Щелочной аккумулятор

Щелочные аккумуляторы (Рис.4) Щелочной аккумулятор являются перспективными автономными источниками энергии, которые были разработаны в качестве альтернативы кислотным аккумуляторам, обладающим низкими удельными электрическими характеристиками, недостаточным срокам службы, требующим обслуживания при перерывах в эксплуатации. Щелочные аккумуляторы свободны от указанных недостатков и потенциально могут обеспечить срок службы 10 15 лет и ресурс до 4000 циклов и выше.

Однако реализации указанных потенциальных возможностей щелочных аккумуляторов мешают следующие процессы: дендритообразование, приводящее к замыканию электродов и выходу аккумулятора из строя, выделение кислорода на положительном электроде и его миграция к отрицательному, приводящая к потере емкости, перенос массы с электрода на электрод, разбухание электродов в процессе циклирования, приводящее к отслаиванию и осыпанию активной массы.

Для решения указанных проблем принимаются различные меры, такие как применение многослойных композитных сепараторов, избыточность емкости отрицательного электрода, плотная сборка электродов с использованием набухающих сепараторов, применение различных конструкций электродов: ламельных, прессованных, намазных, металлокерамических и т. п.

Известен щелочной аккумулятор, содержащий корпус, электролит, отрицательный цинковый электрод, положительный электрод и сепаратор, установленный между электродами. Для замедления роста дендритов, приводящих к закорачиванию электродов, используется сепаратор, имеющий гладкую поверхность, обращенную к отрицательному электроду, и канавки на поверхности, обращенной к положительному электроду.

Образующийся при заряде на положительном электроде кислород диффундирует через поры сепаратора на отрицательный электрод, где окисляет дендриты цинка.

Недостатками указанного аккумулятора являются избыточность емкости цинкового электрода, что снижает удельные характеристики, а также необходимость периодического разряда аккумулятора практически до нуля, чтобы предотвратить перезаряд цинкового электрода и усиление дендритообразования.

Известен щелочной аккумулятор, содержащий корпус, раствор щелочного электролита, положительный электрод и отрицательный цинковый электрод, разделенные многослойным сепаратором. Наличие многослойного сепаратора позволяет повысить ресурс аккумулятора за счет механической защиты от замыкания.

Недостатком этого аккумулятора является ограниченный ресурс, связанный с заколачиванием электродов из-за деструкции сепаратора и прорастания дендритов через сепаратор. Кроме того, выделяющийся на положительном электроде кислород, диффундирует к отрицательному электроду, вызывая его пассивацию за счет окисления.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является щелочной аккумулятор, содержащий корпус, раствор щелочного электролита, положительный электрод и отрицательный цинковый электрод, разделенные многослойным сепаратором, содержащим мембрану, проницаемую для электролита, но непроницаемую для ионов, выходящих из отрицательного электрода, и газообразного кислорода, выделяющегося на положительном электроде. Наличие указанной мембраны в составе сепаратора предотвращает перенос материала отрицательного электрода на положительный электрод и диффузионный перенос кислорода на отрицательный электрод, приводящих к снижению электрических характеристик и ресурса. Недостатком этого аккумулятора является ограниченный ресурс при использовании цинкового электрода, связанный с образованием дендридов и заколачиванием электродов.

Задачей изобретения является создание щелочного аккумулятора, обладающего повышенным ресурсом и высокими удельными электрическими характеристиками.

Указанный технический результат достигается тем, что в щелочном аккумуляторе, содержащем корпус, раствор щелочного электролита и положительный и отрицательный электроды, разделенные многослойным сепаратором, согласно изобретению между электродами дополнительно размещена пористая металлическая фольга.

Целесообразно пористую металлическую фольгу размещать между слоями сепаратора. Это позволяет исключить возможность закорачиванию электродов за счет механической и электрохимической защиты электродов. Растущие дендриты не в состоянии проколоть металлическую мелкопористую фольгу, препятствуют переносу цинковых ионов на положительный электрод и диффузии кислорода на отрицательный электрод, вызывающего его окисление и пассивацию.

Целесообразно, чтобы металлическая фольга примыкала к одному из электродов. Это особенно необходимо при использовании в аккумуляторах намазных или прессованных электродов, активная масса которых при циклирования набухает, отслаивается и осыпается. Для сбора осыпающейся массы и предотвращения закорачивания электродов в аккумуляторах в данной части предусмотрено шламовое производство, наличие которого снижает удельные электрические характеристики. Размещение пористой фольги около электрода препятствует осыпанию активной массы, поскольку функционально она выполняет функцию ламели. Кроме того, поскольку фольга пропитана электролитом и непроницаема для кислорода, она предотвращает пассивацию отрицательного электрода и исключает необходимость выполнения его с избыточной по отношению к положительному электроду емкостью.

Целесообразно, чтобы пористая металлическая фольга имела толщину 50 200 мкм, пористость 30 60% и размер пор 1 20 мкм. Пористую фольгу толщиной менее 50 мкм трудно технологически изготовить, и она обладает недостаточной механической прочностью. Применение фольги толщиной более 200 мкм нецелесообразно, поскольку увеличение толщины не приводит к дальнейшему увеличению ресурса, однако снижает удельные электрические характеристики за счет увеличения массогабаритов аккумулятора.

Диапазоны пористости металлической фольги и диаметра пор определяются внутренним электрическим сопротивлением аккумулятора, надежностью механической защиты от закорачивания и газонапорными свойствами.

Дата добавления: 2015-08-17