СПОСОБ ЗАПОЛНЕНИЯ ГЕРМЕТИЗИРОВАННОГО АККУМУЛЯТОРА ГЕЛЕОБРАЗНЫМ СЕРНОКИСЛЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ
METHOD OF FILLING SEALED ACCUMULATOR WITH GEL-LIKE SULPHURIC ACID ELECTROLYTE

Заявляемое изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве герметизированных свинцово-кислотных аккумуляторов с рекомбинацией газов.
Из предшествующего уровня техники (заявка на изобретение RU 2012147274, опубл. Бюл. №14, 2014) известен способ заполнения аккумулятора электролитом, включающий воздействие давления газов на электролит, разделение электролита и газа и подачу электролита в корпус батареи через сопла для впрыска жидкости.
Известный способ непригоден для заполнения герметизированного аккумулятора гелеобразным электролитом вследствие повышенной вязкости последнего.
Известен способ заполнения герметизированного свинцового аккумулятора сернокислым гелеобразным электролитом, заключающийся в создании разрежения в аккумуляторе до 2 кПа, подаче в него свежеприготовленного гелеобразного электролита и выдержке для пропитки пористых деталей аккумулятора электролитом (патент RU 2398313 27.08.2010 - ближайший аналог).
Недостатком этого способа является активное испарение воды из электролита под воздействием постоянного вакуума в корпусе аккумулятора, в результате чего происходит охлаждение электролита с уменьшением текучести и ускоренным структурированием последнего, что ухудшает равномерность пропитки электролитом пор активных масс электродов и сепараторов и уменьшает степень поглощения (адсорбции) электролита в объеме аккумулятора. Вследствие этого снижается электропроводность аккумулятора и его емкость, а разряд аккумулятора сопровождается неравномерным распределение тока по сечению электродных пластин и сепараторов и уменьшением плотности тока. Кроме того, происходит деформация стенок корпуса во внутренний объем аккумулятора, что уменьшает степень заполнения аккумулятора электролитом и снижает его емкостные характеристики.
Задача настоящего изобретения состоит в создании способа заполнения герметизированного свинцового аккумулятора сернокислым гелеобразным электролитом, который предусматривает повышение удельной энергии и плотности тока разряда свинцово-кислотного аккумулятора за счет улучшения пропитки пористых активных масс электродов и сепараторов электролитом и, как следствие, повышения степени его поглощения пористыми деталями аккумулятора.
Указанный технический результат достигается заявляемым способом заполнения герметизированного свинцового аккумулятора сернокислым гелеобразным электролитом, включающим, как и известный способ, создание разрежения газов в аккумуляторе, подачу в него электролита и выдержку для пропитки электролитом пористых деталей аккумулятора, согласно предлагаемому изобретению создание разрежения и подачу электролита производят циклически, причем выдержку осуществляют при атмосферном давлении газов.
Заявляемое изобретение за счет чередования (цикличности) кратковременного создания разрежения в аккумуляторе с одновременной подачей электролита и последующей выдержки (паузы) для пропитки электролитом пористых активных масс обеспечивает улучшение пропитки пористых активных масс электродов и сепараторов электролитом и, как следствие, повышение степени его поглощения пористыми деталями аккумулятора.
Механизм положительного влияния цикличности заполнения электролитом аккумулятора состоит в следующем. В первой половине цикла (создание разрежения и подача порции электролита) снижается давление воздуха в порах активных масс деталей аккумулятора. Вследствие этого электролит активно пропитывает поры под действием капиллярных и гидростатических сил, то есть имеет место положительный эффект создания разрежения в аккумуляторе (как и в ближайшем аналоге).
Во второй половине цикла в аккумуляторе создают атмосферное давление газов, вследствие чего резко уменьшается испарение воды из электролита и его охлаждение, что замедляет снижение текучести исходного коллоидного электролита. Благодаря этому происходит дополнительная пропитка электролитом пор активных масс деталей аккумулятора.
Кроме этого, при подаче другой порции электролита в первой половине следующего цикла, подвижный электролит нижерасположенного слоя хорошо смешивается с электролитом следующей порции. А во второй половине этого цикла, при создании атмосферного давления и выдержке, происходит дополнительная пропитка электролитом пор активных масс деталей аккумулятора, в том числе в зоне границы выше и нижерасположенных слоев электролита. Вследствие этого улучшается равномерность структуры электролита по высоте аккумулятора.
Создание атмосферного давления газов во второй половине циклов также приводит к сопутствующему эффекту, связанному с возвратом боковых пластиковых стенок корпуса аккумулятора в первоначальное положение и заполнением достаточно текучим электролитом образующейся полости между стенками и нижерасположенным слоем электролита.
Таким образом, за счет улучшения пропитки пористых активных масс электродов и сепараторов электролитом и, как следствие, повышения степени его поглощения пористыми деталями аккумулятора, заявляемый способ обеспечивает повышение удельной энергии и плотности тока разряда свинцово-кислотного аккумулятора.
