RU2762003C1 - Separator of a lead accumulator - Google Patents
Separator of a lead accumulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2762003C1 RU2762003C1 RU2020132913A RU2020132913A RU2762003C1 RU 2762003 C1 RU2762003 C1 RU 2762003C1 RU 2020132913 A RU2020132913 A RU 2020132913A RU 2020132913 A RU2020132913 A RU 2020132913A RU 2762003 C1 RU2762003 C1 RU 2762003C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- separator
- reduction
- accumulator
- battery
- accumulators
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910001439 antimony ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 10
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 4
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 2
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 claims 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 229910000074 antimony hydride Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract 1
- OUULRIDHGPHMNQ-UHFFFAOYSA-N stibane Chemical compound [SbH3] OUULRIDHGPHMNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000012229 microporous material Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/06—Lead-acid accumulators
- H01M10/08—Selection of materials as electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении свинцовых аккумуляторов открытого наливного типа.The invention relates to the electrical industry and can be used in the manufacture of open-type lead-acid batteries.
Техническим результатом изобретения являются:The technical result of the invention are:
1) значительное снижение скорости выделения водорода из аккумулятора, не превышающее 0.03 см3/мин м.2 1) a significant decrease in the rate of hydrogen evolution from the battery, not exceeding 0.03 cm 3 / min m. 2
2) повышение эффективности использования зарядного тока и снижение длительности заряда аккумуляторов;2) increasing the efficiency of using the charging current and reducing the duration of the battery charge;
3) снижение объема регламентных работ по обслуживанию аккумуляторов в составе батареи;3) reducing the volume of routine maintenance work on batteries as part of a battery;
4) снижение выделения токсичного газа стибина (SbН3).4) a decrease in the release of the toxic gas stibine (SbН 3 ).
Согласно изобретению в качестве материала сепаратора свинцового аккумулятора используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен с добавкой полиакрилонитрильного волокна.According to the invention, ultra-high-molecular-weight polyethylene with the addition of polyacrylonitrile fiber is used as a lead-acid separator material.
Известно, что сурьма негативно влияет на работу свинцового аккумулятора. В результате коррозии, переходя с положительного токоотвода в электролит, ионы сурьмы переносятся через сепаратор к отрицательному электроду, где они восстанавливаются до сурьмы. Низкое перенапряжение выделения водорода на сурьме приводит к росту скорости выделения водорода и, как следствие этого, к снижению эффективности использования зарядного тока и повышению длительности заряда, к росту выделения вредного газа стибина (SbH3), а также к увеличению объема регламентных работ по обслуживанию аккумуляторов в составе батареи. Применение в составе сепаратора полиакрилонитрильного волокна, обладающего высокоразвитой поверхностью и высокой сорбционной способностью по отношению к ионам сурьмы, снижает их концентрацию в электролите и, следовательно, их негативное воздействие на работу аккумулятора.It is known that antimony negatively affects the performance of a lead-acid battery. As a result of corrosion, passing from the positive current collector to the electrolyte, antimony ions are transferred through the separator to the negative electrode, where they are reduced to antimony. A low overvoltage of hydrogen evolution on antimony leads to an increase in the rate of hydrogen evolution and, as a consequence, to a decrease in the efficiency of using the charging current and an increase in the charge duration, to an increase in the emission of the harmful stibine gas (SbH 3 ), as well as to an increase in the volume of routine maintenance of batteries. as part of the battery. The use of polyacrylonitrile fibers in the separator, which has a highly developed surface and a high sorption capacity in relation to antimony ions, reduces their concentration in the electrolyte and, consequently, their negative effect on battery operation.
Было показано эффективное использование полиакрилонитрильного волокна в составе сепаратора из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.The effective use of polyacrylonitrile fiber in the composition of an ultra-high molecular weight polyethylene separator has been shown.
