ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВИНЦОВО-КИСЛОТНОГО АККУМУЛЯТОРА

Полезная модель относится к основным элементам электрического оборудования, а именно батареям для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую, в частности, к конструкции отрицательного электрода для свинцово-кислотных аккумуляторов в сухозаряженном исполнении.
Уровень данной области техники характеризуют отрицательные пластинчатые пастированные электроды в сухозаряженном исполнении, представляющие собой решетчатую металлическую пластину, в ячейках которой вмазана паста активной массы, выполненной из порошка пористого свинца (см. патент SU 1393323, Н 01 М 4/14, 1984 г.).
Свинцовая решетка, вмонтированная по периметру в рамку из кислотоупорной пластмассы, сверху залита свинцом токопроводящей шины, является несущей сотовой конструкцией, механически скрепленной с пастой, адгезионное сцепление которых обеспечивается в результате сушки отформированного отрицательного электрода до содержания влаги 0,5% в активной массе.
Для снижения окисленности активной массы высушенных пастированных электродов порошок пористого свинца предварительно ингибируют альфа-оксинатойной кислотой, канифолью, литейным крепителем, глицерином, борной кислотой, крезолом и т.п. (см. Русин А.И., Основы технологии свинцовых аккумуляторов. Л., Энергоиздат, 1987, с.158-160). Сухая паста, из пор которой влага удалена полностью, практически окислению не подвергается, несмотря на то, что доступ воздуха в глубину пасты через поры открыт.
В качестве наиболее близкого аналога предложенному электроду по числу совпадающих признаков выбран отрицительный электрод для свинцово-кислотных аккумуляторов, особенности которого описаны в
изобретении SU 311320, Н 01 М 4/20, а именно то, что вмазываемую в ячейки решетки пасту предварительно обрабатывают 0,15-0,4%-ным водным раствором борной кислоты. Высушенная паста отформированного электрода прочно сцеплена с решеткой и не имеет растрескиваний, причем окисленность ингибированного порошка пористого свинца активной массы снижена до 10%.
Недостатком известного отрицательного электрода является относительно высокое содержание окиси свинца в активной массе, что ограничивает емкость аккумулятора в сухозаряженном исполнении и срок его службы.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение показателей назначения пастированных отрицательных электродов.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном отрицательном пластинчатом электроде, свинцовая решетка которого заполнена пастой активной массы из ингибированного порошка пористого свинца, согласно изобретению, в качестве ингибитора пористого свинца пасты использован водный раствор глицерина, а окисленность активной массы пасты составляет 3-4%.
Отличительные признаки обеспечивают повышение основных технических характеристик свинцово-кислотного аккумулятора в сухозаряженном исполнении по емкости и сроку службы.
Ингибирование порошка пористого свинца водным раствором глицерина позволило интенсифицировать сушку активной массы электрода инфракрасным излучением, которое обеспечивает равновесное испарение влаги из объема пасты без использования принудительного конвективного теплообмена, исключив обдув пластин горячим воздухом или перегретым паром.
Сокращение времени контакта пористого свинца высушиваемой пасты с кислородом технологического воздуха, отводящего выпаренную
влагу, в два-три раза позволило адекватно понизить содержание окиси свинца в активной массе отрицательного электрода.
При этом достигается дополнительный эффект в снижении потребительской стоимости электродов от сокращения энергопотребления на сушку и капитальных затрат на компактный сушильный аппарат.
Следовательно, каждый существенный признак является необходимым, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, как эффект суммы, а не сумма их эффектов.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по аккумуляторной технике, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного использования для серийного изготовления электродов, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
На чертеже изображен предлагаемый отрицательный электрод.
Прямоугольной формы пластина электрода включает свинцовую решетку 1, смонтированную в рамке 2 из кислотоупорной пластмассы и сверху залитую свинцом, сформированным в токопроводящую шину 3.
В ячейки 4 решетки 1 вмазана паста 5, выполненная из предварительно ингибированного водным раствором глицерина порошка пористого свинца.
Опытным путем оптимизирована плотность водного раствора глицерина в диапазоне 1,01-1,02 г/куб.см, которая обеспечивает равновесное (1,6-2,0%/мин) удаление влаги из объема пасты при облучении инфракрасным излучением с длиной волны 2-6 мкм, резонансной частоте колебаний молекулы воды. Это обстоятельство обеспечивает выпаривание влаги при температуре 60-80°С практически без потерь энергии на нагрев свинца.
При этом пластины пастированных электродов толщиной 2,5 мм высушиваются до влажности активной массы 0,5% в течение 10-12 минут при окисленности пористого свинца в требуемом диапазоне, что в полтора-три раза ниже, чем в прототипе.
Так, сушка контрольных партий пастированных отрицательных электродов, которые отличались использованием водных растворов разных ингибиторов: глицерина и борной кислоты, в равных вышеуказанных технологических режимах, обеспечила окисленность в диапазонах соответственно 3,4-4,4% и 6,1-9,9%.
Диапазон плотности водного раствора глицерина ограничен содержанием органических соединений из условия предохранения пористого свинца пасты от окисления при минимальном влиянии на емкость заряда электрода.
Температура сушки составляет 60-80°С при продувке щелевого конвейерного сушила холодным воздухом со скоростью 1-2 м/с.
При скорости больше 2 м/с интенсифицируется процесс окисления пористого свинца пасты из-за повышенного контакта электрода с кислородом продуваемого воздуха.
При скорости продувки воздуха менее 1 м/с ухудшается отвод ларов влаги от поверхности электрода, сушка пасты замедляется до 20 минут, что приводит к росту окисленности за установленный предел.
Количество тепла, затрачиваемого на сушку описанных пластинчатых электродов габаритами 375×982 мм толщиной 2,5 мм для получения влажности пасты от начальной 20% до конечной 0,5%, составляет 150-160 ккал/кг.
При затрате тепла на сушку более 160 ккал/кг происходит образование в пасте электрода микротрещин, активная масса отслаивается от решетки и осыпается, то есть не обеспечивается адгезионная прочность и конструкционное единство пастированного электрода.
При снижении интенсивности сушки, когда количество тепла на нагрев и испарение влаги снижается менее 150 ккал/кг, длитетельность процесса превышает 12 минут, что увеличивает окисленность пористого свинца активной массы выше заданного значения 4,5%.
Достигнутый таким образом относительно низкий уровень окисленности активной массы отрицательных электродов длительное время (не менее месяца) сохраняется неизменным при хранении электродов на воздухе.
При этом пастированные отрицательные электроды по настоящей полезной модели после заливки серной кислотой в сухо заряженном аккумуляторе обеспечивают без первого заряда 86-92% емкости, что мобильно и удобно в эксплуатации.