Винахід відноситься до електротехнічної промисловості і зокрема до джерел струму - свинцевим акумуляторів. Технічний результат досягається у винаході, полягає в підвищенні терміну служби свинцевого акумулятора і у спрощенні технології отримання пасти з крупнокристаллической структурою. Згідно винаходу паста включає 72-89 мас.% Оксидів свинцю, 10-22 мас.% Сульфатів свинцю, 0,48-8,0 мас.% Металевого свинцю і 0,001-1,0 мас.% Наномодифікатори фуллероідного типу. Спосіб приготування включає змішання свинцевого порошку з 0,001-1,0% від маси суміші Наномодифікатори фуллероідного типу. Як Наномодифікатори фуллероідного типу використовувалися фулерени С60 і С70 або їх суміші, нанотрубки і багатогранний багатошарові вуглецеві наноструктури фуллероідного типу. 2 н. і 3 з.п. ф-ли, 5 мул. 1 табл.
Заявляється винахід відноситься до електротехнічної промисловості, а саме до джерел струму і зокрема до свинцевим акумуляторів. Електродна паста наноситься на токоотвод, формуючи зразок позитивного електрода свинцевого акумулятора.
Електродна паста свинцевого акумулятора зазвичай містить оксиди свинцю, сульфати свинцю і металевий свинець [Дасоян М.А. і ін. Виробництво електричних акумуляторів. М. Вища школа, 1977, с.214]. Активна маса, отримана з такої пасти, не забезпечує стабільних електричних характеристик акумулятора, термін служби такого електрода нетривалий через опливанія активної маси.
Відома паста включає 74-89 мас.% Оксидів свинцю, 10-20 мас.% Сульфатів свинцю, 0,48-8 мас.% Металевого свинцю, 0,02-0,2 мас.% Фторопласта і 0,01-0, 5 мас.% активованого вуглецю. Склад може включати полімерне волокно в кількості 0,01-0,1 мас.% Відповідно до патенту РФ №2174270 частки вуглецю надають пасті пластичність і забезпечують хороші намазувальних властивості. Поєднання електропровідних частинок вуглецю і волокон фторопласта створює пористу структуру, яка сприяє збільшенню терміну служби і ємнісних характеристик акумулятора в порівнянні з акумулятором, паста для виготовлення якого не містить активованого вуглецю.
Однак при високому анодном потенціал, характерному для роботи позитивного електрода свинцевого акумулятора (приблизно 1,7 В відносно водневого електрода) активоване вуглець нестійкий і окислюється до СО і СО2. Це призводить до зростання внутрішнього тиску в герметизированном акумуляторі і дестабілізації внутрішнього кисневого циклу, що викликає скорочення терміну служби акумулятора.
Технічний результат, який досягається в заявленому винаході, полягає в підвищенні терміну служби свинцевого акумулятора.
Зазначений технічний результат досягається тим, що паста для позитивного електрода свинцевого акумулятора, що включає оксиди свинцю, сульфати свинцю, металевий свинець і вуглець, як вуглецю містить Наномодифікатори фуллероідного типу, причому компоненти взяті в наступному співвідношенні, мас.%:
Оксиди свинцю 72-89
Сульфати свинцю 10-22
Свинець металевий 0,48-8,0
Наномодифікатори фуллероідного типу 0,001-1,0
Пасту для позитивного електрода свинцевого акумулятора отримують змішанням свинцевого порошку (65-75% оксиду свинцю, решта свинець) з сірчаною кислотою без спеціального підігріву реактора [Русин А.І. Основи технології свинцевих акумуляторів. Л. Вища школа, 1987, с.181]. В результаті реакції утворюється суміш, яка містить переважно оксиди свинцю, сульфати свинцю і залишки не прореагував металевого свинцю.
Паста, отримана таким способом, має мелкокристаллическую структуру і не має високу міцність, що не забезпечує великий термін служби акумулятора.
Найбільш близьким по досягається ефекту до заявляється способу є спосіб отримання пасти для позитивного електрода свинцевого акумулятора, що містить чотирьохосновним сульфат свинцю [Biagetti R.V. Weens M.C. The Bell system Technical J. 1970, V.49, №7, р.1305-1319].
