водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода никель-металлгидридного аккумулятора

Классы МПК:H01M4/38 элементы или сплавы
H01M10/34 газонепроницаемые аккумуляторы
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Уральский электрохимический комбинат
Приоритеты:
подача заявки:
2001-07-09
публикация патента:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к химическим источникам тока, и непосредственно касается состава водородсорбирующего сплава для отрицательного электрода никель-металлгидридного аккумулятора. Техническим результатом изобретения является значительное повышение электрических характеристик при отрицательных температурах и срока службы никель-металлгидридного аккумулятора в сочетании с высоким начальным значением разрядной емкости. Согласно изобретению в известный водородсорбирующий сплав, включающий мишметалл, никель, кобальт, алюминий и марганец, дополнительно введены хром и/или цирконий при общей формуле MmNiводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Coводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Alводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Mnводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Crводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Zrводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023, где 0,5водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140231, 0,2водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 0,1водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 0водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140231, 0водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,5, 0,1водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 4,9водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140235,05. Введение хрома и (или) циркония при указанном соотношении всех компонентов обеспечивает, с одной стороны, снижение скорости деградации сплава, то есть его диспергирования, окисления, выщелачивания отдельных компонентов, а с другой стороны - повышение подвижности водорода в объеме частиц сплава и скорости протекания электрохимической стадии процесса на их поверхности. В результате этого в значительной степени увеличиваются ресурсы аккумулятора и улучшаются его электрические характеристики при низких температурах. 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

Водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода никель-металлгидридного аккумулятора на основе мишметалла, никеля, кобальта, алюминия и марганца, отличающийся тем, что в состав сплава дополнительно введен хром и/или цирконий при общей формуле MmNiводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Coводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Alводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Mnводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Crводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Zrводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023, где 0,5водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140231, 0,2водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 0,1водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 0водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140231, 0водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,5, 0,1водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 4,9водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140235,05.т

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, а именно к химическим источникам тока, и, в частности, касается состава водородсорбирующего сплава для отрицательного электрода никель-металлгидридного аккумулятора.

Известен водородсорбирующий сплав, ипользуемый в качестве активной массы отрицательного электрода никель-металлгидридного аккумулятора и состоящий из лантана, никеля, кобальта и марганца, состав которого отвечает формуле LaNixCoyMnz, где x= 2,4-2,6, у=2,3-2,4, z=0,1-0,2, a x+y+z=5 (заявка на патент 94001945, Н 01 М 4/38, Россия, приоритет 20.01.1994 г.). При заряде аккумулятора на отрицательном электроде выделяется водород, который поглощается сплавом, а при разряде поглощенный сплавом водород выходит на поверхность частиц, где реализуется электрохимическая стадия процесса. Кроме того, часть водорода, образующегося при заряде, заполняет свободный объем аккумулятора. Количество такого водорода определяется величиной равновесного давления водорода над сплавом.

Данный сплав имеет три существенных недостатка. Первый недостаток состоит в том, что частицы порошковой массы из сплава такого состава при циклировании аккумулятора подвержены диспергированию и существенной коррозии. Это, по-видимому, обусловлено отсутствием в составе сплава компонентов, образующих защитные окисные пленки на поверхности частиц, что вызывает деградацию сплава: окисление лантана и переход марганца в щелочной раствор. В результате, электрохимическая емкость отрицательного электрода при циклировании уменьшается и срок службы аккумулятора с электродами из сплава LaNixCoyMnz не превышает 600 циклов. Достигнутый ресурс обеспечивается наличием в сплаве большого количества кобальта. Второй недостаток состоит в том, что сплав имеет высокую стоимость из-за высокого содержания дорогостоящих элементов - лантана и кобальта. Третий недостаток заключается в следующем: несмотря на то, что при температуре около минус 20oС после разряда током 0,2 А остаточная емкость составляет 50% от номинального значения, при температуре минус 40oС данный сплав имеет низкую электрохимическую емкость даже при небольших токах разряда (около 0,2 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч в аккумуляторе типоразмера АА).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода никель-металлгидридного аккумулятора на основе мишметалла, никеля, кобальта, алюминия и марганца состава МmNi3,55Co0,75Al0,3Mn0,4 (патент 0271043, Н 01 М 10/34, Европа, приоритет 07.12.1987 г.), где символ "Mm" обозначает мишметалл. Отличие сплава этого состава от LaNixCoyMnz состоит в том, что часть атомов кобальта в последнем заменена атомами алюминия, несколько увеличено содержание марганца, а лантан заменен мишметаллом. Этот сплав показал некоторое повышение разрядной емкости (с 0,27 до 0,29 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч/г) благодаря увеличению содержания никеля и марганца; уменьшение скорости коррозии и диспергирования частиц из-за введения алюминия, что привело к увеличению срока службы аккумулятора до 1500 циклов. Также повышается емкость аккумулятора при температуре минус 40oС (до 0,29 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч).

