Ракитянская О.Ф., Трухтанова Л.В., Полищук В.Е.

Одесский национальный университет им.И.И.Мечникова

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЩЕССА ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОДАХ, СОДЕРЖАЩИХ В МАССЕ NiCo₂O₄

Среди наиболее актуальных проблем современной энергетики первостепенной следует считать поиск путей производства новых высокоактивных материалов для отечественных химических источников тока разного типа, конкурентноспособных на мировом рынке, с улучшенными удельными и эксплуатационными характеристиками.

Согласно проведенных ранее исследований [1,2] доказана перспективность использования в оксидно-никелевом электроде химического источника тока электродного материала, содержащего в своем составе наряду с гидратом закиси никеля и графитом катализатора – никель-кобальтовой шпинели NiCo₂O₄. Изготовленные на его основе электроды имеют достаточно высокие электрофизические и электрохимические характеристики, а источник тока с этим материалом характеризуется повышенным ( в 5 раз ) сроком службы и расширенным температурным диапазоном. В связи с этим представлялось необходимым изучить процесс газовыделения кислорода при заряде электрода с этой массой и разработать методику, позволяющую исследовать процесс газопоглощения кислорода отрицательным электродом.

В качестве электродного материала положительного электрода использовалась активная масса состава : 80% Ni(OH)₂ + 10% графита + 10% NiCo₂O₄ . Связующей добавкой для отдельных вариантов массы служил фторопласт Ф4Д. Активирующими добавками были марганец и кобальт. Были изучены технологические закономерности при разработке материала для поиска его оптимального варианта. Испытание электродов проходили в избытке электролита КОН. Изучены их физические и электрохимические характеристики. Было отмечено, что относительное поляризационное набухание массы по сравнению с серийными образцами снижено в 3 раза при разрядной емкости электрода 90-92 мА^.час. При введении шпинели в отрицательный электрод, сформированный на базе окиси кадмия CdO, отмечено значительное увеличение способности электрода впитывать электролит за счет роста его пористости. Найденный факт способствует росту доли активного компонента, способного поглощать кислород, выделяемый при заряде положительного электрода ХИТ. Известно, что особенности процесса выделения кислорода при заряде ХИТ, в частности, дискового аккумулятора, следует учитывать при разработке новых электродных материалов, т.к. этот факт тесно связан с герметичностью, деформацией и соответственно со снижением срока службы этого источника тока.

В настоящем исследовании была сконструирована ячейка, имитирующая дисковый аккумулятор типа Д-0,06. Использовались электроды ламельного типа. Была разработана методика измерения объема кислорода, который выделяется на положительном электроде. Использовался объемный метод исследования. Заряд и разряд осуществлялся в режимах работы названного аккумулятора. Процент поглощения кислорода отрицательным электродом расчитывался по соответствующей формуле.

Кинетические кривые газовыделения и соответствующие значения потенциала свидетельствуют о том, что выделение кислорода идет одновременно с окислением активной массы. Отмечено, что пористая структура электрода при различных давлениях прессования влияет на процесс газовыделения. При сопоставлении данных с серийными образцами сделан вывод о том, что введение никель-кобальтовой шпинели не увеличивает газовыделения кислорода при заряде электрода, в активную массу которого она введена. Процесс газопоглощения кислорода отрицательным электродом расчитывался для двух вариантов положительных масс : стандартной и разработанной, содержащей NiCo₂O₄. При заряде серийной пары, имитирующей аккумулятор, не наблюдается полного поглощения кислорода отрицательным электродом, что составляет согласно расчетов 95%. Аналогичная картина наблюдается на паре из исследуемого положительного и стандартного отрицательного электродов. Введение в активную отрицательную массу никель-кобальтовой шпинели ( 3% - 5% ) увеличивает процент газопоглощения кислорода до 98%.

Следует отметить влияние дисперсности материала на исследуемые характеристики. Наибольший процент газопоглощения отмечается на массе, содержащей наряду с никель-кобальтовой шпинелью связующую добавку - фторопласт. Наличие активирующих добавок не влияет на объем газовыделения. Разрядная емкость при этом не снижается. Увеличение концентрации шпинели в массе отрицательного электрода позволяет достичь максимального газопоглощения уже на формировочном цикле.

Таким образом, следует сделать вывод о том, что никель-кобальтовая шпинель является чрезвычайно перспективным компонентом для улучшения почти всех характеристик электродного материала ХИТ. Найденные закономерности дают возможность при использовании на практике материалов, в состав которых входит система двойных окислов Ni|Co, ожидать возможным производство новых модификаций отечественных, конкурентноспосоных источников тока с высокими удельными характеристиками и ресурсом работы.

Литература:

1. Ракитянская О.Ф., Ступиченко Р.Н., Трухтанова Л.В. « Свойства

электродного материала, содержащего NiCo₂O₄ » // Укр. хим. ж. , 1999,т. 65, №7, С. 40-45.

2. Ракитянська О.Ф., Ступіченко Р.М., Трухтанова Л.В. “ Ефект

набрякання електродного матеріалу з NiCo₂O₄ “ // Вісник Харківського національного університету, 2005, №648, С. 237-238.