Способ получения электролита

Способ получения электролита

Реферат

Изобретение относится к электротехнике, к технологии получения гелевых электролитов с повышенной вязкостью, может использоваться в электродах сравнения для электрохимической защиты от коррозии, где необходимо исключить утечки жидкого электролита.

Известен электрод сравнения неполяризующийся по патенту на изобретение РФ №2386728, C23F 13/16, 2007, заполненный электролитом из насыщенного раствора сульфата меди в смеси воды и этиленгликоля. В корпус с электролитом помещен углеволокнистый сорбент «Бусофит», покрытый осажденной медью. Также известен электрод сравнения неполяризующийся по патенту на полезную модель №68001, C23F 13/00, 2007, в корпусе которого расположен медный стержень, корпус заполнен мелкими медными частицами произвольной формы, например медными опилками, и электролитом из насыщенного раствора сульфата меди в смеси воды и этиленгликоля. Недостатком обоих технических решений является возможная утечка жидкого электролита из корпуса электрода, приводящая к выходу из строя электрода сравнения.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран силикатный раствор с низким содержанием натрия, приготовленный по технологии намагничивания, как электролит для свинцовых кислотных аккумуляторных батарей и его применение по патенту РФ на изобретение №2258981, Н01М 10/1, 2005. Электролит получают добавлением в силикагель воды с одновременным перемешиванием получающейся смеси. Силикагель содержит 40-60% по массе двуокиси кремния, воду добавляют в количестве 15-25 массовых единиц. Далее в раствор добавляют неорганическую кислоту для получения силикатной смеси. Кислоту выбирают из следующего списка: соляная кислота, щавелевая кислота, серная кислота. Проводят намагничивание полученной силикатной смеси и перемешивание до необходимой динамической вязкости. Вязкость получаемого электролита недостаточна для использования его в электроде сравнения. Недостаточная вязкость электролита может привести к его утечке и преждевременному выходу электрода из строя. Кроме того, для использования данного электролита в электроде сравнения необходимо применение специальных уплотнений.

Технической задачей изобретения является улучшение эксплуатационных свойств получаемого электролита.

Технический результат заключается в повышении вязкости электролита без ухудшения его проводящих свойств.

Технический результат достигается тем, что в способе получения электролита, включающем получение жидкого силикатного раствора, добавление неорганической кислоты, механическое перемешивание, согласно изобретению получают жидкий силикатный раствор путем введения полисиликата натрия в раствор этиленгликоля в воде, содержание этиленгликоля в растворе этиленгликоля в воде составляет 33±1,6 мас. %, соотношение полисиликата натрия и раствора этиленгликоля в воде составляет 0,500±0,05 г/г, проводят механическое перемешивание смеси, в две стадии добавляют серную кислоту, соотношение серной кислоты к введенному полисиликату натрия составляет 0,202±0,001 г/г, на первой стадии вводят не менее 50 мас. % от общего количества серной кислоты при непрерывном механическом перемешивании, на второй стадии прокалывают слой образовавшегося геля на всю его глубину и вводят в полученные отверстия оставшуюся серную кислоту, далее проводят механическое перемешивание до получения однородной гелевой массы и добавляют сухой медный купорос, взятый в количестве, при котором соотношение медного купороса и раствора этиленгликоля в воде составляет 0,450±0,02 г/г, далее вводят электролит без добавок, полученный растворением медного купороса в растворе этиленгликоля в воде, соотношение электролита без добавок и первоначально введенного раствора этиленгликоля в воде составляет 0,360±0,02 г/г, проводят механическое перемешивание смеси.

Технический результат обеспечивается за счет того, что первоначально смешивают раствор этиленгликоля в воде с полисиликатом натрия. Гликоль хорошо растворяется в воде и сам является хорошим растворителем, из-за наличия двух полярных ОН-групп в молекулах, он обладает достаточно высокой вязкостью и плотностью. Полисиликат натрия является электролитом. Полисиликат натрия, называемый жидким стеклом, используют в качестве источника гидратированного диоксида кремния, образующего гель. Данный материал представляет собой раствор соединения, имеющего брутто-состав Na₂O·nSiO₂, где n=2-4. В отличие от кристаллического метасиликата натрия Na₂SiO₃, это полимерное стеклообразное вещество. При механическом перемешивании этих компонентов получают жидкий силикатный раствор-электролит. Количество полисиликата натрия, обусловленное необходимой вязкостью электролита, определено опытным способом и составляет относительно количества раствора этиленгликоля в воде 0,500±0,05 г/г. Добавление серной кислоты вызывает образование гидратированного диоксида кремния, который полимеризован до сферических частиц размером от 2 до 100 нм. Это объясняется тем, что при полимеризации, вызываемой присутствием кислоты, образуется силоксановая мостиковая связь Si-O-Si между полисиликат-ионами, которые не разрываются при разбавлении. Серная кислота вступает в реакцию нейтрализации с сильнощелочным раствором жидкого стекла с получением в результате необходимой нейтральной среды гелевого электролита. Количество применяемой концентрированной серной кислоты строго соответствует количеству предварительно введенного полисиликата натрия. Соотношение серной кислоты к введенному полисиликату натрия составляет 0,202±0,001 г/г, при этом мольное соотношение Na₂O/H₂SO₄=1/1. Введение серной кислоты в две стадии с заливкой кислоты в проколы слоя смеси на второй стадии позволяет получить однородную гелевую массу. Сульфат меди, взятый в виде медного купороса, вводят в электролит в концентрации, близкой к насыщенному раствору. Соотношение медный купорос (в виде сухого порошка): раствор этиленгликоля в воде составляет 0,450±0,02 г/г. Введение сухого медного купороса позволяет придать получаемой гелевой массе свойства сильного электролита. Концентрация насыщенного раствора обеспечивает стабильность химического равновесия и связанного с последним электродного потенциала -0,120 B. Добавление на завершающей стадии электролита без добавок позволяет проводить коррекцию вязкости получаемого электролита. Электролит без добавок получают растворением медного купороса в растворе этиленгликоля в воде. Используют тот же раствор этиленгликоля в воде, что и на первой стадии получения гелевого электролита. Соотношение электролита без добавок и первоначального раствора этиленгликоля в воде составляет 0,360±0,02 г/г. Коррекция вязкости вызвана технологическими особенностями сборки электрода сравнения. Таким образом, получают сильный электролит с необходимым значением вязкости для использования его в электродах сравнения.