Однако отмеченные улучшения характеристик сплава по нашему мнению являются недостаточными. Диспергирование частиц сплава и скорость коррозии остаются еще значительными по причине неоптимального состава сплава, при котором не обеспечиваются требуемые защитные свойства окисных пленок. По этой же причине возможен переход алюминия в электролит, его попадание на положительный оксидно-никелевый электрод и постепенное уменьшение емкости аккумулятора, т. к. алюминий является отравляющей примесью для оксидно-никелевого электрода. Скорости переноса водорода из центральной части к поверхности частиц и (или) собственно разряда являются также недостаточными, что не обеспечивает заметного повышения емкости при минус 40oС.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в значительном повышении электрических характеристик при отрицательных температурах и срока службы никель-металлгидридного аккумулятора в сочетании с высоким начальным значением разрядной емкости. Эта задача решается за счет того, что в известный водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода никель-металлгидридного аккумулятора на основе мишметалла, никеля, кобальта, алюминия и марганца дополнительно введены хром и/или цирконий при общей формуле MmNiводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Coводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Alводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Mnводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Crводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Zrводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023, где 0,5водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140231, 0,2водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 0,1водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 0водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140231, 0водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,5, 0,1водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 4,9водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140235,05.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный сплав для отрицательного электрода никель-металлгидридного аккумулятора отличается наличием в составе новых химических элементов, а именно: в состав сплава дополнительно введены хром и/или цирконий при общей формуле MmNiводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Coводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Alводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Mnводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Crводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023Zrводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023, где 0,5водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140231, 0,2водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 0,1водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 0водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140231, 0водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,5, 0,1водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140230,4, 4,9водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 22140235,05.

Пример 1. Был изготовлен опытный образец отрицательного электрода намазкой пасты, содержащей водородабсорбирующий сплав и связующее, на никелевую сетку с последующей сушкой и вальцеванием. Сплав имел состав MmNi4,150,5Al0,2Mn0,1Zr0,1, т.е. имел минимальные значения (по патентуемой формуле) водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 и максимальные значения водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023. Емкость сплава составила 0,3 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч/г. Для изготовления никель-металлгидридного аккумулятора использовали корпус и крышку от стандартного никель-кадмиевого аккумулятора типа НКГЦ-0,6 диаметром 14,5-1,5 мм и высотой 50,5-2 мм по ГОСТ 26367.1-93. Технология изготовления положительного оксидно-никелевого электрода была идентичной технологии изготовления электрода для никель-кадмиевого аккумулятора. Сепаратором служила прокладка из полипропилена или полиамида. Начальная емкость отрицательного электрода в 1,4 раза превышала емкость положительного электрода. Емкость аккумулятора при минус 40oС составила 0,6 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч (ток разряда 0,1 Сн). При циклировании емкость положительного электрода не изменялась, а емкость отрицательного электрода постепенно снижалась (за счет процессов коррозии и диспергирования сплава) и на 2500 цикле емкости обоих электродов сравнялись. При дальнейшем циклировании емкость отрицательного электрода стала меньше емкости положительного, и это привело, наряду с падением емкости аккумулятора, к возрастанию давления в аккумуляторе в конце заряда из-за образования газообразного водорода. Циклирование аккумулятора было прекращено после снижения емкости до 60% от номинальной.

Пример 2. Опытный образец изготовлен аналогично образцу примера 1 из сплава, имеющего состав MmNi3,50,7Al0,25Mn0,4Cr0,05Zr0,05. У этого сплава значения водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 находятся внутри заявляемых интервалов; водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 имеет минимальное, водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 - максимальное значение. Емкость сплава составила 0,31 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч/г, емкость аккумулятора при минус 40oС - 0,75 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч (ток разряда 0,1 Сн), срок службы - 2700 циклов.

