Способ изготовления массы положительного электрода элементов ртутно-цинковой системы

Авторы патента:

Архипенко Владимир Александрович (RU)

Владельцы патента RU 2788496:

Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") (RU)

Изобретение относится к области электротехники, точнее к первичным источникам тока (ХИТ) ртутно-цинковой системы, и может быть использовано в производстве ртутно-цинковых элементов. Техническим результатом изобретения является снижение времени приготовления активной массы положительного электрода и увеличение его удельной емкости, что приводит к снижению затрат в пересчете на 1 Ач емкости готовой продукции. Указанная проблема решается предлагаемым способом изготовления массы положительного электрода элементов ртутно-цинковой системы, заключающийся в подготовке компонентов: красной окиси ртути, термически обогащенного графита и ПАВ в количестве, достаточном для получения состава (мас.%): красная окись ртути 94-96, графит 0,08-0,12, ПАВ 4-6, загрузке и перемешивании в лопастной мешалке, заполнении полученной массой корпуса элемента ртутно-цинковой системы и последующем прессовании в корпус элемента, в качестве ПАВ используют порошкообразный лигносульфонат натрия с молекулярной массой 1000-1500, средним размером частиц 40-45 мкм и пределом прочности при растяжении высушенных образцов 0,6-0,62 МПа, подготовку ПАВ - порошкообразного лигносульфоната натрия проводят вскрытием упаковочной тары, а перемешивание компонентов в лопастной мешалке, осуществляют в течение 4-5 часов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Известен ртутно-цинковый элемент (https://infopedia.su/12x731e.html), состоящий из стальной крышки, в которую запрессовывается активная масса отрицательного электрода (цинковый порошок, содержащий 5-10% ртути) и стального корпуса, в котором помещается активная масса положительного электрода (смесь красной окиси ртути и графита). Между активными массами положительного и отрицательного электродов находятся прокладки и сепаратор с электролитом, в качестве которого используется едкое кали с окисью цинка.

Недостатком данного технического решения является отсутствие в составе активной массы положительного электрода поверхностно-активного вещества (ПАВ), что приводит при разряде к образованию крупных капель ртути, которые вызывают короткое замыкание электродов.

Известен способ приготовления активной массы положительного электрода («Производство первичных химических источников тока» В.Н. Дамье, Н.Ф. Рысухин издание третье, переработанное и дополненное) (принят за прототип), состоящей из красной окиси ртути, термически обогащенного графита и дубителя БНФ (поверхностно активное вещество, ПАВ) (крошка или гранулы) в количестве (масс. %): красная окись ртути 94-96, графит 0,08-0,12%, дубитель БНФ 4-6, заключающийся в подготовке компонентов, просеивании окиси ртути и графита для отделения крупных комков, растирании в ступке дубителя БНФ и его последующем просеивании через мелкое сито, загрузке и перемешивании в лопастной мешалке. Полученную активную массу запрессовывают в корпус элемента. В случае появления на поверхности сколов и трещин масса повторно помещается в мешалку и снова запрессовывается в корпус.

Недостатком прототипа является длительный размол дубителя БНФ, увеличивающий трудоемкость изготовления элементов ртутно-цинковой системы, а также низкие связывающие свойства этого ПАВ, что приводит к снижению выхода годных вследствие растрескивания части положительных электродов после прессования.

Проблемой производства ртутно-цинковых элементов является снижение удельной (на 1 Ач емкости элемента) трудоемкости, определяемой временем изготовления активной массы положительного электрода, выходом годных изделий и их емкостью.

Техническим результатом изобретения является снижение времени приготовления активной массы положительного электрода и увеличение его удельной емкости, что приводит к снижению затрат в пересчете на 1 Ач емкости готовой продукции.

