Водородосорбирующий сплав для активной массы отрицательного электрода никель-гидридного аккумулятора

Водородосорбирующий сплав для активной массы отрицательного электрода никель-гидридного аккумулятора

Реферат

 

Использование: производство никель-гидридных аккумуляторов. Сущность изобретения: водородсодержащий сплав с общей формулой LaNi_aCo_bMn_c содержит компоненты в следующем соотношении, ат.мас.: а = 2,4-2,6; в = 2,3-2,4; с = 0,1-0,2, при a+b+c = 5. 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, для изготовления активной массы отрицательного электрода никель-гидридного аккумулятора, используемого преимущественно в качестве химического источника электропитания бытовой портативной радиоэлектронной аппаратуры.

Известен сплав на основе никеля и лантана типа LaNi₅, обладающий свойством быстрой и обратимой сорбции водорода [1] К недостаткам данного сплава следует отнести то обстоятельство, что при интенсивных зарядно-разрядных режимах происходит разрушение активной массы по причине прямого контакта металлической фазы с кислородом в виду деградации гидридной фазы cплава, так как при быстром разряде водород не успевает диффундировать к поверхности зерна, обнажая чистую металлическую поверхность, склонную к разрушению. Отмеченные негативные процессы приводят к уменьшению сорбционной емкости активного вещества и снижению эксплуатационных характеристик аккумулятора, особенно при отрицательных температурах разряда за счет ускорения пассивирующих реакций на поверхности частиц сплава.

Известен водородосорбирующий сплав следующего состава: LaNi_2,5Co_2,4, Al_0,1[2] обеспечивающий достаточно высокую электрическую емкость аккумулятора при разряде током, равным 20% от номинальной емкостной механическую прочность сплава в процессе длительного циклирования. В рассматриваемом сплаве по сравнению со сплавом [1] часть никеля замещена кобальтом и алюминием, являющимися активирующими добавками, замедляющими процесс образования на поверхности активной массы оксидов. Однако диспергирование указанного сплава в межэлектродное пространство остается значительным за счет постепенного перехода в электролит частиц алюминия и оседания их на металлоксидный положительный электрод, что приводит к снижению скорости токообразующих процессов.

Наиболее близким к заявляемому сплаву по химическому составу является водородосорбирующий сплав [3] общей формулы M_mNi_aCo_b,Mn_c, где M_m- смесь РЗЭ на основе лантана о содержанием последнего в смеси в количестве от 20 до 50 мас. при соотношении компонентов в сплаве, ат.мас. 2,5 < а < 3,5, 0,4 < b < 1,5 0,2 < c < 1 и 3,85 < а + b + с < 4,78.

В данный сплав по сравнению о аналогом [2] вместо алюминия введен марганец в качестве активирующей и стабилизирующей добавки, выполняющей функцию замедления процесса образования на поверхности частиц активного вещества оксидных пленок и старения массы из-за рекристаллизации мелких кристаллов сплава в более крупные.

Однако сплав-прототип характеризуется недостаточной водородосорбирующей емкостью ввиду наличия в нем повышенного количества мишметалла, а также значительным гистерезисом процесса сорбции-десорбции водорода. Кроме того из-за малого количества кобальта снижается прочности сплава и срок службы аккумулятора не превышает 400-450 циклов, а значительное содержание марганца, превышающее в некоторых вариантах количество кобальта, приводит к повышению вязкости сплава, что затрудняет процесс получения ультрадисперсного порошка. К недостаткам прототипа следует отнести также резкое снижение основных электрических и эксплуатационных параметров аккумулятора при отрицательных рабочих температурах и интенсивных режимах разряда.

Задача изобретения заключается в повышении водородосорбирующих свойств сплава, а также электрических и эксплуатационных характеристик аккумулятора, особенно при отрицательных рабочих температурах и интенсивных режимах разряда.

