UA45041C2 - Сплав для струмовідводів негативних електродів свинцево-кислотних акумуляторів - Google Patents

Abstract

Сплав для струмовідводів негативних електродів свинцево-кислотних акумуляторів містить свинець, сурму, олово, миш'як, мідь, вісмут, нікель, цинк, залізо, сірку, кальцій, алюміній і натрій.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до виробництва свинцево-кислотних акумуляторних 2 батарей, і може бути використане у виробництві акумуляторних батарей нового покоління.

Відомий свинцево-сурм'янистий сплав, що містять, мас.9о, 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).

Зазначений сплав володіє задовільними ливарними властивостями, однак дендритна структура сплаву, 710 недостатньо висока міцність на розтягання, високий темп газовиділення і значна витрата водя при використанні зазначеного сплаву для виготовлення струмовідводів свинцево-кислотних акумуляторів звужує область використання цього сплаву.

Найбільш близької по технічній сутності Її по результату, що досягається, до сплаву, що заявляється, (прототипом) є композиція складу, мас.уо: сурма 0,5-1,8; олово 0,11-0,155 миш'як 0,14-0,20; мідь 0,05-0,07; срібло 0,005-0,007; вісмут 0,015-0,017;сірка 0,006-0,0068; нікель 0,0015-0,0017; залізо 0,003-0,005; свинець - інше (а.с. СРСР Мо1695790, 30.01.1994).

Ливарні і механічні властивості цього сплаву задовільні, і з даний час сплав широко використовується в серійному виробництві широкого класу свинцево-кислотних акумуляторних батарей. Однак специфічні вимоги, пропоновані до батарей спеціального призначення (стартерні батареї для бронетехніки, тягові і стаціонарні для підвідних човнів, стаціонарні для аварійного висвітлення лікарень і готелів, енергоживлення залізничної сигналізації), не можуть бути задоволені з використанням традиційних сплавів, у тому числі сплаву-прототипу.

Дослідження механізмів, що відбуваються з позитивному і негативному електродах свинцево-кислотних акумуляторів, експериментальні дослідження параметрів акумуляторів указують, що оптимальні склади сплаву для струмовідводів негативних і позитивних електродів істотно розрізняються. | хоча роль позитивного с 29 електрода у свинцево-кислотних акумуляторах є домінуючою, правильно підібраний сплав для струмовідводів Го) негативних електродів може істотно поліпшити енергетичні й експлуатаційні характеристики свинцево-кислотних акумуляторів.

В основу пропонованого винаходу поставлена задача створення сплаву для струмовідводів негативних електродів свинцево-кислотних акумуляторів, застосування якого приводить до зниження саморозряду, -- зменшенню газовиділення і витрати води, збільшенню термінів збереження і забезпеченню працездатності при «Її негативних температурах навколишнього середовища, до зниження токсичності.

Поставлене завдання вирішується тим, що сплав для струмовідводів негативних електродів о свинцево-кислотних акумуляторів, що містить свинець, сурму, олово, миш'як, мідь, вісмут, сірку, нікель, ою залізо, згідно винаходу додатково містить кальцій, алюміній, цинк і натрій при наступному співвідношенні компонентів, о мас.: сурма 0,0008-0,001; олово 0,02-0,03; миш'як 10 т. мідь 0,004-0,005; вісмут 0,025-0,03; т сірка 0,004-0,005; нікель 0,0015-0,002; кальцій 0,095-0,1; алюміній 0,02-0,026; цинк 0,0008-0,001; залізо 0,004-0,005; натрій 0,0007-0,001, інше - свинець.

Заявлений сплав від сплаву-прототипу відрізняється зменшеним у 1000 разів вмістом сурми, дворазовим « 20 збільшенням частки олова і вісмуту, зменшеним у 105 разів вмістом миш'яку, зменшеним у 10 разів вмістом -о міді й у 2 рази сірки, відсутністю в сплаві срібла і додатковим уведенням кальцію, алюмінію і натрію і цинку. с Структура сплаву істотно відрізняється від сплаву-прототипу: частка евтектичної компоненти складає :з» 90-9596, у той час як структура сплаву-прототипу переважно дендритна, що тягне ряд труднощів при виготовленні струмовідводів методом прокатки і невідтворюваність механічних параметрів струмовідводів у 415 частині межі міцності на розтягання. Істотне зниження вмісту в сплаві сурми приводить до зниження корозії їз струмовідводів, зменшенню швидкості саморозряду і, відповідно, збільшенню термінів збереження при незначних утратах ємності акумуляторів, зниженню в них газовиділення і витрати води. Збільшення в сплаві о частки вісмуту підвищує пластичність сплаву, що зумовлено динамічною рекристалізацією, це з однієї сторони о спрощує технологічний процес виготовлення струмовідводів як методом гравітаційного лиття, так і прокаткою, а во З іншої сторони дозволяє зберегти незмінними лінійні розміри струмовідводів і ступінь їхнього зчеплення з т» активною масою при негативних температурах навколишнього середовища (при -182С и нижче). Введення сірки щкч і натрію підвищує мікротвердість сплаву, що залишається незмінною при литті, запобігає утворення мікротріщин.