Указанная проблема решается предлагаемым способом изготовления массы положительного электрода. Способ приготовления активной массы положительного электрода элементов ртутно-цинковой системы заключается в подготовке компонентов - красной окиси ртути, термически обогащенного графита и ПАВ в количестве, достаточном для получения состава (масс %): красная окись ртути 94-96, графит 0,08-0,12, ПАВ 4-6, загрузке и перемешивании в лопастной мешалке, заполнении полученной массой корпуса элемента ртутно-цинковой системы и последующем прессовании в корпус элемента, причем в качестве ПАВ используют порошкообразный лигносульфонат натрия с молекулярной массой 1000-1500, средним размером частиц 40-45 мкм и пределом прочности при растяжении высушенных образцов 0,6-0,62 МПа, подготовку ПАВ - порошкообразного лигносульфоната натрия проводят вскрытием упаковочной тары, а перемешивание компонентов в лопастной мешалке, осуществляют в течение 4-5 часов

Осуществляется способ следующим образом.

Для приготовления активной массы положительного электрода элементов ртутно-цинковой системы подготавливают компоненты: красную окись ртути, термически обогащенный графит и ПАВ в количестве, достаточном для получения состава (масс %): красная окись ртути 94-96, графит 0,08-0,12, ПАВ 4-6, для чего просеивают через мелкое сито красную окись ртути и термически обогащенный графит. Количество компонентов, необходимых для приготовления активной массы рассчитывают путем умножения требуемой массы на процентное содержание компонента. Загружают и перемешивают компоненты в лопастной мешалке. Затем заполняют полученной массой корпуса элементов ртутно-цинковой системы и запрессовывают. В качестве ПАВ используют порошкообразный лигносульфонат натрия с молекулярной массой 1000-1500, средним размером частиц 40-45 мкм и пределом прочности при растяжении высушенных образцов 0,6-0,62 МПа, подготовку ПАВ - порошкообразного лигносульфоната натрия проводят вскрытием упаковочной тары, а перемешивание компонентов в лопастной мешалке, осуществляют в течение 4-5 часов.

Использование в качестве ПАВ порошкообразного лигносульфоната натрия позволяет снизить временные затраты на его подготовку до времени, необходимого для вскрытия упаковочной тары и загрузки в мешалку, что связано с агрегатным состоянием лигносульфоната натрия, представляющего собой мелкодисперсный порошок. Лигносульфонат натрия с молекулярной массой 1000-1500 в электролите переходит в коллоидное состояние, что улучшает его распределение в положительном прессованном электроде в процессе его работы, предотвращает образование крупных капель ртути во всем объеме положительного электрода за счет снижения поверхностного натяжения. В результате снижается количество элементов ртутно-цинковой системы, в которых происходит короткое замыкание электродов до полного расходования оксида ртути, что увеличивает фактическую емкость, а значит снижает затраты труда и материалов на ее единицу. Лигносульфонат натрия с молекулярной массой ниже 1000 переходит в электролит, увеличивая его вязкость, в результате чего фактическая емкость несколько снижается. При молекулярной массе выше 1500 увеличивается хрупкость электродов и снижается выход годных изделий за счет устранимого брака. Лигносульфонат натрия с молекулярной массой 1000-1500 обеспечивает получение эластичной массы, которая прессуется без образования трещин на электродах, которые являются причиной их отбраковки и снижает выход годных изделий, а значит увеличивает затраты на 1 Ач готовой продукции. Агрегатное состояние лигносульфоната натрия в виде мелкодисперсного порошка с размером частиц 40-42 мкм дает возможность уменьшить время перемешивания до 4-5 часов, поскольку такой размер частиц позволяет быстрее достичь равномерного распределения по всему объему перемешиваемой массы, что было подтверждено анализом проб массы, отбираемых из разных ее точек. Предел прочности при растяжении высушенных образцов лигносульфоната натрия на уровне 0,6-0,62 МПа предотвращает образование раковин на электродах, что является причиной их отбраковки. Совокупность существенных признаков, молекулярной массы, среднего размера частиц и предела прочности при растяжении высушенных образцов, обеспечивает увеличение емкости элементов на 5-10%, снижение трудоемкости изготовления положительных электродов за счет снижения времени перемешивания и увеличения выхода годных изделий, за счет чего достигается заявленный технический результат, снижение затрат в пересчете на 1 Ач готовой продукции.