Известен сепаратор свинцового аккумулятора (патент РФ №2014124298/07 дата подачи заявки 2015.06.16, дата публикации 2015.01.10), выбранный в качестве аналога, в котором предложено использовать следующий состав сепаратора: белая сажа 82.5-89.0 мас. %, сверхвысокомолекулярный полиэтилен 11.0-17.5 мас. %, индустриальное масло 12.0-20,0 мас. %, антиоксиданты 1.5-2,0 мас. %.Known separator lead accumulator (RF patent No. 2014124298/07 filing date 2015.06.16, publication date 2015.01.10), selected as an analogue, in which it is proposed to use the following separator composition: white soot 82.5-89.0 wt. %, ultra-high molecular weight polyethylene 11.0-17.5 wt. %, industrial oil 12.0-20.0 wt. %, antioxidants 1.5-2.0 wt. %.
Недостатком такого сепаратора является то, что он слабо тормозит перенос ионов сурьмы, вносящих негативный вклад в работу аккумулятора, от положительного к отрицательному электроду. Так, в конце срока службы непрерывно циклируемых аккумуляторов с сепараторами из полиэтилена без добавки полиакрилонитрильного волокна отношение содержания сурьмы в анодной части электролита к ее содержанию в катодной части равно приближенно 2. Для аналогичных аккумуляторов, имеющих в составе сепараторов полиакрилонитрильное волокно, сорбирующее ионы сурьмы, это отношение равно примерно 50, что указывает на значительное снижение переноса сурьмы из анодного в катодное пространство электролита.The disadvantage of such a separator is that it weakly inhibits the transfer of antimony ions, which make a negative contribution to the operation of the battery, from the positive to the negative electrode. So, at the end of the service life of continuously cycled batteries with polyethylene separators without the addition of polyacrylonitrile fiber, the ratio of the antimony content in the anode part of the electrolyte to its content in the cathode part is approximately 2. the ratio is about 50, which indicates a significant decrease in the transfer of antimony from the anode to the cathode compartment of the electrolyte.
Известен кислотогелирующий сепаратор (U.S. Patent 6,124,059, 1998), выбранный в качестве прототипа, представляющий собой микропористый материал, наполненный пирогенным кварцем, который разбухает при заполнении кислотой. Формирующийся при этом гель заполняет все поры электролитом, что препятствует переносу ионов сурьмы через сепаратор в катодную зону, решая, таким образом, проблему негативного влияния сурьмы.Known acid gelling separator (U.S. Patent 6,124,059, 1998), selected as a prototype, is a microporous material filled with fumed silica, which swells when filled with acid. The resulting gel fills all the pores with electrolyte, which prevents the transfer of antimony ions through the separator to the cathode zone, thus solving the problem of the negative influence of antimony.
Недостатком такого сепаратора является повышение внутреннего сопротивления примерно на 10% и, соответственно, снижение разрядных характеристик аккумулятора. Применение такого сепаратора снижает на 10-15% начальные электрические характеристики. И, наконец, гелирование электролита тормозит выход газа из аккумулятора.The disadvantage of such a separator is an increase in internal resistance by about 10% and, accordingly, a decrease in the discharge characteristics of the battery. The use of such a separator reduces the initial electrical characteristics by 10-15%. Finally, the gelation of the electrolyte inhibits the escape of gas from the battery.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задач снижения длительности заряда за счет повышения эффективности зарядного тока, а также снижения объема регламентных работ по обслуживанию аккумуляторов в составе батареи.The proposed invention is aimed at solving the problems of reducing the duration of the charge by increasing the efficiency of the charging current, as well as reducing the amount of routine maintenance of batteries in the battery.
Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемый сепаратор:The essence of the invention lies in the fact that the proposed separator:
1) содержит добавку ионообменного полимера, сорбирующего ионы сурьмы из электролита;1) contains an additive of an ion-exchange polymer that adsorbs antimony ions from the electrolyte;
2) в качестве ионообменного полимера применяется полиакрилонитрильное волокно в количестве 2-7 г/килограмм веса полиэтилена;2) polyacrylonitrile fiber is used as an ion-exchange polymer in an amount of 2-7 g / kg of polyethylene weight;
3) длина полиакрилонитрильных волокон составляет 1-5 мм.3) the length of polyacrylonitrile fibers is 1-5 mm.
Сопоставительный анализ с известными свинцовыми аккумуляторами показывает, что предлагаемое решение является новым.Comparative analysis with known lead-acid batteries shows that the proposed solution is new.
