UA44457C2

UA44457C2 - Сплав для струмовідводів позитивних електродів свинцево-кислотних акумуляторів

Info

Publication number: UA44457C2
Application number: UA2001032033A
Authority: UA
Inventors: Віктор Олександрович Дзензерський; Виктор Александрович Дзензерский; Сергій Володимирович Васильєв; Сергей Владимирович Васильев; Сергій Григорович Касян; Василь Іванович Піддубний; Володимир Миколайович Привалов; Владимир Николаевич Привалов
Original assignee: Інститут Транспортних Систем І Технологій Нану "Трансмаг"; Институт Транспортных Систем И Технологий Нану "Трансмаг"; Українсько-Угорське Закрите Акціонерне Товариство З Іноземними Інвестиціями "Веста-Дніпро"; Украинско-венгерское закрытое акционерное общество с иностранными инвестициями "Веста-Днепр"
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2003-12-15

Abstract

Сплав для струмовідводів позитивних електродів свинцево-кислотних акумуляторів має наступний склад, мас. %: сурма 0,0004-0,0005; олово 0,6-0,9; миш'як 0,0004-0,0005; мідь 0,0008-0,001; срібло 0,025-0,032; вісмут 0,028-0.03; селенів 0,0001-0,0002; сірка 0,004-0.005; нікель 0,0001-0,0002; кальцій 0,035-0,05; алюміній 0,02-0,026; цинк 0,0008-0,001; залізо 0,0007-0,001; натрій 0,0008-0,001; телур 0,0001-0,0002; гадоліній 0,0007-0,001, решта свинець. Сплав забезпечує евтектичну дрібнодисперсну структуру, вміст компонентів якої незмінний при литті і прокатці струмовідводів, знижується корозія протягом тривалого терміну збереження й експлуатації, зменшується газовиділення, підвищуються питомі енергетичні характеристики акумуляторних батарей, допускається різноманітність і оптимізація технології виготовлення струмовідводів.

Description

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до виробництва свинцево-кислотних акумуляторних батарей, і може бути використане при їхній розробці і виготовленні.

Відомий свинцево-сурм'янистий сплав, що містить, масо » сурму 5-6; мідь 0,05-0,06; миш'як 0,08-0,2; олово 0,01-0,015; вісмут 0,03-0,04; цинк 0,001-0.0012; залізо 0,005-0,006; свинець - інше (ДСТ 1292-81 Сплави свинцево-сурм'янисті).

Ливарні властивості зазначеного сплаву дозволяють виготовляти струмовідводи методом гравітаційного лиття, однак через тенденцію, що намітилася, в акумуляторобудівництві до зменшення товщини струмовідводів, розмаїтості форм і розмірів, недостатньо висока міцність на розтягання цього сплаву не дозволяє реалізувати зазначену тенденцію. Крім того, нестабільність складу сплаву в процесі лиття, обумовлена лікваціею, утрудняє можливість одержання струмовідводів з відтворювальними характеристиками.

Найбільш близькою по технічній сутності і по результаті, що досягається, до сплаву, що заявляється, (прототипом) є композиція складу., мас. 9о: сурма 2,3-2,3; олово 0,11-0,15; миш'як 0,14-0,20; мідь 0,05-0,07; срібло 0,005-0,007; вісмут 0,015-0,017; нікель 0,0015-0,0017; залізо 0,003-0,005; свинець - інше (ТУ 48-6-98-86.

Сплав свинцово-сурьмянистьій марки УС-1 для стартерньїх аккумуляторньїх батарей. М., Минцветмет, СССР, 1386).

Механічні властивості (мікротвердість, межа міцності на розтягання) і ливарні характеристики зазначеного сплаву задовільні і в даний час цей сплав широко використовується в серійному виробництві свинцево- кислотних акумуляторних батарей, у яких струмовідводи як позитивних, так і негативних електродів виготовляються з зазначеного сплаву.

Однак зрослі в останні роки вимоги до акумуляторних батарей у частині збільшення термінів експлуатації, зниження інтенсивності газовиділення і витрати води, зменшення токсичності при експлуатації акумуляторних батарей, підвищення їхньої питомої енергоємності змушують диференціювати вимоги до сплавів для виготовлення струмовідводів позитивних і негативних електродів з урахуванням особливостей їхнього функціонування в складі свинцево-кислотного акумулятора.