Пример 1 реализации способа изготовления массы положительного электрода элементов ртутно-цинковой системы (способ прототипа)

Готовят активную массу положительного электрода, для чего сначала просеиваютчерез мелкое сито красную окись ртути, термически обогащенный графит, измельчают ПАВ в ступке и просеивают через мелкое сито, загружают в лопастную мешалку в количестве, достаточном для получения состава (масс %): красная окись ртути 95, графит 0,1, ПАВ-дубитель БНФ5, и перемешивали 6,5 часов, после чего заполняют полученной массой корпуса элементов ртутно-цинковой системы и запрессовывают в корпус элемента. Из 200 изготовленных элементов 12 были отбракованы по наличию на поверхности запрессованной активной массы трещин и раковин.

Пример 2 реализации способа изготовления массы положительного электрода элементов ртутно-цинковой системы (предлагаемый способ)

Готовят активную массу положительного электрода, для чего просеивают через мелкое сито красную окись ртути, термически обогащенный графит. Загружают в лопастную мешалку в количестве, достаточном для получения состава (масс. %): красная окись ртути 95, графит 0,1 и ПАВ в виде порошкообразного лигносульфоната натрия 5, и перемешивают 4,5 часа, после чего заполняют полученной массой корпуса элементов ртутно-цинковой системы и запрессовывают в корпус элемента. Из 200 изготовленных элементов брака не выявлено.

Пример 3 реализации способа изготовления массы положительного электрода элементов ртутно-цинковой системы (предлагаемый способ)

Готовят активную массу положительного электрода, для чего просеивают через мелкое сито красную окись ртути, термически обогащенный графит. Загружают в лопастную мешалку в количестве, достаточном для получения состава (масс %): красная окись ртути 93, графит 0,07 и ПАВ в виде порошкообразного лигносульфоната натрия 3, и перемешивают 3 часа, после чего заполняют полученной массой корпуса элементов ртутно- цинковой системы и запрессовывают в корпус элемента. Из 200 изготовленных элементов выявлено 5 штук брака.

Пример 4 реализации способа изготовления массы положительного электрода элементов ртутно-цинковой системы (предлагаемый способ)

Готовят активную массу положительного электрода, для чего просеивают через мелкое сито красную окись ртути, термически обогащенный графит. Загружают в лопастную мешалку в количестве, достаточном для получения состава (масс %): красная окись ртути 97, графит 0,14 и ПАВ в виде порошкообразного лигносульфоната натрия 7, и перемешивают 6 часов, после чего заполняют полученной массой корпуса элементов ртутно-цинковой системы и запрессовывают в корпус элемента. Из 200 изготовленных элементов выявлено 2 штук брака.

Испытания изготовленных элементов проводили в 5 типах ртутно-цинковых элементов в соответствии с режимами:

1. Разряд при Т=(50±2)°С на постоянное сопротивление R=24 Ом.

2. Разряд при Т=(-40±2)°С, на постоянное сопротивление R=100 Ом.

3. Разряд при Т=(20±5)°С, на постоянное сопротивление R=24 Ом.

4. Разряд при Т=(50±2)°С на постоянное сопротивление R=250 м.

5. Разряд при Т=(-30+2)°С после испытаний на холодо-устойчивость, на постоянное сопротивление R=250 м.

6. Разряд при Т=(20±5)°С после испытаний на влагоустойчивость, на постоянное сопротивление R=250 м.

7. Разряд при Т=(2±2)°С после испытаний на влагоустойчивость, на постоянное сопротивление R=4 Ом.

8. Разряд при Т=(50±2)°С, на постоянное сопротивление R=4 Ом.

9. Разряд при Т=(50+2)°С, на постоянное сопротивление R=50 Ом.

10. Разряд при Т=(20+5)°С после испытаний на транспортабельность, на постоянное сопротивление R=240 Ом.

11. Разряд при Т=(20+5)°С, на постоянное сопротивление R=100 Ом.

