Способ изготовления углеродного электрода для электрохимического устройства

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении электродов для химических источников тока и других электрохимических устройств. Техническим результатом изобретения является повышение электрических характеристик электрода. Согласно изобретению способ изготовления углеродного электрода для электрохимического устройства, содержащего токоотвод и углеродный слой, расположенный по крайней мере на одной стороне токоотвода, при котором готовят смесь углеродного порошка и высокомолекулярного полиэтилена, прессуют указанную смесь по крайней мере на одну сторону токоотвода при повышенной температуре, при этом в качестве углеродного порошка берут сажу с удельной поверхностью 1000 - 2000 м²/г. При приготовлении смеси дополнительно могут использовать индустриальное масло, которое экстрагируют растворителем после прессования электрода, и стабилизирующую добавку, в качестве которой берут полиизобутилен или бутилкаучук. При этом содержание стабилизирующей добавки в смеси составляет 4 - 45% от массы полиэтилена. Перед приготовлением смеси сажа может пропитываться глицерином, при этом массовое соотношение глицерина и сажи составляет от 0,3 до 1. После экстрагирования масла электрод отмывают водой от глицерина и подвергают сушке. После сушки проводят подпрессовывание электрода при температуре 110 - 170^oC и удельном давлении 200 - 1000 кг/см². 7 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве углеродных электродов для первичных химических источников тока и других электрохимических устройств.

Известен способ изготовления углеродного электрода, при котором на токопроводящую подложку наносят смесь углеродного материала и полиэтилена (см. патент СССР N357774, кл. H 01 M 4/96, 12.01.1973).

Недостатком указанного способа изготовления являются низкие удельные электрические характеристики электрода.

Из известных способов изготовления электродов наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ изготовления углеродного электрода, при котором готовят смесь углеродного порошка и высокомолекулярного полиэтилена и прессуют указанную смесь по крайней мере на одну сторону токоотвода при повышенной температуре (см. патент РФ 2040832, кл. H 01 М 4/86, 4/96, 1995). Недостатком указанного способа являются низкие электрические характеристики изготовленных электродов.

Задачей изобретения является создание способа изготовления углеродного электрода для электрохимического устройства, обладающего повышенными электрическими характеристиками.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления углеродного электрода для электрохимического устройства, содержащего токоотвод и углеродный слой, расположенный по крайней мере на одной стороне токоотвода, при котором готовят смесь углеродного порошка и высокомолекулярного полиэтилена, прессуют указанную смесь по крайней мере на одну сторону токоотвода при повышенной температуре, в качестве углеродного порошка берут сажу с удельной поверхностью от 1000 до 2000 м²/г. Использование сажи с указанной удельной поверхностью позволяет повысить удельные разрядные характеристики углеродного электрода за счет увеличения активной поверхности.

Целесообразно при приготовлении смеси дополнительно использовать индустриальное масло, которое экстрагируют растворителем после прессования углеродного электрода. Использование масла обеспечивает связывание компонентов углеродного электрода при его изготовлении, что повышает механическую прочность электрода и его ресурс.

Целесообразно при приготовлении смеси дополнительно использовать стабилизирующую добавку, в качестве которой берут полиизобутилен или бутилкаучук. Использование указанной добавки позволяет повысить ресурс углеродного электрода.

Целесообразно, чтобы содержание стабилизирующей добавки в смеси составляло 4 - 45% от массы полиэтилена. Указанное количество стабилизирующей добавки обеспечивает требуемый ресурс углеродного электрода.

Целесообразно перед приготовлением смеси сажу пропитывать глицерином, при этом массовое соотношение глицерина и сажи в смеси берут от 0,3 до 1. Пропитывание сажи глицерином обеспечивает заполнение мелких пор сажи глицерином и препятствует их заполнению маслом, что позволяет обеспечить высокую удельную поверхность электродов и их высокие электрические характеристики.

Целесообразно после экстрагирования масла электрод отмывать водой от глицерина и подвергать сушке. Удаление глицерина водой и последующая сушка освобождают поры углеродного электрода, что способствует увеличению активной поверхности и электрических характеристик.

Целесообразно после сушки электрод подпрессовывать при повышенной температуре.

Целесообразно подпрессовывание электрода проводить при температуре 110 - 170^oC и удельном давлении 200 - 1000 кг/см².

Подпрессовка углеродного электрода при указанных параметрах способствует повышению механической прочности и ресурса электрода.

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 условию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется примером практической реализации.

Пример практической реализации.

Изготовлен углеродный электрод на основе никелевой сетки в качестве токоотвода. Исходная никелевая сетка толщиной 0,42 мм была подкатана до толщины 0,28 - 0,32 мм. При приготовлении углеродной массы 95 г сажи с удельной поверхностью 1500 г/м², пропитывали 40 - 50% водным раствором глицерина при массовом соотношении глицерина и сажи, равном 0,5, удаляли воду путем испарения при температуре 100 - 120^oC, добавляли к саже 5 г высокомолекулярного полиэтилена, 2 г полиизобутилена и 120 мл индустриального масла. Смесь перемешивали в течение 3 - 4 часов. После перемешивания смесь наносили, например методом экструзии, на обе стороны никелевой сетки. Из полученного электрода экстрагировали масло путем отмывки в растворителе, например в четыреххлористом углероде. После экстрагирования масла электрод отмывали водой от глицерина и подвергали сушке. После сушки электрод подпрессовывали при температуре 120^oC и давлении 550 кг/см².

Изготовленные электроды устанавливались в ячейки конденсаторов с двойным электрическим слоем и циклировались с целью определения их электрических характеристик. В процессе циклических испытаний в течение 150 циклов установлено, что емкость углеродного электрода, изготовленного по заявляемому способу, на 24% превышает емкость углеродного электрода, изготовленного по способу прототипа. Кроме того, отмечается улучшение стабильности циклических характеристик и повышение ресурса.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленный способ изготовления углеродного электрода может быть реализован на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. он соответствует критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Способ изготовления углеродного электрода для электрохимического устройства, содержащего токоотвод и углеродный слой, расположенный, по крайней мере, на одной стороне токоотвода, при котором готовят смесь углеродного порошка и высокомолекулярного полиэтилена, прессуют указанную смесь, по крайней мере, на одну сторону токоотвода при повышенной температуре, отличающийся тем, что в качестве углеродного порошка берут сажу с удельной поверхностью 1000 - 2000 м²/г.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при приготовлении смеси дополнительно используют индустриальное масло, которое экстрагируют растворителем после прессования углеродного электрода.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при приготовлении смеси дополнительно используют стабилизирующую добавку, в качестве которой взят полиизобутилен или бутилкаучук.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что содержание стабилизирующей добавки в смеси составляет 4 - 45% от массы полиэтилена.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что перед приготовлением смеси сажу пропитывают глицерином, при этом массовое соотношение глицерина и сажи в смеси составляет от 0,3 до 1.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что после экстрагирования масла электрод отмывают водой от глицерина и подвергают сушке.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что после сушки электрод подпрессовывают при повышенной температуре.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что подпрессовывание электрода проводят при температуре 110 - 170^oC и удельном давлении 200 - 1000 кг/с².