Общеизвестно, что основным фактором продолжительности срока службы аккумуляторной батареи является прочность и пористость
активной массы. С целью укрепления положительного электрода, исследовательскими лабораториями компании "АкТех" был проведен ряд работ, результаты которых мы представляем в этой статье.
Для электродов свинцовых аккумуляторов, как правило, в активную массу вводятся активаторы паст, представляющие собой кислотоустойчивые синтетические смолы, используемые чаще всего в виде волокон. Так, известно применение в качестве такого материала полиэтиленового или полипропиленового волокна [патент DE 3038440 (1980)]. Недостатком пасты на основе таких активаторов, роль которых должна сводиться к закреплению пасты на свинцовых решетках и увеличению порообразования, является низкий коэффициент
использования активной массы.
Известна паста, где в качестве активатора применяется водная суспензия фторопласта марки 4Д [Патент 386460 (1973)], полученная путем капельной полимеризации тетрафторэтилена в присутствии поверхностно - активных веществ. Недостатком такой пасты является низкая технологичность процесса ее получения в силу необходимости
использования ПАВ и малой устойчивости эмульсии активатора, которая легко коагулируется при разрушении стабилизатора суспензии.
Наиболее близким к предлагаемому нами, является способ изготовления положительных электродных плат, где в качестве наполнителей предлагается использовать кислотоустойчивые синтетические смолы, такие как полиэтилен, полипропилен, полистирол и/или поливинилхлорид, не только в виде волокон длиной от 1-30мм и шириной 0,1-1мм, а также в виде порошка [PI JP 53126129, PA MATSUSHITA ELEC. CO. LTD.]. Недостатком этого метода является низкая механическая прочность электродных плат, а также комкование пасты, что приводит к повышению количества отбракованных электродов.
Целью нашей работы являлось укрепление механической прочности положительных электродов
аккумуляторных батарей при сохранении высокой пористости (более 52%) и исключение комкования паст.
Поставленная цель была нами достигнута путем
использования в качестве наполнителя порошкообразного неорганического вещества - диоксида
кремния, выделяемого из отходов производства алюминиевой промышленности, по специально разработанному способу [Патент РФ 2031838].
Предлагаемый в качестве наполнителя диоксид
кремния эмпирической формулы SiO2 - порошок белого цвета со средним размером частиц 10-45 микрон, насыпным удельным весом 209г/куб. дм, истинным удельным весом 1,53 г/куб. см, удельной поверхностью 164-190 кв. м /г.
Степень чистоты такого диоксида
кремния 99,9%. Содержание примесей других элементов не превышает 10-3-10-4%. Водные вытяжки диоксида
кремния имеют рН 6,03, что свидетельствует о наличии в его составе фрагментов - SiОН, носящих кислотный характер.
Промышленные
испытания предлагаемого компонента дали хорошие результаты. Изготовление пасты не вызвало затруднений - сохранены необходимые параметры плотности и пенетрации, высыпание
активной массы из электродов не наблюдалось. Введение добавки позволило улучшить процесс формирования электродов. Не наблюдалось недоформированных электродов (у серийных электродов процент недоформировки составил 1,2%). Пористость опытных электродов в сравнении с серийными выросла не значительно: составила 55%, тогда как у серийных -52%.
Испытания показали следующие результаты:
Емкость АКБ по сравнению с серийными образцами увеличилась в среднем на 6,22 %. Испытание на наработку методом циклирования показало улучшение результатов в 1,5 раза.
Параллельно с изложенной выше разработкой осуществлялся поиск другого способа создания прочной и высоко эффективной
активной массы положительного электрода свинцовой аккумуляторной батареи. И в процессе работы он был найден. Данный способ заключается в аппретировании синтетической нити, добавляемой в активную массу, кремнийорганическим соединением. Использование кремнийорганического соединения позволяет снять с волокна статическое электричество, создать дополнительный каркас для крепления пасты и увеличить пористость
пластин.
Основой для такого решения поставленной задачи послужило широкое применение кремнийорганических соединений в качестве аппретов для самых различных материалов, в том числе и для синтетических волокон. Фундаментом данного решения послужили работы академика Воронкова М.Г.
Были опробованы в качестве аппретов растворы 15 кремнийорганических веществ. Нужный эффект получили при использовании хлорсиланов, общая формула RnSiCl3-nH. Механизм аппретирования основан на химической модификации волокон за счет реакции хлорсилана с влагой, с образованием на поверхности волокна мономолекулярного слоя полиалкилсилаксана. На поверхности волокна появляется активная Н-группа с частичным отрицательным зарядом, с колоссальной способностью к адгезии и к химическому взаимодействию. Появляется некоторое количество активных гидроксильных групп, которые в процессе вызревания намазных
пластин, объединяясь, образуют воду, что, по нашему мнению, увеличивает пористость и влияет положительно на процесс вызревания
активной массы. Значительно увеличивается контакт сцепления
активной массы с токоотводом. Увеличение боковых групп волокна также положительно влияет на пористость
пластин.
При испытании данного метода получили увеличение емкостных характеристик опытных
батарей в сравнении с серийными изделиями на 8,2%. Испытание методом циклирования по ГОСТ 959-91 п.4.5.1 дало повышение результатов в сравнении с серийными батареями в 1,5 раза. Высыпание
активной массы при тщательном контроле каждого электрода
после формирования в стационарных группах составило 0,001%. Практически отсутствовало явление недоформировки положительных электродов при формировании их в стационарных группах.
Благодаря вышеперечисленным работам удалось начать сборку новой марки
аккумуляторных батарей с улучшенными характеристиками и установить на них 3-х летнюю гарантию.