Відповідно до цього способу порошок оксиду свинцю обробляють сірчаної кислотою при температурі 90 ° C і перемішуванні протягом 5 годин. Отримана паста має крупнокристалічного призматичну структуру, що забезпечує підвищений термін служби акумулятора. Однак питома ємність одержуваної активної маси нижче, ніж у серійної, а технологія її отримання більш складна і енергозатратна.
Технічний результат, також досягається в заявленому винаході, полягає в спрощенні технології отримання пасти з крупнокристаллической призматической структурою.
Зазначений технічний результат досягається тим, що в способі отримання пасти для позитивного електрода свинцевого акумулятора, що включає обробку свинцевого порошку сірчаної кислотою, свинцевий порошок попередньо змішують з Наномодифікатори фуллероідного типу, узятим в кількості 0,001-1,0% від маси суміші.
Змішання свинцевого порошку з Наномодифікатори фуллероідного типу можна проводити в змішувачі швидкісного типу; можна також обробити свинцевий порошок розчином фуллерена (ів) в органічному розчиннику або дисперсією нанотрубок, або поліедральних багатошарових вуглецевих наноструктур фуллероідного типу в органічному розчиннику або в воді. У разі обробки розчином або дисперсією, оброблений свинцевий порошок перед змішанням з сірчаною кислотою висушують. Обробка сірчаної кислотою проводиться без спеціального підігріву.
Далі заявляється винахід пояснюється прикладами, але не обмежена ними.
Приклад 1 (контрольний).
Свинцевий акумулятор був виготовлений з пасти, отриманої взаємодією свинцевого порошку з сірчаною кислотою без додаткового нагріву; свинцевий порошок змішували з Наномодифікатори фуллероідного типу.
Акумулятор з номінальною ємністю 14 А · год відчували прискореним методом циклирования, що забезпечує максимальне руйнівний вплив на активні маси, до досягнення акумулятором 80% початкової ємності. Акумулятор витримав 80 циклів заряд-розряд, які прийняті за 100%.
Пасту отримували і відчували як в прикладі 1, але свинцевий порошок попередньо змішували з Наномодифікатори фуллероідного типу. Склад пасти і термін служби акумуляторів представлені в таблиці.
Були отримані електронні мікрофотографії структур, представлені на фіг.1-5.
На фіг.1 представлена структура пасти, отриманої без змішування з Наномодифікатори; видна дрібнокристалічна, голчастого типу структура пасти;
на фіг.2 представлена структура пасти за прикладом 3; на Фіг.3 - те ж, за прикладом 5; на фіг.4 - то ж, за прикладом 6; на фіг.5 - то ж за прикладом 4.
Видно, що змішання з Наномодифікатори сприяє формуванню крупнокристаллической призматической структури, яка забезпечує підвищену міцність паст, що, в свою чергу, забезпечує збільшення терміну служби акумуляторів.
формула винаходу
1. Паста для позитивного електрода свинцевого акумулятора, що включає оксиди свинцю, сульфати свинцю, металевий свинець і вуглець, що відрізняється тим, що в якості вуглецю містить Наномодифікатори фуллероідного типу, при наступному співвідношенні компонентів, мас.%:
Оксиди свинцю 72-89
Сульфати свинцю 10-22
Свинець металевий 0,48-8,0
Наномодифікатори фуллероідного типу 0,001-1,0
2. Паста по п.1, що відрізняється тим, що в якості модифікатора фуллероідного типу паста включає фулерени С60 і С70 або їх суміші.
3. Паста по п.1, що відрізняється тим, що в якості модифікатора фуллероідного типу паста містить нанотрубки.
4. Паста по п.1, що відрізняється тим, що в якості модифікатора фуллероідного типу паста містить багатогранна багатошарові вуглецеві наноструктури фуллероідного типу.
5. Спосіб приготування пасти для позитивного електрода свинцевого акумулятора, що включає обробку свинцевого порошку сірчаної кислотою, що відрізняється тим, що свинцевий порошок попередньо змішують з Наномодифікатори фуллероідного типу, узятим в кількості 0,001-1,0% від загальної маси суміші.
MM4A - Дострокове припинення дії патенту СРСР або патенту Російської Федерації на винахід через несплату у встановлений термін мита за підтримку патенту в силі