Способ изготовления оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОКСИДНО-НИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРА путем катодной поляризации металлокерамической основы в водном растворе азотнокислого никеля плотностью 1,45 - 1,50 г/см³ при pH 2 - 4, плотности тока 30 - 70 мА/см², температуре 70 - 80^oС в течение 5 - 75 мин с последующей обработкой в водном растворе гидроксида калия в течение 10 - 60 мин при 75 - 85^oС, промывкой и сушкой, отличающийся тем, что, с целью сокращения продолжительности, металлокерамическую основу до катодной поляризации подвергают термообработке при 250 - 350^oС в течение 1 - 30 мин.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве щелочных аккумуляторов.
Известен способ изготовления электродных пластин для щелочных аккумуляторов, включающий электролиз основы в щелочном растворе, промывку, высушивание, внесение активного материала способом катодной поляризации, причем никелевые пористые основы подвергают электролизу в щелочном растворе, содержащем гидроксид лития, что значительно улучшает смачиваемость основ.
Недостатком этого способа является введение дополнительных технологических операций, как электролизная обработка в щелочи, отмывка и сушка, что значительно удлиняет и усложняет процесс изготовления оксидно-никелевого электрода.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому по совокупности существенных признаков и достигаемому эффекту является способ заполнения металлокерамических пористых основ с целью изготовления окисно-никелевого электрода. Сущность этого решения заключается в заполнении пористых металлокерамических основ активным материалом путем катодной поляризации в сочетании процессов поляризации и выщелачивания в горячем водном растворе гидроксида калия.
Существенными признаками прототипа являются следующие операции и режимы заполнения основы активным материалом:
Катодная поляризация осуществляется в водном растворе азотнокислой соли никеля плотностью 1,5-1,78 г/см³, преимуществено 1,6 г/см³.
pH пропиточного раствора 0,5-4, преимущественно 3,5.
Плотность тока 30-150 мА/см², преимущественно 60 мА/см².
Температура пропитки 40-100^оС, преимущественно 60^оС.
Продолжительность пропитки 5-60 мин, преимущественно 20 мин, т.е. до выделения водорода на катоде (основе).
Насыщенные гидроксидом никеля пористые основы помещаются в водный раствор гидроксида калия концентрации 20-30% при температуре 85^оС на 10 мин.
Отмывка от гидроксида калия и высушивание.
Процесс заполнения активным материалом повторяется 3-4 раза.
Недостатком прототипа являются многократные пропитки вследствие недостаточной смачиваемости основ.
Цель изобретения - сокращение продолжительности процесса путем увеличения смачиваемости основы.
Указанная цель достигается тем, что при изготовлении оксидно-никелевого электрода способом, включающим катодную поляризацию, выщелачивание, отмывку и высушивание, металлокерамические основы перед катодной поляризацией подвергают термообработке при температуре 250-350^оС в течение 1-30 мин.
Таким образом, существенными признаками заявляемого способа являются следующие операции и режимы:
1. Термообработка металлокерамической основы при температуре 250-350^оС в течение 1-30 мин.
2. Катодная поляризация, осуществляемая в водном растворе азотнокислой соли никеля плотностью 1,45-1,50 г/см³.
3. pH пропиточного раствора равна 2-4.
4. Плотность тока пропитки 30-70 мА/см².
5. Температура пропиточного раствора 70-80^оС.
6. Продолжительность пропитки 5-75 мин.
7. Насыщенные гидроксидом никеля пористые основы помещаются в водный раствор гидроксида калия при температуре 75-85^оС на 10-60 мин.
8. Отмывка от гидроксида калия и высушивание.
Процесс заполнения активным материалом повторяется 1-2 раза.
Признаки 2-8 являются общими с признаками прототипа.
Признак 1 является отличительным, ранее не применявшемся в электрохимическом способе изготовления окисно-никелевого электрода, улучшает смачиваемость основы в 3-4 раза (см. табл.1). Вследствие этого процесс заполнения активным материалом сокращается до одной пропитки.
Признак 2 также является отличительным. Авторами было установлено, что при небольшом разбавлении пропиточного раствора до плотности 1,45 г/см³ не происходит так называемого "налипания" активной массы на поверхности электрода.
Известен способ снижения скорости коррозии никелевой основы при анодной поляризации в растворе щелочи. Его сущностью является создание на поверхности основы защитного слоя, препятствующего окислению (разрушению) основы. В работе А.В.Голец, А.А.Волынский, Ю.М.Позин Исследование условий образования и защитных свойств пассивного оксидного слоя на никеле, ЖПХ, т. LVII, N 7, 1984, с.1614-1616 предложен способ образования плотного эпитаксиального слоя закиси никеля при термообработке основы на воздухе в течение 1-30 мин при температуре 250-350^оС. Образующийся при этих условиях защитный слой характеризуется хорошей химической стойкостью и надежно защищает металл от химической и электрохимической коррозии.