Положительный токоотвод содержит сурьму, которая в результате коррозионных процессов переходит в электролит. Далее ионы сурьмы переносятся на отрицательный электрод и там восстанавливаются до сурьмы. Сурьма имеет относительно невысокое перенапряжение выделения водорода, и ее появление на поверхности отрицательного электрода приводит к заметному росту скорости выделения водорода, что снижает долю зарядного тока, идущего непосредственно на заряд отрицательного электрода и, соответственно, возрастанию доли зарядного тока, идущего на газовыделение. Результатом этого является снижение эффективности заряда, возрастание продолжительности заряда, снижение циклируемости аккумулятора, выделение вредного газа стибина (SbH3). Применение полиакрилонитрильного волокна в сепараторе, обладающего высокоразвитой поверхностью и высокой сорбционной способностью по отношению к ионам сурьмы, снижает их концентрацию в электролите и, следовательно, их негативное воздействие на работу аккумулятора.The positive current collector contains antimony, which, as a result of corrosive processes, passes into the electrolyte. Further, antimony ions are transferred to the negative electrode and there they are reduced to antimony. Antimony has a relatively low overvoltage of hydrogen evolution, and its appearance on the surface of the negative electrode leads to a noticeable increase in the rate of hydrogen evolution, which reduces the fraction of the charging current going directly to the charge of the negative electrode and, accordingly, an increase in the fraction of the charging current going to gas evolution. The result of this is a decrease in the charging efficiency, an increase in the charging duration, a decrease in the battery cycle rate, and the release of the harmful stibine gas (SbH 3 ). The use of polyacrylonitrile fiber in the separator, which has a highly developed surface and high sorption capacity in relation to antimony ions, reduces their concentration in the electrolyte and, consequently, their negative effect on battery performance.
Был проведен сравнительный анализ свинцовых аккумуляторов номинальной емкостью 200 Ач, содержащих сепараторы из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с добавкой полиакрилонитрильного волокна (ПАНВ) в количестве 0, 2, 7 и 10 г на килограмм веса полиэтилена. Результаты испытаний приведены в таблице:A comparative analysis was carried out of lead-acid batteries with a nominal capacity of 200 Ah, containing separators made of ultra-high molecular weight polyethylene with the addition of polyacrylonitrile fiber (PANF) in the amount of 0, 2, 7 and 10 g per kilogram of polyethylene weight. The test results are shown in the table:
Проведенные испытания показали, что введение добавки полиакрилонитрильных волокон в составе сепаратора в диапазоне 2-7 г значительно увеличивает ресурс аккумуляторов и снижает длительность их заряда. Кроме того, было показано, что в аккумуляторах, содержащих 0 и 10 г полиакрилонитрильного волокна, корректировка концентрации кислоты в ходе испытаний проводилась 2 раза, тогда как для аккумуляторов с добавлением 2 и 7 г полиакрилонитрильного волокна, корректировка кислоты не требовалась. Это указывает на снижение объема работ по обслуживанию аккумуляторов, содержащих полиакрилонитрильное волокно в диапазоне 2 и 7 г в процессе их эксплуатации.The tests carried out have shown that the introduction of an additive of polyacrylonitrile fibers in the composition of the separator in the range of 2-7 g significantly increases the battery life and reduces the duration of their charge. In addition, it was shown that in batteries containing 0 and 10 g of polyacrylonitrile fiber, the acid concentration adjustment during the tests was carried out 2 times, while for batteries with the addition of 2 and 7 g of polyacrylonitrile fiber, acid adjustment was not required. This indicates a decrease in the amount of maintenance work for batteries containing polyacrylonitrile fiber in the range of 2 and 7 g during their operation.
