ЩЕЛОЧНОЙ АККУМУЛЯТОР

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в производстве и эксплуатации аккумуляторов.
При использовании щелочного аккумулятора в железнодорожных (вагонных), судовых и аналогичных им батареях, служащих для энергоснабжения систем освещения, кондиционирования, средств сигнализации и связи, заменяющих генераторы тока в период их бездействия и эксплуатирующихся в особо жестких условиях, необходимым условием надежной работы является высокая вибро- и ударопрочность внешней оболочки аккумулятора в широком диапазоне температур.
Известен щелочной аккумулятор, конструкция которого включает электроды, разделенные сепаратором, пространство между которыми заполнено электролитом. Корпус аккумулятора выполнен из химически стойкого материала, имеющего высокую механическую прочность, минимальную массу и, как правило, высокое электрическое сопротивление (см. В.Н.Варыпаев, М.А.Дасоян, В.Л.Никольский. Химические источники тока. М.: Высшая школа, 1990, с.14). Обычно корпус аккумулятора изготовлен из стали и покрыт снаружи эпоксиэмалью, а изнутри слоем никеля толщиной 10-15 мкм или оксидирован. Для обеспечения электроизоляции щелочных аккумуляторов, собранных в батарею, увеличения срока их службы и обеспечения безопасной работы аккумуляторы снабжают электроизоляционным чехлом.
Известен аккумулятор (патент РФ №2188482), содержащий электроды, разделенные сепаратором, корпус которого выполнен в виде металлического бака со съемным изоляционным чехлом, выполненным методом литья под давлением из пластифицированного поливинилхлорида. Указанный аккумулятор является наиболее
близким решением к заявляемому изобретению. Чехол обеспечивает электроизоляцию корпуса и служит амортизатором при вибрации и ударах.
Недостатками этого технического решения являются сравнительно невысокие эксплуатационные характеристики (диэлектрические параметрами, низкая ударная прочность при низких температурах, узкий интервалом рабочих температур, при сохранении стойкости к действию пламени) и сложность технологии изготовления корпуса аккумулятора, включающая в себя как минимум две стадии - изготовление металлического корпуса и полимерной оболочки, что предопределяет высокую стоимость аккумулятора.
Техническим результатом полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик и упрощение технологии изготовления аккумулятора, что привет к снижению его стоимости.
Технический результат достигается тем, что в щелочном аккумуляторе, содержащем электроды, разделенные сепаратором, корпус, заполненный электролитом, выполнен из термопластичной полиолефиновой не вулканизованной композиции.
Термопластичные полиолефиновые не вулканизованные компаунды являются высокотехнологичными, с низким удельным весом материалами, с отличной ударопрочностью при низких температурах, хорошей химической стойкостью, широким температурным интервалом работоспособности (от -50 до +70°С). Трудновоспламеняемость материала корпуса аккумулятора делает более безопасными условия его эксплуатации, а практически полный рециклинг и экологически безвредный процесс утилизации предопределяет большие преимущества данного класса материалов перед аналогами из ПВХ-пластикатов и вулканизованных каучуков (резины).
На фигуре представлен общий вид аккумулятора в разрезе. Щелочной аккумулятор состоит из корпуса (1), заполненного электролитом (раствор щелочи NaOH концентрации 30 мас.%.) (2), электродов (3, 4), разделенных сепаратором (5).
Корпус аккумулятора выполнен из термопластичной полиолефиновой не вулканизованной композиции, обладающей следующими свойствами: электрическое сопротивление не менее 30 МОм, электрическая прочность не менее 25 кВ/мм, ударная вязкость по Шарпи при Т=-60°С не менее 50 кДж/м2 без надреза и более 10 кДж/м2 с надрезом. Толщина стенки корпуса не менее 3 мм. Корпус изготавливают методом литья под давлением на горизонтальной литьевой машине при температуре массы расплава не более 220°С, при давлении впрыска 100-120 МПа и температуре литьевой формы 30°С.
В Таблице приведены сравнительные характеристики корпусов щелочных аккумуляторов, выполненных из пластифицированного ПВХ и термопластичной полиолефиновой не вулканизованной композиции.
Таблица.
№ п/п
Характеристики
Корпус из пластифицированного ПВХ
Корпус из термопластичной полиолефиновой не вулканизованной композиции
1.
Электрическое сопротивление, Мом
Не менее 20
Не менее 30
2.
Электрическая прочность, кВ/мм
Не менее 14
Не менее 25
3.
Ударная вязкость по Шарпи при -60°С, КДж/м<sup>2</sup>:- для образцов без надреза- для образцов с надрезом
Не менее 40 Не менее 5
Не менее 50 Не менее 10
4.
Стойкость к горению (кислородный индекс), %
Не менее 23
Не менее 25
5.
Стойкость к воздействию пониженных температур
До минус 40
До минус 50
6.
Стойкость к воздействию повышенных температур
До плюс 50
До плюс 70
Испытания проводились по следующим методикам:
1. Электрическая прочность - в соответствии с ГОСТ 6433.3-71 "Методы определения электрической прочности при переменном (частота 50 Гц) и постоянном напряжении".
2. Электрическое сопротивление - в соответствии с ГОСТ 6433.2-71 "Методы определения электрических сопротивлений при постоянном напряжении".
3. Ударная вязкость по Шарли - в соответствии с ГОСТ 4647.
4. Стойкость к горению - по значению кислородного индекса - в соответствии с ГОСТ 12.1.044 п.4.14. или ASTM D 2863.
5. Стойкость к действию пониженных температур - в соответствии с ГОСТ 16783
6. Стойкость к действию повышенных температур - эксплуатационная теплостойкость - в соответствии со стандартом UL 746 В.
Из приведенных в таблице данных следует, что корпус аккумулятора из термопластичной полиолефиновой не вулканизованной композиции обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с корпусом аккумулятора с чехлом из пластифицированного ПВХ, в частности - повышенными диэлектрическими параметрами, высокой ударной прочностью при низких температурах, более широким интервалом рабочих температур, при сохранении стойкости к действию пламени.
Испытания аккумуляторов, изготовленных согласно изобретению, показали, что аккумуляторы пригодны для эксплуатации в диапазоне температур -50-+70°С.
Данное изобретение позволяет значительно упростить технологию изготовления аккумулятора и, соответственно, снизить его себестоимость. Кроме того, применение термопластичной полиолефиновой не вулканизованной композиции в качестве материала корпуса аккумулятора позволяет:
- сохранить ударопрочность корпуса аккумулятора;
- существенно уменьшить вес аккумулятора;
- увеличить срок службы щелочного аккумулятора за счет повышения верхнего предела температуры эксплуатации корпуса до +70°С,
- улучшить диэлектрических свойства корпуса;
- обеспечить пожаробезопасность аккумулятора;
- добиться полной утилизации отходов производства корпуса аккумулятора;
- контролировать уровень электролита за счет полупрозрачного корпуса.