Поставленная задача решается за счет того, что в сплаве, включающем лантан, никель, кобальт и марганец при общей формуле LaNi_aCo_bMn_c, компоненты взяты в следующем соотношении, ат.мас. а 2,4 2,6 b2,3-2,4, с0,1-0,2, при a + b + с 5. Использование в сплаве лантана позволяет повысить водородоcорбирующую емкость и уменьшить значение гистерезиса процесса сорбции-десорбции. Увеличение количества кобальта при одновременном уменьшении количества марганца в сплаве способствует повышению его прочности и упрощению процесса получения гранулированного порошка заданной фракции. Кроме того, суммарное количество никеля, кобальта и марганца в сплаве, равное 5 ат.мас. в наибольшей степени удовлетворяет стехиометрическому составу, обеспечивающему повышенные электрические и эксплуатационные параметры аккумулятора, особенно при отрицательных рабочих температурах и интенсивных режимах разряда, Количественные соотношения кобальта и марганца,а также содержание всех компонентов в сплаве, определены экспериментальным путем. Содержание кобальта менее 2,3 ат.мас. не обеспечивает достаточной прочности сплава, а более 2,4 ат. мас. нецелесообразно по экономическим причинам. Содержание марганца менее 0,1 ат.мас. не оказывает заметного депассивирующего эффекта, а более 0,2 ат.мас. способствует повышению вязкости сплава и затрудняет последующий процесс изготовления ультрадисперсного порошка.

Пример конкретного осуществления. Сплав заданного состава получали методом индукционной плавки в атмосфере аргона с последующей разливкой во вращающуюся изложницу. Полученные за счет центробежных сил слитки сегментной формы были подвергнуты механическому измельчению на конусной дробилке. После сепарации для получения активной массы использовали порошок с размером гранул менее 80 мкм. Для изготовления никель-гидридного аккумулятора брали корпус и крышку от стандартного цилиндрического никель-кадмиевого аккумулятора типа НКЦ-0,45 наружным диаметром 14 и высотой 50 мм. Технология изготовления отрицательного никель-гидридного аккумулятора была идентичной технологии изготовления рулонных электродов никель-кадмиевого аккумулятора. Были изготовлены отрицательные электроды с активной массой на основе заявляемого сплава (таблица, примеры 1-3). Номинальная электрическая емкость (С_н) изготовленных аккумуляторов ограничивалась емкостью отрицательного электрода и оказалась равной 0,85 Ач. Фактическая емкость составила в среднем около 1,1 Ач. Результаты испытаний приведены в таблице.

Анализ результатов испытаний аккумуляторов с отрицательным электродом, содержащим активную массу на основе заявляемого сплава, показывает на значительное повышение электрических и эксплуатационных параметров. Особенно заметное улучшение емкостных характеристик аккумулятора наблюдается при отрицательных температурах разряда, так, при разряде током плотностью 6,8 А до значения напряжения 0,8 В фактическая емкость сохраняется на уровне 50% от номинального значения.

Дополнительным преимуществом новых аккумуляторов является повышенный ресурс работы, равный в среднем 600 циклам, Источники информации 1. Центер Б.И.Лызлов Н.Ю. Металл-водородные электрохимические системы, Л-д, Химия, Ленинградское отделение, 1969, с. 168.

2. Патент США N 5104753, H 01 M 4/86, заявл. 31,08.90, опубл.14.04.92.

3. Патент США N 5008164, Н 01 M 4/38, опубл.16.04.91 прототип.

Формула изобретения

Водородосорбирующий сплав для активной массы отрицательного электрода никель-гидридного аккумулятора, включающий лантан, никель, кобальт и марганец, отличающийся тем, что в качестве водородсорбирующего сплава взят сплав общей формулой LaNi_aCo_bMn_c, компоненты которого взяты в следующем соотношении, ат.мас. а=2,4-2,6, b=2,3-2,4, с=0,1-0,2, при а+b+с=5.