Введення кальцію і алюмінію з зазначеною часткою їхнього вмісту в сплаві забезпечує сталість основних фізико-хімічних властивостей струмовідводів у процесі експлуатації акумуляторів, причому зазначені фізико-хімічні властивості відтворюються у великій парти струмовідводів, що забезпечує ідентичність вольтамперних і імпедансних характеристик акумуляторів. Відсутність у сплаві срібла і зменшення вмісту олова

Ф) дозволяє знизити вартість продукції з зазначеного сплаву, а істотне зниження (у 10 5 разів) миш'яку практично ко виключає продукування арсину під час роботи і збереження акумуляторів, що робить експлуатацію акумуляторів екологічно безпечною. во Суть заявленого винаходу не випливає для фахівця явним чином з відомого рівня техніки і була встановлена експериментально методом послідовних наближень до оптимальних співвідношень компонентів. Сукупність ознак, що характеризують відомий сплав для струмовідводів негативних електродів свинцево-кислотних акумуляторів, не забезпечує досягнення нових властивостей і тільки наявність відмітних ознак дозволяє одержати новий технічний результат. Отже, пропонований винахід відповідає критерію "винахідницький рівень". 65 Пропоноване технічне рішення може бути використане при виробництві струмовідводів негативних електродів для герметизованих свинцево-кислотних акумуляторних батарей, для яких важливо звести до мінімуму саморозряд і газовиділення (військова сфера використання акумуляторів) і відповідно збільшити терміни зберігання при мінімальних втратах ємності, забезпечити працездатність при негативних температурах (електроживлення залізничної сигналізації), істотно підвищити екологічну безпеку обслуговування (аварійне висвітлення лікарень, дитячих установ, готелів). Завдяки забезпеченню ідентичності і відтворюваності характеристик акумуляторів зі струмовідводами, виготовленими з заявленого сплаву, можлива побудова каскаду акумуляторів (гігантських акумуляторних батарей) для згладжування пікових навантажень в електричних мережах.

Приклад. Виготовлено струмовідводи, з габаритами, типовими для струмовідводів серійних акумуляторних 70 батарей 6СТ-80, зі сплаву, що містить (мас,95): сурма - 0,001; олово - 0, 3, миш'як - 107; мідь - 0,0045; вісмут - 0,03; сірка - 0,004; нікель - 0,002; кальцій - 0,1; алюміній - 0,02; цинк - 0,001; залізо - 0,0045; натрій - 0,001; інше - свинець.

Хімічний склад матеріалу струмовідводів, отриманих литтям, і вихідного сплаву цілком збігся. При нормативних іспитах на вигин тріщини не виникали (на відміну від серійних струмовідводів, у яких виникали 75 подовжні, поперечні тріщини і тріщини довільної орієнтації).

Характеристики експериментальних акумуляторів, що включають негативні електроди на основі струмовідводів зі сплаву, що заявляється, і позитивні електроди, струмовідводи яких виготовлені зі сплаву, склад якого в межах винаходу, що заявляється, є нау-хау, значно відрізнялись від характеристик серійних акумуляторів. Установлено, що 5095 ємності акумуляторів при температурі навколишнього середовища 20. (20-22уУ'С губилося (саморозряд): в експериментальних акумуляторах за 15 місяців 3 дні, що складає не більш 0,1195 у добу; у серійних акумуляторах такі утрати відбувалися за 3-4 місяця, тобто в добу втрати ємності складали 0,5-0,5696, причому розкид по втратах у цій партії батарей був значний. Настільки істотне зменшення саморозряду батарей з експериментальними струмовідводами супроводжувався зменшенням у 10-12 разів газовиділення. При циклюванні (10 циклів) утрати ємності в серійних акумуляторів склали 10965, у сі той час як в експериментальних акумуляторів ємність майже не змінювалася. Динаміка процесів втрати ємності о при-цдциклюванні в експериментальних акумуляторів при температурі навколишнього середовища -(18-20) С істотно відрізнялася від такої для серійних акумуляторів, а саме: зменшення ємності до 5095 зарядженості досягалося після 150 контрольно-тренувальних циклів в експериментальних акумуляторів і після 90-100 циклів у серійних акумуляторів. Тік холодного прокручування серійних акумуляторних батарей 6СТ-60 складав ЗбОА, для - експериментальних батарей був вище 400А. Випробування на вібростійкість та віброміцність (ГОСТ 20.57.406) « експериментальних батарей (9 зразків) не зафіксували жодного випадку виходу з ладу чи змін їх електричних характеристик після проведення зазначених випробувань. | «в)

Поліпшення основних параметрів акумуляторів, струмовідводи для позитивних електродів яких виготовлені зі ю сплаву, що, заявляється, дозволяє розширити область використання свинцево-кислотних акумуляторних батарей. «І

Claims (1)

1. Формула винаходу « Сплав для струмовідводів негативних електродів свинцево-кислотних акумуляторів, що містить свинець, - с сурму, олово, миш'як, срібло, вісмут, нікель, цинк, залізо, який відрізняється тим, що, містить компоненти в ц наступних співвідношеннях, мас, 9о: и? Сурма 0,0008-0,001 Олово 0,02-0,03 «г» Миш'як 10-7 сл Мідь , 0,004-0,005 Вісмут 0,025-0,03 (ав) Сірка 0,004-0,005 їз 50 Нікель. 0,0015-0,002 Кальцій 0,095-0,1 - Алюміній 0,02-0,026 Цинк 0,0008-0,001 Залізо 0,004-0,005 Натрій /0,0007-0,001 ГФ) Свинець інше іме) Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних 60 мікросхем", 2004, М 4, 15.04.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. б5