло из электрода растворителем (см. патент РФ 2040832, кл. H 01 M 4/86, 4/96, 1995).

Недостатком указанного способа является низкий срок службы изготовленных электродов.

Задачей изобретения является создание газодиффузионного электрода для ХИТ и способа его изготовления, обеспечивающего изготовление электродов, обладающих повышенным сроком службы.

Указанный технический результат достигается тем, что газодиффузионный электрод, содержащий активный слой из активированного угля и высокомолекулярного полиэтилена, гидрофобный слой из технического углерода и высокомолекулярного полиэтилена и токоотводящую сетку, в активном и гидрофобном слоях дополнительно содержит стабилизирующую добавку.

Целесообразно, чтобы в качестве стабилизирующей добавки был взят полиизобутилен или бутилкаучук.

Целесообразно, чтобы стабилизирующая добавка была взята в количестве 5 - 45% от массы полиэтилена в соответствующем слое электрода.

Использование в качестве стабилизирующей добавки полиизобутилена или бутилкаучука в количестве 5 - 45% от веса полиэтилена в соответствующем слое позволяет повысить физико-механические характеристики электродов и предотвратить их промокание из-за растрескивания.

Что касается способа изготовления газодиффузионного электрода, то указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления газодиффузионного электрода, при котором готовят смесь активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и индустриального масла для активного слоя, смесь технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и индустриального масла для гидрофобного слоя, прессуют указанные смеси на разные стороны токоотвода при повышенной температуре, экстрагируют масло из электрода растворителем, в смесь для активного и гидрофобного слоев дополнительно вводят стабилизирующую добавку (полиизобутилен или бутилкаучук) в количестве 5 - 45% от массы полиэтилена в соответствующем слое.

Целесообразно, чтобы при изготовлении после экстрагирования масла электрод подпрессовывали при повышенной температуре.

Целесообразно, чтобы при изготовлении подрессовывание электрода проводили при температуре 110 - 170^oC и удельном давлении 100 - 500 кг/см². Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". Сущность изобретения поясняется примером практической реализации.

Пример практической реализации. Изготовлен газодиффузионный электрод (катод) для ХИТ на основе никелевой сетки в качестве токоотвода. Исходная никелевая сетка толщиной 0,42 мм была подкатана до толщины 0,28 - 0,32 мм. Активную массу готовят из смеси: 95 г активированного углерода, 5 г высокомолекулярного полиэтилена, 2 г полиизобутилена и 120 мл индустриального масла путем их смешивания при комнатной температуре, а затем при температуре 150^oC. Массу для гидрофобного слоя готовят из смеси: 80 г технического углерода, 20 г высокомолекулярного полиэтилена, 8 г полиизобутилена и 200 мл индустриального масла путем смешивания при комнатной температуре, а затем при температуре 150^oC. Указанные смеси прессуют на разные стороны токоотводящей сетки при температуре 150^oC. Из полученного электрода экстрагируют масло путем отмывки в растворителе, например в четыреххлористом углероде. После экстрагирования масла электрод подпрессовывают посредством каландрирования при температуре 120^oC и удельном давлении от 100 до 500 кг/см². Изготовленные электроды в ячейках ставились на ресурсные испытания по ускоренной методике. Она включала испытания под нагрузкой 20 мА/см² в течение 7 часов и 17 часов при напряжении разомкнутой цепи. Время работы в таком режиме составило 700 часов. Время работы электродов, изготовленных по прототипу, не превышало 200 часов.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленные газодиффузионный электрод и способ его изготовления могут быть реализованы с достижением заявленного технического результата, т.е. они соответствуют критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Газодиффузионный электрод, содержащий активный слой из активированного угля и высокомолекулярного полиэтилена, гидрофобный слой, состоящий из технического углерода и высокомолекулярного полиэтилена, и токоотводящую сетку, отличающийся тем, что активный и гидрофобный слои электрода дополнительно содержат стабилизирующую добавку.

2. Газодиффузионный электрод по п.1, отличающийся тем, что в качестве стабилизирующей добавки взят полиизобутилен или бутилкаучук.

3. Газодиффузионный электрод по п.1 или 2, отличающийся тем, что стабилизирующая добавка взята в количестве 5 - 45% от массы полиэтилена в соответствующем слое электрода.

4. Способ изготовления газодиффузионного электрода, при котором готовят смесь активированного угля, высокомолекулярного полиэтилена и индустриального масла для активного слоя, смесь технического углерода, высокомолекулярного полиэтилена и индустриального масла для гидрофобного слоя, прессуют указанные смеси на разные стороны токоотвода при повышенной температуре, экстрагируют масло из электрода растворителем, отличающийся тем, что в смесь для активного и гидрофобного слоев дополнительно вводят стабилизирующую добавку в количестве 5 - 45% от массы полиэтилена в соответствующем слое.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что после экстрагирования масла электрод подпрессовывают при повышенной температуре.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что подпрессовывание электрода проводят при температуре 110 - 170^oC и удельном давлении 100 - 500 кг/см².