В основу пропонованого винаходу поставлена задача створення сплаву, застосування якого для виготовлення струмовідводів позитивних електродів свинцево-кислотних акумуляторів знижує швидкість корозії електродів і величину саморозряду; зменшує газовиділення, дозволяє підвищити питомі енергетичні характеристики акумуляторних батарей, різноманітити й оптимізувати технологію виготовлення струмовідводів.

Поставлена задача вирішується тим, що для виготовлення струмовідводів позитивних електродів свинцево-кислотних акумуляторів використовується сплав наступного складу, мас. 90: сурма 0,0004-0,0005; олово 0,6-0,9; миш'як 0,0004 -0,0005; мідь 0,0008-0,001; срібло 0,025-0,032; вісмут 0,028-0,03; селен 0,0001- 0,0002; сірка 0,004-0,005; нікель 0,0001-0,0002; кальцій 0,035-0,05; алюміній 0,02-0,026; цинк 0,0008-0,001; залізо 0,0007-0,001; натрій 0,0008-0,001; телур 0,0001-0,0002; гадоліній 0,0007-0,001, інше свинець, що відрізняється від сплаву по прототипі тим, що в ньому майже вищість тисяч разів зменшений вміст сурми, у чотириста разів менше вміст миш'яку, у сім-десять разів знижений вміст міді і нікелю, у п'ять разів менше заліза, удвічі збільшено вміст вісмуту й у п'ять разів олова і срібла, а також у сплав додатково введені кальцій, питомий вміст якого в сплаві взаємозалежно з питомим вмістом олова, алюміній, селен, натрій, телур, сірка, гадоліній - у мікродозах.

Значний вміст у сплаві що заявляється, олова і кальцію забезпечує його (на 70-9095 обсягу) евтектичну структуру, а істотне зменшення частки сурми приводить до зниження темпів корозії електрода. Наявність олова в зазначених межах істотно знижує пасивацію струмовідводів, при цьому зменшення товщини шару РО одночасно супроводжується збільшенням у 3-5 разів електронної провідності пасиваційного шару, причому провідність зростає зі збільшенням частки олова у сплаві і досягає максимального значення при його змісті

О,вмас.уо. Особлива помітна позитивна роль олова в зазначених межах на депасивацію сплаву в умовах глибокого розряду. Введення в оптимальних пропорціях натрію, телуру і гадолінія дозволяє оптимізувати протікання реакції диспропорціонування між Зп і РО з утворенням змішаних напівпровідних шарів Ро-5п- оксидів | забезпечує незмінність величини електронної провідності пассиваційного шару протягом тривалого часу. Введення алюмінію підтримує незмінність композиційного складу сплаву, зокрема, запобігає окисленню кальцію при литті і при високих температурах електродів. П'яти-шестиразове збільшення вмісту олова в порівнянні зі сплавом-прототипом забезпечує дрібнодисперсну структуру сплаву і оптимізує його текучість, що важливо при виготовленні трубчастих струмовідводів і струмовідводів великогабаритних акумуляторів.

Введення селену запобігає розтріскуванню матеріалу литих струмовідводів, а введення натрію, сірки, телуру і гадолінія в зазначених масових дозах, збільшення вмісту вісмуту і срібла і зменшення вмісту нікелю і заліза забезпечує пластичність сплаву, збереження лінійних розмірів струмовідводів при значних коливаннях температури електроліту, а також забезпечує можливість виготовлення струмовідводів як методом прокатки, так і методом гравітаційного лиття.

Істотне зниження вмісту сурми в сплаві зменшує швидкість корозії струмовідводів, саморозряд і газоутворення в акумуляторах зі струмовідводами, виготовленими зі сплаву, що заявляється, збільшує термін служби акумуляторів. Депасивація і підвищення електронної провідності РОО-шару дозволяють збільшити робочі струми акумуляторів і в цілому підвищити питому енергоємність акумулятора. Оптимізація структури сплаву, поліпшення його фізико-механічних характеристик дозволяє різноманітити і оптимізувати технологію виготовлення струмовідводів - лиття здійснюється без зміни композиційного складу сплаву; прокатка забезпечує одержання міцних конструкцій струмовідводів без тріщин і з абсолютно однорідними властивостями поверхні, що запобігає появі локальних мікроедс, що неминуче виникають на поверхні струмовідводів, одержуваних зі сплаву-прототипу, і які руйнують струмовідводи і знижують зчеплення струмовідвіду з активною масою.