Пример 3. Опытный образец аналогичен образцу примера 1, но сплав имел состав MmNi2,7CоAl0,4Mn0,4Сr0,4, т.е. имел минимальные значения водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 и максимальные значения водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023,водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023. Емкость сплава составила 0,31 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч/г, емкость аккумулятора при минус 40oС - 0,72 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч (ток разряда 0,1 Сн), срок службы - 2600 циклов.

Пример 4. Опытный образец по примеру 1 состава MmNi3,60,7Al0,3Mn0,2Сr0,21Zr0,09, в котором водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 было выше максимума. Емкость сплава составила 0,29 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч/г, емкость аккумулятора при минус 40oС - 0,08 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч (ток разряда 0,1 Сн), срок службы - 1500 циклов.

В таблице показано влияние состава активной массы отрицательного электрода никель-металлгидридного аккумулятора, имеющего габариты серийного аккумулятора НКГЦ-0,6, на емкость аккумулятора при минус 40oС и срок службы, а также на емкость сплава.

Из данных таблицы следует, что сплав предложенного состава (примеры 1-3) обеспечивает срок службы аккумулятора 2500-2700 циклов и емкость аккумулятора при минус 40oС 0,60-0,75 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч. При этом, как показали исследования аккумуляторов, длительный срок службы обеспечивается низкой скоростью диспергирования частиц сплава, благодаря оптимальному соотношению кобальта и алюминия, а также высокой коррозионной стойкостью его в щелочных растворах, благодаря наличию хрома и (или) циркония. Высокие электрические характеристики при отрицательных температурах обеспечиваются высокой скоростью переноса водорода из центральной части к поверхности частиц, а также отсутствием значительных количеств продуктов коррозии на поверхности частиц, снижающих скорости переноса водорода и (или) электрохимической стадии процесса. Повышенная коррозионная стойкость сплава обусловлена оптимальным составом окисных пленок на частицах, в который, наряду с окисью алюминия, входит также окись хрома и (или) окись циркония. По этой причине также ограничивается выщелачивание из сплава марганца и алюминия, что способствует соответственно сохранению высокого исходного значения разрядной емкости по мере циклирования и предотвращению отравления оксидно-никелевого электрода.

В случае увеличения содержания суммарного количества атомов Ni, Со, Аl, Мn, Сr и Zr в моле сплава выше рекомендованного предела (водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 = 5,1; пример 4) на границах зерен сплава при его изготовлении образуются фазы с пониженным содержанием Mm (Mm2Ni17 и др.) и фазы, которые не содержат Mm (АlNi3). Эти фазы интенсивно корродируют в щелочном электролите, приводя к снижению срока службы аккумулятора до 1500 циклов и уменьшению его емкости при минус 40oС до 0,08 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч.

При уменьшении содержания суммарного количества атомов Ni, Co, Al, Мn, Сr и Zr в моле сплава менее 4,9 (водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 = 4,8; пример 5) на границах зерен сплава образуются фазы, обогащенные Mm (MmNi, Mm2Ni7) no сравнению с основной фазой со структурой типа MmNi5. Эти фазы также подвержены интенсивной коррозии. Частицы сплава данного состава обладают очень высокой хрупкостью и интенсивно диспергируются, т.к. при циклировании аккумулятора наблюдаются объемные изменения сплава на 20-25% за счет процессов сорбции-десорбции атомов водорода. Срок службы -1000 циклов, емкость при минус 40oС - 0,28 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч.

При увеличении содержания атомов кобальта до значений водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 более 1 (водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023=1,1; пример 6), при уменьшении содержания атомов алюминия до значений водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 ниже 0,2 (водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023= 0,1, пример 9) и при уменьшении содержания атомов марганца до значений водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 ниже 0,1 (водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023=0,05, пример 11) водородная емкость сплава уменьшается до значений 0,24-0,25 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч/г. Небольшое уменьшение емкости отрицательного электрода при циклировании приводит к превышению емкости положительного электрода над емкостью отрицательного, что вызывает накопление газообразного водорода и срабатывание предохранительного клапана, приводящее к обезвоживанию аккумулятора. Срок службы падает до 1100-1200 циклов.

При уменьшении содержания атомов кобальта до значений водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 менее 0,5 (водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023= 0,4; пример 7), происходит интенсивное диспергирование частиц за счет увеличения твердости сплава и объемного расширения частиц при сорбции-десорбции водорода. Срок службы - 800 циклов, емкость при минус 40oС - 0,2 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч.

