катод марганцево-цинкового химического источника тока

Формула изобретения

Катодная пористая структура для диоксид-марганцевого химического источника тока на основе смеси МnО₂, графита, отличающаяся тем, что дополнительно вводится диспергированный скелетный никель в соотношении, вес.%: MnO₂(10÷15):Ni(0,8÷1).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к составу смеси для положительного электрода Mn, Zn щелочного химического источника тока (ХИТ).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является электрод, состоящий из смеси MnO₂, графита, соединений бария [1-3]. Однако использование соединений бария способствует снижению емкости ХИТ из-за уменьшения действующей активной массы катода, расширению элемента, возможны процессы образования гетеролитов, что может привести к внутреннему замыканию элемента.

Цель изобретения - улучшить проводимость диоксидмарганцевого катода за счет уменьшения механического разрушения при расширении, повысить напряжение элемента питания во время заряда-разряда перезаряжаемых щелочных ХИТ.

Согласно изобретению использование порошков скелетного никеля в составе катода позволяет улучшить проводимость электрода и снижает вспучивание катодной массы во время заряда и разряда элементов. Введение диспергированных порошков никеля улучшает эксплуатационные свойства элементов питания, так как скелетный никель является адсорбентом с развитой структурой микропор, что позволяет эффективно поглощать газообразные продукты во время работы элемента и его перезарядки. Данное свойство позволяет эффективно использовать эти продукты в процессах обратимой работы элемента, что повышает емкость элемента, напряжение разряда при работе. Сравнительные испытания элементов, содержащих диспергированный никель, равномерно распределенный по объему катодной массы и без него, показали, что в случае одноразового ХИТ емкость Mn, Zn-элемента в среднем выше на 20%. Цилиндрический Mn, Zn источник питания с никелем в составе катода (RLR-6AA) имеет напряжение разомкнутой цепи 1,6 B, емкость 2 А·ч, токи нагрузки - 150 мА·ч, а в импульсном режиме - до 500 мА. Время заряда 7÷8 часов при 25 мА, а в прототипе без никеля время заряда при 60 мА - 14 часов. Рабочий диапазон температур от -20 до +60°C позволяет вести зарядку независимо от степени использования активных масс в постоянном и импульсном режиме. Саморазряд в год - 2%. Перезаряжаемые до полной разрядки (0,9 В) первые 40 циклов имеют емкость в среднем 1,3÷1,6 A·ч, т.е. получаются почти равные циклы. Перезаряжаемые Mn, Zn батарейки при наличии скелетного никеля могут перезаряжаться от 100 до 600 раз в зависимости от использования и частоты перезарядки. Наличие никеля в катодной массе также увеличивает сохранность и работоспособность батарейки, через 5 лет хранения при 25°C остается 80% емкости в перезаряженном варианте.

Скелетный никель получали обработкой диспергированного сплава N:Al:Fe=49:50:1 (мас.%) в 6÷8 М КОН в течение 0,5÷1 часа при 5-10°C и 3÷4 часа при 95÷105°C с удалением раствора травления, содержащего алюминаты, через каждые полчаса с заменой на свежий раствор. Активный никелевый катализатор имел удельную поверхность до 100±2 м²/г, пористость 0,5±0,05 см³/см ³, а максимальное распределение объема пор по радиусу отвечало средним размерам пор 2 мкм. Исходные образцы сплава Ni, Al, Fe имели средний радиус частиц 5 мкм. Соотношение C_MnO2 :C_Ni - 10÷15 к 0,8÷1 (вес.%) в составе катодной массы.

Источники информации

1. Вальтрауд Таухер, Карл Кордели, Джозеф Даниель-Айвад, № 2096867, КИ кл.6, H01M 4/50 (1992).

2. Карл Кордели, № 4929520 US, кл. H01M 2/18 (1990).

3. Карл Кордели, № 4957827 US, кл. H01M 10/24 (1990).