12. Разряд при Т=(20+5)°С после испытаний на вибрацию, на постоянное сопротивление R=240 Ом.

13. Разряд при Т=(20+5)°С после испытаний на холодоустойчивость, на постоянное сопротивление R=240 Ом.

14. Разряд при Т=(20+5)°С, на постоянное сопротивление R=40 Ом.

15. Разряд при Т=(-5+2)°С, на постоянное сопротивление R=240 Ом.

Как следует из результатов испытаний, приведенных в таблице, при значениях параметров в пределах, приведенных по предлагаемому способу было достигнуто максимальное повышение времени разряда, а, следовательно, емкости по сравнению с прототипом. Во всех типах испытанных элементов, изготовленных с использованием лигносульфоната натрия, получены большие, чем в способе прототипа значения времени разряда, а значит и емкости. Учитывая меньшие затраты времени на приготовление массы и переработку брака в предлагаемом способе, а также установленное увеличение емкости, технический результат изобретения можно считать доказанным.

1. Способ приготовления активной массы положительного электрода элементов ртутно-цинковой системы, заключающийся в подготовке компонентов - красной окиси ртути, термически обогащенного графита и ПАВ в количестве, достаточном для получения состава (мас.%): красная окись ртути 94-96, графит 0,08-0,12, ПАВ 4-6, загрузке и перемешивании в лопастной мешалке, заполнении полученной массой корпуса элемента ртутно-цинковой системы и последующем прессовании в корпус элемента, отличающийся тем, что в качестве ПАВ используют порошкообразный лигносульфонат натрия с молекулярной массой 1000-1500, средним размером частиц 40-45 мкм и пределом прочности при растяжении высушенных образцов 0,6-0,62 МПа, подготовку ПАВ, порошкообразного лигносульфоната натрия, проводят вскрытием упаковочной тары, а перемешивание компонентов в лопастной мешалке проводят в течение 4-5 часов.

2. Способ приготовления активной массы положительного электрода элементов ртутно-цинковой системы по п. 1, отличающийся тем, что подготовку компонентов, красной окиси ртути и термически обогащенного графита, проводят просеиванием через мелкое сито.

Изобретение относится к области водородной энергетики, а точнее к технологии компактного, безопасного и обратимого хранения (аккумулирования) водорода в связанном состоянии в виде атомов. Аккумулирование водорода осуществляется с помощью металлических материалов (металлы, сплавы или интерметаллические соединения), обратимо взаимодействующих с водородом.

Способ изготовления подложки монокристаллического германия с тонким поверхностным слоем пористого германия // 2737692

Изобретение относится к области материаловедения, связанного с пористыми средами, в частности тонкими поверхностными слоями пористого германия, которые находят применение при разработке анодных электродов аккумуляторных литиевых батарей, а также фото детекторов и солнечных элементов. Способ изготовления подложки монокристаллического германия с тонким поверхностным слоем пористого германия заключается в том, что тонкий слой пористого германия заданной морфологии формируют на поверхности подложки из монокристаллического германия имплантацией низкоэнергетическими 10-90 кэВ ионами кобальта, хрома или железа при высоких дозах 1015-5.0⋅1017 ион/см2.

Подложка монокристаллического германия с тонким поверхностным слоем пористого германия // 2734458

Изобретение относится к области материаловедения, связанного с пористыми средами, в частности тонкими поверхностными слоями пористого германия, которые находят применение при разработке анодных электродов аккумуляторных литиевых батарей, а также фотодетекторов и солнечных элементов. Подложка монокристаллического германия содержит тонкий поверхностный слой пористого германия, сформированный на пластине из монокристаллического германия и включающий ионно-имплантированную примесь переходного металла, в качестве которого используют кобальт, хром или железо.

Анодный материал и батарея // 2671942

Изобретение относится к анодным материалам, предназначенным для использования в батарее, которая содержит водный жидкий электролит. Анодный материал включает в себя: сплав-аккумулятор водорода, обратимо накапливающий и высвобождающий водород.

