Конструктивное исполнение электродов в первичных химических источниках тока (стр. 7 из 9)

Как и для большинства ХИТ, одним из реальных путей дальнейшего повышения удельной энергоемкости свинцовых аккумуляторов являются создание научных основ моделирования электродных процессов, оптимизация конструкции как отдельных узлов и деталей, так и аккумулятора в целом. Например, заслуживает внимания создание крупногабаритных аккумуляторов (тяговых и стационарных) с горизонтальным расположением электродов.

Увеличению эксплуатационного срока службы аккумуляторов будут способствовать работы по созданию средств диагностики их технического состояния.

3.2. Никель-кадмиевые аккумуляторы и батареи.

Непроливаемые никель-кадмиевые аккумуляторы и батареи. В конструкции непроливаемых никель-кадмиевых аккумуляторов КН-14, КНБ-15 и КНП-20 есть много общего. Поэтому устройство перечисленных типов аккумуляторов целесообразно рассмотреть на примере конструктивного оформления аккумулятора типа КНБ-15 (рис.40).

Аккумулятор состоит из положительного 1 и отрицательного 2 блоков, помещенных в железный никелированный сосуд 4. От корпуса положительный и отрицательный блоки аккумуляторов КНБ-15 и-КНП-20 изолированы прокладками из винипласта 7, 8. У аккумуляторов КН-14 положительный блок соединен с корпусом; положительные пластины этого блока являются" крайними к корпусу аккумулятора, поэтому. прокладки из винипласта устанавливают только с торцевых сторон. Положительный блок аккумуляторов КН-14, КНБ-15 и КНП-20 состоит соответственно из пяти, шести и восьми пластин, отрицательный - из четырех, пяти, девяти и пластин. Пластины обеих полярностей аккумуляторов, КНБ-15 и КНП-20, а также отрицательные пластины аккумуляторов КН-14 приварены к мостику с борном (1, 2, 15). Борны выведены наружу через отверстия в. крышке сосуда аккумулятора. Положительные пластины и положительный борн аккумулятора КН-14 приварены соответственно к сосуду и крышке.

Пластины аккумулятора типа КНБ-15 изолированы друг от друга комбинированной изоляцией (сепаратором): капроновой тканью 14 и щелочестойкой бумагой 13.

Лента из капроновой ткани с бумагой проложена зигзагообразно между отрицательными и положительными пластинами в один слой. Изоляция электродов аккумулятора типа КНП-20 осуществляется размещением положительных пластин, обернутых щелочестойкой бумагой, чехлах из капроновой ткани.

Сепаратором аккумуляторов КН-14 служит чехол из перхлорвиниловой ткани, надеваемой на отрицательные пластины.

Уплотнение борнов в крышке аккумуляторов осуществляется с помощью уплотнительных колец из резины 10, изоляционных эбонитовых втулок 9, металлических шайб 12 и гаек 11. Горловина 17 уплотняется пробкой 5 и уплотнительным кольцом 18. Вентильные отверстия пробки закрыты вентильным кольцом 16.

Батареи типа 2КНБ-15 и 2КНП-20 состоят из двух последовательно соединенных аккумуляторов (рис.40). Сосуды аккумуляторов в батареях сварены по широкой стороне дна сплошным швом, а по крышке частичной сваркой. Борны (выводные штыри) аккумуляторов с одной стороны соединены последовательно шиной 6, другие два борна являются выводными полюсами батареи. У положительного борна на крышке 3 аккумулятора выштампован знак " + ", у отрицательного - тип батареи (2КНБ-15 или 2КНП-20).

В НК-аккумуляторах применяются безламельные электроды. Одной из разновидностей которых являются прессованные электроды. Прессованные электроды получают методом напрессовки под давлением 35-60 МПа активной массы на сетку или стальную перфорированную ленту. Активная масса состоит из гидроксида никеля (+2), гидроксида кобальта (3-6%), графита (16-23%) и связующего (раствора натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы, содержащего 5г/л КОН). Масса перед прессованием вальцуется. Для увеличения прочности полученные пластины покрывают щелочестойким лаком, а на некоторых предприятиях обклеивают бумагой или тканью. Толщина пластин 0,8-1,8 мм. Во избежание осыпания и вымывания активной массы прессованные электроды используют в аккумуляторах с плотной сборкой, при которой пластины, разделенные сепараторами, плотно прижимаются друг к другу. Для повышения устойчивости в активную массу иногда вводят связующие вещества. Прессованные электроды изготавливают также методом валь

цевания.

К разновидностям прессованных электродов относят таблеточные электроды, имеющие круглую форму. Прессованные электроды имеют высокую удельную энергию и меньшую стоимость по сравнению со спеченными электродами, могут работать при низких температурах, но характеризуются меньшим ресурсом.

