Д.т.н. Сатаев М.С., к.т.н. Кошкарбаева Ш.Т., инж. Омирова Ф.Ж.

Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауезова, Казахстан

Повышение емкости положительных пластин щелочных ламельных аккумуляторов, путем дополнительного введения электропроводящих добавок

Срок службы щелочных аккумуляторов зависит главным образом от работоспособности окисно-никелевого электрода. Из-за отсутствия электропроводности у гидрата закиси никеля в активную массу положительного электрода вводят до 17% графита, который обеспечивает электрический контакт между активными веществами и токоотводящим каркасом [1]. В процессах заряд –разряд аккумулятора происходит постепенное нарушение контакта между отдельными частицами, что приводит к снижению емкости аккумулятора, а также к выходу его из строя.

Разработанная нами технология получения пленок фосфида меди на металлических и диэлектрических материалах [2,3] позволяет осадить электропроводящий слой толщиной 0,2-0,6 мкм на внутренние поверхности пористых материалов. Поэтому нами была изучена возможность внедрения электропроводящих пленок в поры окисноникелевого электрода, с целью улучшения контакта между отдельными частицами. Для этого из отработанного ламельного никель-железного аккумулятора ЖН-60 извлекали электроды, промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции и сушили при комнатной температуре 20-30 часов. Из положительных электродов вырезали образцы с поверхностью 20 см² и помещали для пропитки в раствор сернокислой меди с концентрацией 200 г/л. Пропитку вели в течение 12 часов. После этого электроды сушили при температуре 40^оС до постоянного веса. Высушенные электроды помещали в газовую камеру [3], где в результате взаимодействия соли меди с фосфорсодержащим газом в порах пластин формировалась электропроводящая пленка фосфида меди.

3CuSO₄+2PH₃+ 3H₂O→Cu₃P+3H₂SO₄+ H₃PO₃

Реакция фосфористого водорода протекает с солями меди как в растворе, так и в твердом виде. Образовавшаяся при этом Cu₃P относится к металлоподобным фосфидам и обладает досточно высокой электропроводностью.

После металлизации пластины тщательно промывали водой и сушили на воздухе.

Фосфид меди является катализатором процесса химического никелирования [4], что дает возможность осаждения на поверхности фосфида меди дополнительного слоя никеля. Для этого часть электродов после активирования поверхности фосфорсодержащим газом, высушенные пластины выдерживали в растворе щелочного химического никелирования в течение 10 часов. Состав раствора химического щелочного никелирования (г/л) :

Ni SO₄ × 7H₂O - 28, NaH₂PO₂ - 30, NH₄Cl - 35, NH₄OH до pH 8,2. Температура процесса – 20-30 ⁰ C,

После химического никелирования электроды промывали проточной водой и сушили на воздухе. Привес массы электродов после осаждения пленки фосфида меди составлял 1,5-2 %, а после дополнительного осаждения химического никеля 4-5 %, в расчете на исходную массу электродов. Затем, электроды собирали в блок (одна положительная и две отрицательные пластины) и опускали в раствор гидроксида калия плотностью 1,19 г/см³.

Для проверки эффективности были изучены разрядные характеристики напряжения при различных токовых нагрузках исходного и опытного аккумуляторов (рисунок).

Разрядные характеристики экспериментальных пластин при всех режимах испытания оказались выше. В целом после нашей обработки емкость пластин повысилась на 15-40 %. При этом надо отметить, что дополнительное осаждение химического никеля практически не влияло на разрядные характеристики аккумулятора. Однако, эта операция должна положительно влиять на срок службы аккумулятора, так как никель имеет повышенную стойкость в щелочных растворах.

Рисунок. Разрядные характеристик пластин щелочного аккумулятора до и после осаждения медь-фосфорной пленки

Обозначения кривых: сила разрядного тока 1,1 - 0,2 А; 2,2 - 0,4 А; 3,3 - 0,6 А. 1,2,3 - пластины без обработки; 1¹,2¹,3¹ пластины после обработки.

Следует отметить, что введение в поры медь-фосфорных пленок повышает эффективность работы щелочного аккумулятора в форсированных режимах (высоких плотностях разрядного тока).

Литература

1. Багоцкий В.С. Скундин А.М. Химические источники тока. – М: Энергоиздат, 1981. - 355 с.

2. Сатаев М.С., Кошкарбаева Ш.Т., Кожакулов Н.К., Наурызова С.З., Тукибаева А.С. Получение поверхностных пленок фосфида меди. XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. тез. докл. т.3. Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2011.- с 173

3. Патент РК № 12758. Способ изготовления оксидно-никелевого электрода // Сатаев М.С., Л.М.Дауренбекова. Опубл. 08.08.94.

4. Сатаев М.С., Сырманова К.К., Салыбаев А.С. Механизм химического никелирования основ, покрытых медь-фосфорными пленками // Известия ВУЗов «Химия и химическая технология»-Иваново, 2004 - Т.47, вып.4.-С.70-71