Стратерные аккумуляторные батареи с повышенным пусковым током на основе наноструктурированных никелевых электродов для систем электроснабжения автотранспортных средств

• Автор: Морозов, Михаил Валерьевич
• Шифр специальности: 05.09.03, 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 175 с. : ил.

Содержание

Перечень сокращений

Список обозначений

Общая характеристика работы

Глава 1. Актуальные задачи разработки и исследования характеристик стартерных аккумуляторных батарей с повышенным пусковым током на основе применения в них наноструктурированных никелевых электродов для систем электроснабжения автотранспортных средств
1.1 Требования и характеристики энергетической эффективности стартерных аккумуляторных батарей систем электроснабжения автотранспортных средств

1.2 Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи на основе оксидноникелевых электродов

1.3 Промышленные и инновационные способы построения

аккумуляторных батарей с повышенным пусковым током

Глава 2. Разработка технологического принципа построения стартерных аккумуляторных батарей с повышенным пусковым током для систем электроснабжения автотранспортных средств на основе нового способа получения наноструктурированных никелевых электродов

2.1 Разработка технологического принципа построения стартерных

аккумуляторных батарей с повышенным пусковым током, основанного на использовании в ее структуре дендритной волоконной электродной основы с развитой поверхностью волокон
2.2 Способ получения наноструктурированной никелевой волоконной
электродной основы с развитой поверхностью волокон
2.3 Методика формирования активного вещества
наноструктурированных никелевых электродов
Глава 3. Разработка способов анализа и обеспечения оценки функциональных свойств, работоспособности и качества функционирования предложенных стартерных аккумуляторных батарей систем электроснабжения
автотранспортных средств с учетом необходимости применения в них наноструктурированных никелевых электродов
3.1 Расчет характеристик поверхности стартерных аккумуляторных батарей на основе наноструктурированных никелевых электродов и результаты оценки их морфологии
3.2 Способ анализа тока разряда стартерных аккумуляторных батарей с наноструктурированными никелевыми электродными основами
3.3 Способ оценки работоспособности и емкости предложенных стартерных аккумуляторных батарей на основе никелевых электродов с наноструктурированной поверхностью
3.3.1 Оценка работоспособности и емкости предложенных стартерных аккумуляторных батарей на основе никелевых электродов с наноструктурированной поверхностью
3.3.2 Оценка характеристик литий-ионных аккумуляторных батарей, основанных на использовании в их структуре известных электродов с пространственно-упорядоченными никелевыми субмикропроволоками
Глава 4. Разработка электротехнической системы накопления электрической энергии на основе наноструктурированных никелевых электродов для электрооборудования транспортных средств
4.1 Разработка рекомендаций по применению никель-кадмиевых стартерных аккумуляторных батарей в системе электроснабжения грузового автомобиля
4.2 Разработка рекомендаций по применению никель-кадмиевых стартерных аккумуляторных батарей в системах электроснабжения гибридного автомобиля и электромобиля
4.3 Внедрение результатов исследований и перспективы развития предложенных стартерных аккумуляторных батарей
Основные результаты и выводы
Список использованных источников
Приложения

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
ДВС - двигатель внутреннего сгорания
САБ - стартерная аккумуляторная батарея
МЭК - международная электротехническая комиссия
АБ - аккумуляторная батарея
ВАХ — вольтамперная характеристика
ХИТ — химический источник тока
СК - суперконденсатор
НК - никель-кадмиевый
ОНЭ - оксидно-никелевый электрод
ЭДС - электродвижущая сила
СЭМ - сканирующая электронная микроскопия
ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия
АСМ - атомно-силовая микроскопия
РСА - рентгено-структурный анализ
БЭТ - Брунауэра-Эммета-Теллера
ПАВ - поверхностно-активные вещества
АОА - анодный оксид алюминия

Известно, что мощность аккумуляторов определяется в основном площадью поверхности, или шероховатостью, электродов [1]. Поэтому скорость реакций обычно относят к единице площади поверхности электродов и выражают плотностью тока - отношением общего тока к площади поверхности электрода [1]. Для систем на основе никеля (Ni-Cd, Ni-MH, Ni-Zn и Ni-Fe) определяющей является шероховатость поверхности положительного оксидно-никелевого электрода [1]. Это связано с тем, что емкость отрицательного электрода по технологии эксплуатации закладывают выше как минимум на 10-15 %. Очевидно, что большее отношение площади поверхности активного материала к его объему даст более высокую плотность тока аккумулятора. Такое увеличение возможно при использовании наноструктурированной поверхности электрода.
Создание наноструктурированных электродов аккумуляторов на основе оксида никеля способствует развитию не только никель-кадмиевых аккумуляторов, но и смежных систем ХИТ, где применяются никелевые электроды. В основном это системы на основе никеля (Ni-Cd, Ni-MH, Ni-Zn, Ni-Fe аккумуляторы) [1], а также литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы с оксидноникелевым (NiO) анодом [34], топливные элементы и электрохимические конденсаторы с никелевыми электродами [35, 36]. В современных работах отмечаются значительные преимущества наноструктурированных материалов по сравнению с простыми материалами из наночастиц. С этой точки зрения следует отметить применение наноструктурированных электродов в области металл-гидридных источников, где используют сеточную или волоконную структуру электрода с наночастицами активного вещества [32, 37]. В этой связи перспективным выглядит создание электрода с наноразмерными волокнами и развитой поверхностью активного вещества. Кроме большой удельной площади поверхности, металлическая сетка обладает малым электрическим сопротивлением по сравнению с оксидом и гидроксидом никеля и обеспечивает хороший электрический контакт между наночастицами. Однако такие волокна