Пропоноване технічне рішення може бути використане при розробці герметизованих свинцево-кислотних акумуляторних батарей з малим струмом саморозряду, забезпечуючи тривалі терміни експлуатації і збереження з мінімальними змінами характеристик батарей. Акумуляторні батареї зі струмовідводами, виготовленими зі сплаву, що заявляється, які використовуються в якості стартерних, забезпечують великі значення струмів розряду, допускають глибокий розряд без утрати працездатності. Низькі обсяги газовиділення, відсутність у продуктах фізико-хімічних реакцій високотоксичних речовин (похідних сурми і миш'яку) дозволяє вважати акумулятори, укомплектовані струмовідводами зі сплаву, що заявляється, екологічно чистими. Це розширює масштаби використання акумуляторних батарей.

Приклад. Виготовлено струмовідводи, вагогабаритні характеристики яких задовольняють технічним вимогам на струмовідводи акумуляторної батареї 6СТ-60, зі сплаву, що містить (мас.95); сурма - 0,00045; олово - 0,75. миш'як - 0,00045; мідь - 0,009; срібло - 0,03; вісмут - 0,028; селенів - 0,00015; сірка - 0,0045; нікель - 0,00015; кальцій - 0,04; алюміній - 0,022; цинк - 0,0009; залізо - 0,0009; натрій - 0,0009; телур - 0,00015; гадоліній - 0,0009; інше - свинець.

Порівняльний хімічний аналіз вихідного сплаву і струмовідводу, отриманого методом гравітаційного лиття, дозволив установити майже повну відповідність по питомому змісті компонентів (у струмовідводі був трохи зменшений зміст кальцію (мас.9о 0,035) проти вихідного (мас.9о 0,04). У струмовідводах, отриманих прокаткою, зміни хімічного складу не були встановлені.

В експериментальних акумуляторах, що включають позитивний електрод на основі струмовідводу зі сплаву, що заявляється, і негативний електрод, струмовідвід якого виготовлений зі сплаву, склад якого в межах винаходу, що заявляється, є ноу-хау, мав енергетичні та експлуатаційні характеристики, які відрізнялись від характеристик серійних акумуляторів, у яких струмовідводи позитивного і негативного електродів виготовлені зі сплаву по прототипу. А саме, темп корозії, визначений по швидкості газовиділення, був нижче з 10-12 разів, наробіток по циклуванню був вище в 1,5-3 рази. Після багаторазового циклування не було виявлено міграції елементів з одного електрода на іншій. Методами циклічної вольтамперометрії і імпедансної спектроскопії було встановлено, що динаміка процесів утрати ємності при циклування була більш прийнятною з порівнянні з аналогічними параметрами серійних акумуляторів. При цьому в загальній величині втрат ємності при багаторазовому циклуванні роль позитивного електрода була домінуючою.

Саморозряд експериментальних акумуляторів складав 0,07-0,0895 номінальної ємності в добу, проти 0,5- 0,695 у серійних акумуляторів.

Поліпшення основних параметрів акумуляторів, струмовідводи для позитивного електрода в яких виготовлені зі сплаву, що заявляється, дозволяє розширити область використання свинцево-кислотних акумуляторних батарей.

Claims

Сплав для струмовідводів позитивних електродів свинцево-кислотних акумуляторів, що містить свинець, сурму, олово, миш'як, мідь, срібло, вісмут, нікель, залізо, який відрізняється тим, що додатково введені селен, сірка, кальцій, алюміній, цинк, натрій, телур, гадоліній при такому співвідношенні компонентів, мас. 90:

сурма 0,0004-0,0005 олово 0,6-0,9 миш'як 0,0004-0,0005 мідь 0,0008-0,001 срібло 0,025-0,032 вісмут 0,028-0,03 селен 0,0001-0,0002 сірка 0,004-0,005 нікель 0,0001-0,0002 кальцій 0,035-0,05 алюміній 0,02-0,026 цинк 0,0008-0,001 залізо 0,0007-0,001 натрій 0,0008-0,001 телур 0,0001-0,0002 гадоліній 0,0007-0,001 свинець решта.