В заявляемом способе использование описанного режима термообработки дает качественно новый результат, а именно улучшает смачиваемость основы, вследствие чего технологический процесс изготовления ОНЭ сокращается до одной пропитки.
В табл.1 приняты следующие обозначения:
d - толщина основы, мм,
K_g1 - коэффициент заполнения основы активным материалом на первой пропитке, определяемый по формуле
K_д = , где m - привес активного материала, г;
V - объем пор основы по воде, равный m -m , где m - масса образца с водой, г; m - начальная масса образца, г.
В прототипе суммарное время, необходимое для заполнения основы, равно 60-80 мин, в то время как в заявляемом способе для этого требуется 50-75 мин в зависимости от толщины основы (табл.1).
Таким образом, по мнению авторов, эти данные являются доказательством положительного эффекта.
Данные этой же таблицы свидетельствуют о том, что термообработанные основы достигают требуемого коэффициента заполнения за одну пропитку в отличие от нетермообработанных, для которых требуется не менее трех пропиток.
П р и м е р. Термообработку металлокерамических основ производят в электропечи типа СНО-7.6,3-10/6-И1 в режиме 250-350^оС в течение 1-30 мин. При температуре ниже 250^оС образующийся оксидный слой никеля в структурном отношении еще не сформировался и не образует сплошной окисной пленки, что приводит к неоднородной смачиваемости основы. При температуре окисления никеля выше 350^оС оксидный слой растрескивается и перекристаллизуется, что также является причиной неоднородной смачиваемости основы. Таким образом, оптимальная температура окисления никеля с целью увеличения смачиваемости основы 300^оС. При термообработке основы меньше 1 мин слой окисной пленки не образуется, а увеличивать время больше 30 мин нецелесообразно из-за удлинения технологического процесса.
В табл.2 отражены экспериментальные данные предложенного способа обработки.
После термообработки основы размещают на кассете и с помощью контактной сварки приваривают технологические пластины к кассете. В водный раствор азотнокислых солей никеля и кобальта (в соотношении 9:1) плотностью 1,45-1,50 г/см³ и при pH 3+0,5, нагретый до 70-80^оС, помещают анодную кассету в виде литых никелевых пластин (положительный полюс постоянного тока) и кассету с основами (отрицательный полюс постоянного тока).
Процесс заполнения пористых основ осуществляется с помощью источника постоянного тока типа ВАКГ-18/9-320У4. Плотность пропиточного тока 50 5 мА/см². По истечении 5-75 мин ток прерывается и насыщенные гидроксидом никеля основы помещают в водный раствор гидроксида калия плотностью 1,19-1,21 г/см³, нагретый до 80 5^оС, и находятся в нем 10-60 мин.
Экспериментально было установлено, что минимальное время, для полного превращения основных солей никеля в порах ОНЭ в гидроокись никеля (II) Ni(OH)₂ 10 мин.
После операции "выщелачивания" электроды промываются деионизованной водой до нейтральной реакции по фенолфталеину (примерно 120 мин) и высушиваются при температуре 90-100^оС до постоянного веса (примерно 180 мин).
По предлагаемому способу для заполнения основы активным материалом требуется 7 ч 5 мин (30 мин - термообработка, 10 мин - приварка к кассете и установка кассеты в ванну, 75 мин - электрохимпропитка, 10 мин - выщелачивание, 120 мин - отмывка, 180 мин - высушивание).
В прототипе технологический цикл заполнения основы активным материалом занимает 22 ч (20 мин - электрохимпропитка, 10 мин - выщелачивание, 120 мин - отмывка, 180 мин - высушивание, промывка и высушивание повторяются 4 раза).
Таким образом, использование предлагаемого способа изготовления окисно-никелевого электрода обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:
1. Предварительная термообработка основы позволяет сократить продолжительность технологического процесса заполнения активным материалом в 3 раза за счет улучшения смачиваемости основы.
2. Кроме того, эта же термообработка предохраняет от коррозии окисно-никелевый электрод в ходе многократных электрохимических пропиток, а также в течение его эксплуатации (ресурс такого ОНЭ увеличивается в 2 раза).
Изобретение относится к электротехнике и касается производства щелочных аккумуляторов. Цель изобретения - сокращение продолжительности. Металлокерамическую основу подвергают термообработке при 250 - 350°С в течение 1 - 3 мин, после чего заполняют активной массой пропиткой под катодной поляризацией. Термообработка в 3 - 4 раза улучшает смачиваемость основы, что позволяет заполнить ее активной массой за одну пропитку. 2 табл.