И, наконец, было показано, что применение полиакрилонитрильных волокон длиной свыше 5 мм приводит к снижению прочностных характеристик сепаратора, что увеличивает процент брака при сборке аккумуляторов. Так при изготовлении 50-ти аккумуляторов с сепараторами, содержащими полиакрилонитрильные волокна в размере, не превышающем 5 мм, бракованных сепараторов не было, тогда как при использовании волокон длиной свыше 5 мм, брак составлял 5%.And finally, it was shown that the use of polyacrylonitrile fibers with a length of more than 5 mm leads to a decrease in the strength characteristics of the separator, which increases the percentage of rejects during battery assembly. So in the manufacture of 50 batteries with separators containing polyacrylonitrile fibers in a size not exceeding 5 mm, there were no defective separators, while when using fibers longer than 5 mm, the rejection rate was 5%.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020132913A RU2762003C1 (en) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Separator of a lead accumulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020132913A RU2762003C1 (en) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Separator of a lead accumulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2762003C1 true RU2762003C1 (en) | 2021-12-14 |
Family
ID=79175283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020132913A RU2762003C1 (en) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Separator of a lead accumulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2762003C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2047295A (en) * | 1979-04-19 | 1980-11-26 | Montedison Spa | Separators for Lead Acid Accumulators |
| US6124059A (en) * | 1998-06-23 | 2000-09-26 | Daramic, Inc. | Separator for sealed lead accumulators |
| US6403264B1 (en) * | 1989-08-29 | 2002-06-11 | Daramic, Inc. | Lead/sulphuric acid-accumulator, separator for lead/sulphuric acid accumulators and process to reduce the formation of colored deposits in a lead/sulphuric acid accumulators |
| RU149488U1 (en) * | 2014-06-16 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Тюменский аккумуляторный завод" | LEAD ACID BATTERY SEPARATOR |
| RU2562258C1 (en) * | 2014-08-05 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Тюменский аккумуляторный завод" | Moulding mixture for lead-acid battery separators and method for preparation thereof |
-
2020
- 2020-10-06 RU RU2020132913A patent/RU2762003C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2047295A (en) * | 1979-04-19 | 1980-11-26 | Montedison Spa | Separators for Lead Acid Accumulators |
| US6403264B1 (en) * | 1989-08-29 | 2002-06-11 | Daramic, Inc. | Lead/sulphuric acid-accumulator, separator for lead/sulphuric acid accumulators and process to reduce the formation of colored deposits in a lead/sulphuric acid accumulators |
| US6124059A (en) * | 1998-06-23 | 2000-09-26 | Daramic, Inc. | Separator for sealed lead accumulators |
| RU149488U1 (en) * | 2014-06-16 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Тюменский аккумуляторный завод" | LEAD ACID BATTERY SEPARATOR |
| RU2562258C1 (en) * | 2014-08-05 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Тюменский аккумуляторный завод" | Moulding mixture for lead-acid battery separators and method for preparation thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10522837B2 (en) | Lead-acid battery | |
| KR100414720B1 (en) | Non-aqueous electrolyte secondary battery and positive electrode for the same | |
| EP2544292A1 (en) | Lead storage battery | |
| CN104769756B (en) | Compositions for enhancing deep-cycle performance of valve-regulated lead-acid batteries filled with gel electrolytes | |
| JP6168138B2 (en) | Liquid lead-acid battery | |
| AU2017202061A1 (en) | Lead-acid battery | |
| EP0092430A2 (en) | Glass fibre paper separator for electrochemical cells | |
| JP2012074279A (en) | Lead acid battery | |
| RU2762003C1 (en) | Separator of a lead accumulator | |
| JP2010192257A (en) | Manufacturing method of lead-acid battery, and paste type negative electrode plate for lead-acid battery | |
| CA2884453C (en) | Lead-acid battery positive plate and alloy therefore | |
| EP1533860A1 (en) | Control valve type lead battery | |
| WO2013122132A1 (en) | Positive electrode plate for lead acid battery, method for producing said electrode plate, and lead acid battery using said positive electrode plate | |
| JP2018506826A (en) | Improved moisture loss separator for use with lead acid batteries, systems for improved moisture loss performance, and methods for making and using the same | |
| JP2016162612A (en) | Control valve type lead acid battery | |
| WO2011077640A1 (en) | Valve-regulated lead acid battery | |
| JP3637351B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| WO2019116704A1 (en) | Control valve type lead acid storage battery | |
| JP2007328979A (en) | Lead acid battery | |
| EP4597631A3 (en) | New anode material in lithium and sodium batteries | |
| KR870000967B1 (en) | Sealed deep-cycle lead acid battery | |
| JP6164502B2 (en) | Lead acid battery | |
| JP6115841B2 (en) | Lead acid battery | |
| JP2013080594A (en) | Control valve type lead acid battery | |
| CN1215581C (en) | Alkaline storage battery separator, its preparation method and alkaline storage battery |