В случае увеличения содержания алюминия до значений водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023>0,4 (водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023=0,5, пример 8) на начальном этапе циклирования уменьшается водородопроницаемость окисных пленок на частицах (при этом уменьшается скорость диффузии водорода из центра к поверхности частиц), в результате чего снижается емкость при минус 40oС (до 0,23 Аводородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023ч). По мере циклирования алюминий выщелачивается и, попадая на положительный электрод, отравляет последний, что приводит к постепенному снижению его емкости и, в итоге, к уменьшению ресурса аккумулятора (до 1400 циклов).

При увеличении содержания атомов марганца до значений водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 выше 0,4 (водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023=0,5, пример 10) происходит изменение структуры сплава с усилением его коррозии и уменьшением срока службы аккумулятора до 1300 циклов.

При увеличении отношения содержания атомов хрома и/или циркония к содержанию алюминия (водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 и/или водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023/водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023 или их суммы (водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023+водородсорбирующий сплав для отрицательного электрода   никель-металлгидридного аккумулятора, патент № 2214023) выше рекомендованных пределов (примеры 12-14)) на поверхности частиц образуются прочные защитные пленки, замедляющие перенос водорода на поверхность и увеличивающие перенапряжение разряда. В результате падает емкость аккумулятора при отрицательных температурах, где изложенные эффекты имеют большое влияние.

При уменьшении суммы атомов хрома и циркония ниже минимума (примеры 15-17) окисные пленки на частицах не обладают достаточными защитными свойствами, вследствие чего продукты коррозии сплава (главным образом окислы лантана и других РЗМ) препятствуют переносу водорода из внутренней области частиц сплава к поверхности. Это приводит к значительному снижению емкости аккумулятора при температуре минус 40oС.

Таким образом, сплав предложенного состава для отрицательного электрода позволяет создать никель-металлгидридный аккумулятор с большим сроком службы и высокими электрическими характеристиками при отрицательных температурах.

Источники информации

1. Заявка на патент, 94001945, Н 01 М 10/34, Россия, приоритет от 20.01.94.

2. Патент 0271043, Н 01 М 10/34, Европа, приоритет от 07.12.87.

Класс H01M4/38 элементы или сплавы

активный материал отрицательного электрода на основе кремниевого сплава для электрического устройства -  патент 2509819 (20.03.2014)
активный материал отрицательного электрода на основе кремниевого сплава для электрического устройства -  патент 2508579 (27.02.2014)
способ изготовления структурированных частиц, состоящих из кремния или материала на основе кремния, и их применение в перезаряжаемых литиевых батареях -  патент 2451368 (20.05.2012)
способ изготовления волокон, состоящих из кремния или материала на основе кремния, и их применение в перезаряжаемых литиевых аккумуляторах -  патент 2444092 (27.02.2012)
электрохимические водородпоглощающие сплавы и аккумуляторы, содержащие гетерогенные порошкообразные частицы -  патент 2168244 (27.05.2001)
перезаряжаемый положительный электрод -  патент 2143768 (27.12.1999)
электрохимические водородпоглощающие сплавы и аккумуляторы, полученные с использованием магнийсодержащих сплавов -  патент 2141150 (10.11.1999)
водородабсорбирующий сплав для изготовления электрода -  патент 2132101 (20.06.1999)
перезаряжаемый водородный элемент -  патент 2121198 (27.10.1998)
неупорядоченный сплав для электрохимического аккумулирования водорода и ячейка для электрохимического аккумулирования водорода -  патент 2120156 (10.10.1998)

Класс H01M10/34 газонепроницаемые аккумуляторы

прокладка, биполярная батарея и способ изготовления прокладки -  патент 2449424 (27.04.2012)
способ эксплуатации никель-водородной аккумуляторной батареи в составе искусственного спутника земли -  патент 2395871 (27.07.2010)
аккумуляторная батарея космического аппарата -  патент 2390885 (27.05.2010)
никель-водородная аккумуляторная батарея -  патент 2386196 (10.04.2010)
никель-водородная аккумуляторная батарея -  патент 2368984 (27.09.2009)
контроль зарядки многоэлементной аккумуляторной батареи -  патент 2364012 (10.08.2009)
устройство для каталитической рекомбинации газов в щелочных аккумуляторах с укороченным цинковым анодом -  патент 2343600 (10.01.2009)
способ выравнивания емкости никель-водородной аккумуляторной батареи в составе ка -  патент 2321105 (27.03.2008)
способ изготовления герметичного никель-кадмиевого аккумулятора -  патент 2316853 (10.02.2008)
способ анализа никель-кадмиевого аккумулятора на предрасположенность к тепловому разгону -  патент 2310953 (20.11.2007)
Наверх