Технические решения, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию «новизна».
Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».
Поскольку заявляемое изобретение обеспечивает технический результат, выражающийся в повышении удельной энергии и плотности тока разряда свинцово-кислотного аккумулятора за счет улучшения пропитки пористых активных масс электродов и сепараторов электролитом и, как следствие, повышения степени его поглощения пористыми деталями аккумулятора, то можно сделать вывод, что изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».
Подтверждение возможности осуществления заявляемого изобретения изложены в подробном описании примеров использования способа заполнения герметизированного свинцового аккумулятора сернокислым гелеобразным электролитом и оценке характеристик аккумуляторов, заполненных в соответствии с заявляемым изобретением.
Пример 1. Заполнение опытных образцов аккумулятора номинальной емкостью 300 А·ч гелеобразным электролитом в количестве 2,5 кг производили путем его цикличной (с паузами) порционной подачи в аккумулятор при следующих условиях.
1. Температуру электролита перед заполнением аккумулятора поддерживали менее чем 15°С (предпочтительно 10-12°С).
2. Текучесть электролита проверяли с помощью стеклянной трубки диаметром 2,7 и длиной 200 мм. Через такую трубку за одну минуту протекало 125-135 г геля.
3. Заполнение аккумулятора гелевым электролитом производили с помощью специально сконструированной заправочной головки, содержащей центральный канал для создания разрежения в аккумуляторе и кольцевой канал для подачи геля в аккумулятор.
3. Головку устанавливали в отверстие пробки аккумулятора таким образом, чтобы уплотнение головки располагалось на окантовке пробочного отверстия К патрубку вакуумного канала заправочной головки герметично подключили гибкий трубопровод, на другом конце которого установили трехходовой кран с возможностью соединения шланга с вакуумной системой или атмосферой. Вакуумная система обеспечивала разрежение воздуха до 70 кПа.
4. К патрубку кольцевого канала заправочной головки для заливки электролита в аккумулятор герметично подсоединили воронку с краном, позволяющим регулировать подачу электролита через воронку под действием силы тяжести электролита.
Порядок заполнения образцов аккумулятора гелеобразным электролитом:
1. Создать разрежение воздуха в вакуумной системе, например, 40 кПа;
2. Закрыть кран заливочной воронки;
3. Трехходовым краном подключить гибкий трубопровод патрубка вакуумного канала заправочной головки аккумулятора к вакуумной системе;
4. Порцию свежеприготовленного электролита, например, в количестве 1 кг (~40% от требуемого) залить в мерную емкость, а из нее - в заливочную воронку;
5. Открыть кран заливочной воронки и подать в аккумулятор отмеренную порцию электролита в течение 5-15 с;
6. Закрыть кран заливочной воронки;
7. Трехходовым краном подключить гибкий трубопровод вакуумного канала заправочной головки к атмосфере;
8. Выдержать паузу в течение 20-30 с для пропитки пористых активных масс аккумулятора электролитом;
9. Повторить пункты 3-8 для подачи в аккумулятор следующих порций требуемого количества электролита:
0,5 кг (~20%) дважды и 0,25 кг (~10%) дважды.
10. Выдержать паузу в течение 1,0-1,5 ч для обеспечения равномерной пропитки электролитом пор активных масс в объеме аккумулятора;
11. Проверить уровень электролита, при необходимости долить в аккумулятор дополнительное количество электролита.
По завершении циклического заполнения электролитом аккумулятора установлено, что уровень электролита опустился ниже требуемого и для компенсации усадки электролита дополнительно залили в аккумулятор 350 г свежеприготовленного электролита. Таким образом, общее количество электролита, заполнившего аккумулятор, составило ~2,85 кг.
Электрические характеристики опытных образцов аккумулятора с загущенным электролитом приведены в таблице.
Примеры 2-7. Заполнение опытных образцов аккумулятора осуществляли аналогично примеру 1, но при других значениях параметров заполнения аккумулятора электролитом. В примерах 8-9 приведена оценка уменьшения времени выдержки электролита при атмосферном давлении, а в примерах 10-11 - увеличения времени выдержки. Данные примера 12 получены при постоянном не глубоком вакууме (~30 кПа) в процессе одностадийного заполнении электролита согласно ближайшему аналогу.
На основании данных, приведенных в таблице, можно утверждать, что, по сравнению с известным техническим решением, заявляемый способ обеспечивает повышение удельной энергии и плотности тока разряда свинцово-кислотного аккумулятора за счет улучшения пропитки пористых активных масс электродов и сепараторов гелеобразным электролитом и, как следствие, повышения степени его поглощения пористыми деталями аккумулятора. При этом аккумулятор обладает большей на 15-20% величиной плотности тока в номинальном и пиковом режимах разряда, а также повышенной на 11-20% емкостью и удельной энергией.
Оптимальное значение разрежения газов в аккумуляторе при циклическом заполнении гелеобразным электролитом составляет 40-60 кПа, а длительность выдержки для пропитки пор активных масс аккумулятора - 20-30 секунд.