Никель-кадмиевые аккумуляторы. Экологический аспект производства. Изучение взаимосвязи между электрохимическими характеристиками оксидноникелевых электродов на волокновой основе и фазовыми превращениями в них при активировании различными добавками.
При низкой оригинальности работы "Электрохимические и физико-механические закономерности формирования оксидноникелевых электродов на волокновой полимерной основе", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
В этом плане одними из наиболее перспективных являются источники тока с волокновыми электродами.06-ладая высокой энергоемкостью и повышенным ресурсом (до 5000 циклов при 60% глубине разряда), аккумуляторы с такими электродами не требуют особого ухода, безотказны и работоспособны практически в любых климатических условиях. Высокая пористость волокновых основ (85-95%) позволяет уменьшить, при равной емкости, объем аккумулятора примерно на 20%, а массу примерно на 25% по сравнению с традиционными аккумуляторами, где используются электроды с ламельными или спеченными пластинами. Один кубический сантиметр объема электрода с волокновой основой содержит 300 метров проводящего волокна, что обеспечивает хороший токосъем и позволяет отказаться от добавки графита - основного источника карбонатов в щелочном электролите. Вместе с тем, следует отметить, что отечественные макеты НКА с электродами на волокновой основе в виде нетканого полотна из ион обменных щелочестойких волокон, покрытых слоем химически осажденного никеля с последующим наращиванием слоя до требуемой толщины путем электрохимического выделения, при относительно низкой стоимости, имеют недостаточно высокую удельную емкость 29.5 А-ч/кг, коэффициент использования активного материала 80.6% и ресурс 600 циклов. Задачи исследования: Изучить влияние добавок Со (II) и Zn (II) и способа их введения на электрические характеристики ОНЭ с волокновой основой.Во введении обосновывается актуальность выбранной темы и формулируются цель и задачи исследования.В первой главе проведен анализ литературных данных по современному состоянию технологий производства НКА с электродами на волокновой основе.Как известно, значительное влияние на характеристики ОНЭ оказывает структура волокновой подложки, поэтому первоначально были изучены особенности процесса химического никелирования (слой никеля 0.5 мкм) и последующего электрохимического наращивания слоя никеля (до 5 мкм) на волокновых матрицах. Согласно действующей технологии, в электроды прессованной и ламельной конструкций добавляют кобальт в виде порошка в смеси с гидроксидом никеля на стадии 10 приготовления активной массы; электроды металлокерамической конструкции пропитывают в растворе солей кобальта (II). С учетом специфики волокновой подложки в настоящей работе активный материал наносили на волокновую матрицу в виде пасты из полимерного водорастворимого связующего (ПВС), раствора соли кобальта и наполнителя (мелкодисперсного порошка). Как показали испытания (табл.2, рис.4) при введении добавки кобальта (II) в ОНЭ из раствора его соли C0SO4 аккумуляторы обладают значительными преимуществами: при токе разряда 12.5. А=0.5С„ удельная энергия Wi макетов первого варианта на 14% больше удельной энергии W макетов второго и третьего вариантов, когда кобальт вводился в активную массу ОНЭ в виде металлического порошка или гидроксида кобальта; при разрядах большими токами превышение W! над W2 и W3 составило 23% и 31% соответственно.Предлагаемая в работе схема позволяет замкнуть технологический процесс путем возврата никельсодержащих сточных вод в производство, что делает изготовление НКА с волокновыми ОНЭ экологически безопасным.Проведена оптимизация раствора химического никелирования в части, относящейся к его составу. Необходимое для протекания реакции восстановления ионов никеля количество сернокислого аммония образуется вследствие взаимодействия аммиака и сернокислого никеля. На основании полученных экспериментальных данных и теоретических предположений, изложенных в форме научной гипотезы, развиты представления о внеструктурном механизме активации волокнового ОНЭ кобальтом (II) и внутриструктурном - цинком (И). Эти предположения подтверждены экспериментально, что позволило сбалансировать состав активной массы волокновых электродов, и обеспечить стабильно высокие удельные характеристики НКА с волокновыми ОНЭ на протяжении 1100 циклов. Показано, что емкость и удельная энергия НКА с волокновыми ОНЭ (до 56 Вт-ч/кг при нормальных климатических условиях эксплуатации) в полтора-два раза превосходят емкость и удельную энергию выпускаемых в настоящее время ЗАО «НИИХИТ» и ОАО «Завод АИТ» аналогов в тех же габаритах и того же назначения (НКБН-25, KPL70P, КМ100Р, КН150Р).