Способ получения электролита осуществляют следующим образом.

Готовят раствор полисиликата натрия - жидкого стекла в растворе этиленгликоля в воде в пластиковой или эмалированной смесительной емкости с помощью электромеханической мешалки. Соотношение полисиликата натрия и раствора этиленгликоля в воде составляет 0,500 г/г. В полисиликате натрия содержание Na₂O составляет 12,22 мас. %, содержание SiO₂ составляет 32,42 мас. %. В смесительную емкость заливают раствор этиленгликоля в воде при концентрации этиленгликоля 33%, после чего загружают полисиликат натрия, называемый жидким стеклом. Жидкое стекло, имеющее более высокий удельный вес, собирается в нижней части емкости. Компоненты тщательно перемешивают с помощью высокоскоростной электромеханической мешалки. Далее в полученный раствор вводят концентрированную серную кислоту при непрерывно перемещаемой мешалке. Соотношение серной кислоты к введенному ранее полисиликату натрия составляет 0,202 г/г. Используют 96%-ную серную кислоту, квалификации ХЧ, плотностью 1,84 г/см³. Серную кислоту добавляют в две стадии. На первой стадии вводят не менее 50% серной кислоты от ее общей массы и проводят непрерывное механическое перемешивание, после этого происходит образование жесткого геля во всем объеме раствора. Далее в полученной массе прокалывают отверстия на всю глубину полученного слоя и вливают в отверстия оставшуюся часть серной кислоты. После загрузки всего количества кислоты смесь перемешивают электромеханической мешалкой до получения однородной массы, имеющей менее жесткую консистенцию. Далее в смесительную емкость добавляют расчетное количество сухого медного купороса, взятого в количестве, составляющем массовое соотношении с водно-гликолевым растворителем 0,450 г/г. Сухой медный купорос равномерно распределяют по поверхности ранее образованного геля и растворяют также с помощью электромеханической мешалки. В результате перемешивания вязкость и жесткость геля уменьшаются, происходит разрушение комков и флоккул геля. Далее проводят завершающую коррекцию вязкости получаемого продукта добавлением электролита без добавок. Электролит без добавок получают смешиванием раствора медного купороса с раствором этиленгликоля в воде. Содержание этиленгликоля в растворе этиленгликоля в воде составляет 33±1,6 мас. %. Содержание медного купороса в растворе этиленгликоля в воде составляет 13,8±0,3 г/г. Данный раствор используют обычно в медно-сульфатных электродах сравнения в качестве самостоятельного электролита. Соотношение количества электролита без добавок и первоначально введенного раствора этиленгликоля в воде составляет 0,36 г/г. Перемешивание проводят также с помощью электромеханической мешалки, при этом лопасти электромеханической мешалки защищены полимерным покрытием или выполнены из неметаллического материала. После завершающей коррекции вязкости получают электролит повышенной вязкости для использования его в электродах сравнения устройств электрохимической защиты от коррозии. Вязкость полученного гелевого электролита составляет 52,0 Па·с при соотношении растворов полисиликата натрия и раствора этиленгликоля в воде 0,500 г/г. Вязкости электролита при соотношениях названных растворов 0,45 г/г и 0,55 г/г составляют 50,0 и 54,0 Па·с соответственно.

Таким образом, изобретение позволяет повысить вязкость электролита без ухудшения его проводящих свойств.

Способ получения электролита, включающий получение жидкого силикатного раствора, добавление неорганической кислоты, механическое перемешивание, отличающийся тем, что получают жидкий силикатный раствор путем введения полисиликата натрия в раствор этиленгликоля в воде, содержание этиленгликоля в растворе этиленгликоля в воде составляет 33±1,6 мас. %, соотношение полисиликата натрия и раствора этиленгликоля в воде составляет 0,500±0,05 г/г, проводят механическое перемешивание смеси, в две стадии вводят серную кислоту, соотношение серной кислоты к введенному полисиликату натрия составляет 0,202±0,001 г/г, на первой стадии проводят механическое перемешивание, на второй стадии прокалывают слой образовавшегося геля на всю его глубину и вводят в полученные отверстия оставшуюся серную кислоту, далее проводят механическое перемешивание до получения однородной гелевой массы и добавляют сухой медный купорос, взятый в количестве, при котором соотношение медного купороса и раствора этиленгликоля в воде составляет 0,450±0,02 г/г, далее вводят электролит без добавок, полученный растворением медного купороса в растворе этиленгликоля в воде, соотношение электролита без добавок и первоначально введенного раствора этиленгликоля в воде составляет 0,360±0,02 г/г, проводят механическое перемешивание смеси.