Герметичные аккумуляторы производятся в металлических корпусах призматической, цилиндрической и дисковой форм (рис.4.4.1-4.4.4).

Герметизируют цилиндрические и дисковые аккумуляторы путем обжатия (завальцовки) полиамидной или винипластовой прокладки между зигом корпуса и крышкой. Уплотнение борнов призматических аккумуляторов осуществляется, как правило, при помощи резиновых колец в виде тора овального сечения. Сжимается кольцо в радиальном направлении от борна к втулке крышки. В зарубежных призматических герметичных аккумуляторах широко применяются керамические уплотнения борнов.

В качестве сепараторов используются ткани и нетканые материалы (войлоки, фетры) из поливинилхлорида, полипропилена, полиамида, капрона и других материалов. Могут быть комбинации нескольких слоев сепараторов из различных материалов.

Призматические аккумуляторы в большинстве случаев содержат спеченные положительные электроды. Если не требуется большого ресурса, то используются прессованные положительные электроды. Отрицательные электроды бывают как спеченной, так и прессованной, вальцованной и намазной конструкции. Спеченные электроды получают пропиткой активной массой высокопористых (не менее 70%) никелевых пластин, которые изготовляют спеканием заготовок из порошка карбонильного никеля. Прессованные, вальцованные и намазные электроды получили свое название по технологии нанесения активного материала на металлическую подложку. В цилиндрических аккумуляторах применяются спеченные положительные электроды, в паре с которыми могут использоваться как спеченные, так и намазные или вальцованные отрицательные электроды. В дисковых аккумуляторах в основном используются ламельные электроды, хотя могут применяться прессованные и спеченные электроды. В качестве материала ламели используется никелевая сетка.

Спеченные (металлокерамические) электроды состоят из пористой (с пористостью не менее 70%) металлокерамической основы, в порах которой находится активная масса. Основу производят из карбонильного никелевого мелкодисперсного порошка, который в смеси с карбонатом аммония или карбамидом (60-65% никеля, остальное - наполнитель) напрессовывают, накатывают или напыляют на стальную или никелевую сетку. После этого сетку с порошком подвергают термообработке в восстановительной атмосфере (обычно в атмосфере водорода) при температуре 800-960 °С, при этом карбонат аммония или карбамид разлагается и улетучивается, а никель спекается. Полученные таким образом основы имеют толщину 1 - 2,3 мм, пористость 80-85% и радиус пор 5-20 мкм. Основу поочередно пропитывают концентрированным раствором нитрата никеля или сульфата никеля и нагретым до 60-90 °С раствором щелочи, которая вызывает осаждение оксидов и гидроксидов никеля. Пропитку проводят несколько раз (до 4 раз), чтобы заполнить оксидами до 40-60% объема пор пластин. Затем пластины тщательно отмывают от нитрат - и сульфат-ионов в конденсате или деминерализованной воде до слабо розового окрашивания пробы воды при добавлении фенолфталеина. После этого пластины сушат при температуре 80-139 °С.

Пластины формируют путем двух-трехкратных зарядов-разрядов в растворе КОН плотностью 1,09-1,11 г/см3 при определенных режимах. В настоящее время применяется также электрохимический метод пропитки, при котором электрод подвергается катодной обработке в растворе нитрата никеля. Из-за выделения водорода раствор в порах пластины подщелачивается, что приводит к осаждению оксидов и гидроксидов никеля в порах пластины. К разновидностям спеченных электродов относят фольговые электроды. Электроды изготавливают нанесением на тонкую (0,05 мм) перфорированную никелевую ленту с двух сторон методом пульверизации спиртовой эмульсии никелевого карбонильного порошка, содержащей связующие вещества (обычно клей БФ), спеканием и последующей химической или электрохимической пропиткой реагентами. Толщина электрода составляет 0,4-0,6 мм.

Спеченные электроды имеют более высокие электрическую проводимость и удельную емкость, могут разряжаться и заряжаться при более высокой скорости и в более широком диапазоне температур, однако они дороже ламельных электродов, имеют относительно невысокий ресурс. Кроме того, у них выше скорость саморазряда.

Расположение электродов по отношению к корпусу аккумулятора также различно. В дисковых аккумуляторах электроды располагаются параллельно крышке, в цилиндрических - перпендикулярно. В призматических аккумуляторах в большинстве случаев электроды размещаются перпендикулярно крышке. Только в таблеточных аккумуляторах (НКТБ-80) электроды расположены параллельно крышке. Таблеточный электрод представляет собой перфорированную металлическую чашечку (таблетку), на которую напрессовывается активная масса. По существу таблеточный электрод - это разновидность ламельного электрода.