Добавки для гальванических батарей // 2665552

Изобретение относится к электролиту для гальванического элемента. Электролит имеет анод, который в заряженном состоянии содержит металлический литий или сплавы лития или состоит из них и содержит одну или несколько добавок, выбранных из группы свободных от фтора солей цезия или рубидия.

Способ получения наноструктурированного композитного материала для положительного электрода литий-серного аккумулятора, положительный электрод и литий-серная аккумуляторная батарея // 2654856

Изобретение относится к химической и электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении положительных электродов литий-серных аккумуляторов. Способ получения композиционного материала для формирования положительного электрода литий-серного аккумулятора, содержащего нано- или субмикронные частицы элементарной серы, характеризуется тем, что раствор серосодержащего прекурсора подвергают химическому превращению в присутствии окисленного графита и/или окисленных углеродных нанотрубок в форме суспензии твердых частиц.

Способ зарядки литий-серного элемента // 2649895

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системе управления зарядкой и способу зарядки литий-серного элемента, содержащему этапы определения емкости разрядки, Qn, элемента в ходе цикла n зарядки-разрядки, вычисления значения a⋅Qn, где а=1,05-1,4, и в последующем цикле зарядки-разрядки, n+x, где x является целым числом от 1 до 5, проведения зарядки элемента до емкости Qn+x, которая равна a⋅Qn.

Способ зарядки литий-серного элемента // 2649893

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу зарядки и системе управления для зарядки литий-серного аккумулятора. Способ зарядки литий-серного элемента включает этапы контроля напряжения V элемента в процессе зарядки как функции времени t или емкости Q, определения в области напряжений, в которой элемент переходит между первой стадией и второй стадией зарядки, опорной емкости Qref элемента, при которой dV/dt или dV/dQ максимально, завершения зарядки, когда емкость элемента достигает a.Qref, где а составляет 1,1-1,4.

Электродный узел серно-литий-ионной батареи и серно-литий-ионная батарея, включающая его в себя // 2646217

Изобретение относится к электродному узлу для серно-литий-ионных батарей. Раскрыты электродный узел для серно-литий-ионных батарей, в котором используется литийсодержащее соединение в качестве активного катодного материала и серосодержащее соединение в качестве активного анодного материала, причем серосодержащее соединение представляет собой комплекс углерод-сера C2xSy, где 0≤x≤2 и 1≤y≤40, катод и анод содержат одно из проводящего материала и связующего, проводящий материал имеет средний диаметр частиц 1 мкм или менее, и удельную площадь поверхности 10 м2/г или более, а также серно-литий-ионная батарея, включающая его в себя.

Способ циклирования литий-серного элемента // 2641667

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу циклирования литий-серного элемента, причем указанный способ содержит разрядку литий-серного элемента, завершение разрядки, когда напряжение элемента достигает порогового напряжения разрядки, которое находится в диапазоне от 1,5 до 2,1 В, зарядку литий-серного элемента и завершение зарядки, когда напряжение элемента достигает порогового напряжения зарядки, которое находится в диапазоне от 2,3 до 2,4 В.

Способ изготовления положительного электрода для литий-тионилхлоридных источников тока // 2754811

Изобретение относится к способам изготовления положительных электродов первичных химических источников тока. Способ включает в себя подготовку брикетов активной массы, выдержку брикетов активной массы в нефрасе, прокатку брикетов в ленту на формовочных валках, сушку на барабане при температуре от +90 до +110°С, намотку ленты активной массы на шпулю для формирования бобины с лентой активной массы, выдержку бобины не менее 24 часов под вытяжкой, комплектование бобин активной массы попарно, при этом суммарная толщина двух средних толщин лент активной массы должна быть (1,00±1,6) мм, прокатку лент активной массы между валками с установленной в середине коллекторной лентой для получения электродной ленты толщиной от 0,90 до 1,2 мм, далее разрезают электродную ленту на заготовки необходимого размера, устанавливают заготовки электрода на торец в поддон, проводят термообработку заготовок в сушильном шкафу при температуре от 240 до 260°С в течение 20÷40 минут.