План
Краткое содержание работы.Основное содержание диссертации изложено в следующих работах: Влияние способа введения гидроксида кобальта на электрохимическую активность оксидноникелевого электрода волокновой структуры / Волынский В.В., Степанов А.Б., Радкевич Ю.Б. Попова С. С, Шараевский А.П. // Современные электрохимические технологии СЭХТ: Тез. докл. научн. -техн. конф. - С.144.
Потенциометрия электродов из никелированных войлоков / Мосидзе Н. С, Волынский В.В., Распопова Г.А., Попова С. С, Радкевич Ю.Б. // Современные электрохимические технологии СЭХТ-96: Тез. докл. научн. -техн. конф., Энгельс. - С.112-114.
Разработка высокомощного никель-кадмиевого аккумулятора с оксидно-никелевым электродом волокновой структуры / Волынский В.В., Степанов А.Б., Радкевич Ю.Б., Попова С.С. // 100 лет Российскому автомобилю. Промышленность и высшая школа. Тез. докл. Междунар. Науч. -техн. конф., Москва. -С.114.
Волынский В.В., Попова С.С. Зависимость электрохимических характеристик никель-кадмиевых аккумуляторов с окисноникелевыми волокнистыми электродами от температуры и плотностей тока разряда // Современные проблемы теоретической, и экспериментальной химии. Министерство общего и профессионалъного образования РФ. Тез. докл. Всероссийской конференции молодых ученых. С.297
Волынский 6. В, Попова С.С. Технологические особенности заполнения электродных основ волокновой структуры для никель-кадмиевых аккумуляторов пастой активного материала // XVI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Санкт-Петербург, 1998. - Т.2. - С.553-554.
Кинетические и технологические закономерности процессов, протекающих при утилизации отработанных оксидноникелевых электродов/ Попова С. С, Целуй-кина Г.В., Мизенцова М.А., Волынский В.В. // XVI Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Санкт-Петербург, 1998. - Т.2 - С.143-144.
Проведена оптимизация раствора химического никелирования в части, относящейся к его составу. Экспериментально было доказано, что введение сернокислого аммония в качестве буферирующей добавки в состав раствора химического никелирования нежелательно. Избыточное содержание этого компонента негативно сказывается на качестве металлопокрытия. Необходимое для протекания реакции восстановления ионов никеля количество сернокислого аммония образуется вследствие взаимодействия аммиака и сернокислого никеля.
Проведена статистическая обработка данных по специально разработанной методике, которая позволила определить оптимальную толщину никелевого покрытия, нанесенного электрохимически, в пределах 5.85-7.54 мкм.
На основании полученных экспериментальных данных и теоретических предположений, изложенных в форме научной гипотезы, развиты представления о внеструктурном механизме активации волокнового ОНЭ кобальтом (II) и внутриструктурном - цинком (И). Эти предположения подтверждены экспериментально, что позволило сбалансировать состав активной массы волокновых электродов, и обеспечить стабильно высокие удельные характеристики НКА с волокновыми ОНЭ на протяжении 1100 циклов. Испытания продолжаются.
Показано, что емкость и удельная энергия НКА с волокновыми ОНЭ (до 56 Вт-ч/кг при нормальных климатических условиях эксплуатации) в полтора-два раза превосходят емкость и удельную энергию выпускаемых в настоящее время ЗАО «НИИХИТ» и ОАО «Завод АИТ» аналогов в тех же габаритах и того же назначения (НКБН-25, KPL70P, КМ100Р, КН150Р).
Изготовленное оборудование (линия никелирования волокновых основ, установка приготовления пасты активного материала, устройство для заполнения волокновых основ) по результатам опытно-промышленной проверки позволяет выйти на крупносерийный уровень производства. Созданное оборудование позволяет изготавливать электроды в широком массогабаритном диапазоне. Это делает предлагаемую технологию более мобильной и универсальной.
Дано экономическое обоснование производства НКА с волокновыми ОНЭ. Более высокие удельные характеристики НКА с волокновыми ОНЭ по сравнению с НКА, изготовленными по традиционной технологии, позволяют сократить вдвое расход дорогостоящего никеля (в виде Ni(OH) 2), кадмия и других материалов, необходимых для изготовления НКА. По стоимости изделий разработанная технология находится на одном уровне с «ламельной».
Разработана схема возврата сточных вод после проведения операций химического (стадия сорбции никеля) и электрохимического никелирования. Достоинством предлагаемого процесса переработки отработанного раствора является возможность использовать для извлечения катионов никеля промывную воду после гальванического никелирования основ и по расходу никеля замкнуть технологический процесс, что не осуществимо в случае применения традиционных методов химической металлизации. Проведенные предварительные исследования по утилизации ОНЭ позволили предложить технологию получения никелевой фольги.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
