Новые технологии получения и переработки электродных материалов для никель-кадмиевых аккумуляторов

• Автор: Волынский, Вячеслав Виталиевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 333 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Способы получения гидроксида никеля, его структурные и электрохимические свойства

1.1. Способы получения гидроксида никеля

1.1.1. Осаждение гидроксида никеля в реакторах периодического

действия

1.1.2. Осаждение гидроксида никеля в реакторах непрерывного действия

1.1.3. Получение гидроксида никеля II со сферическими частицами

1.2. Кристаллическая структура гидроксидов никеля

1.2.1. Кристаллическая структу ра г идроксида никеля II

1.2.2. Кристаллическая структура гидроксида никеля Ш

1.2.3. Фазовые превращения гидроксидов никеля при заряде и разряде оксидноникелевого электрода
1.3. Физическая модель протонного массопереноса в активной массе оксидноникелевых электродов
1.4. Проблема повышения эффективности процессов электрохимического окислениявосстановления оксидноникелевого электрода
1.4.1. Влияние кобатьта на структурнохимические свойства гидроксида никеля
1.4.2 Способы введения кобальтсодержащих соединений
1.4.3 Влияние цинка II на структурнохимические свойства гидроксида никеля
1.5. Заключение
ГЛАВА 2. Разработка технологии получения гидроксида никеля с обеспечением физикохимической однороднос ти условий его кристаллизации
2.1. Получение гидроксида никеля, модифицированного карбонатанионом
2.2. Оценка необходимого уровня точности дозирования реагентов при
осаждении гидроксида никеля
2.3. Создание автоматизированной системы управления процессом осаж дения гидроксида никеля
2.4. Исследование технологических возможностей автоматизированной установки для получения гидроксида никеля II
2.5. Влияние условий получения гидроксида никеля II на его электро химические и физикохимические свойства
2.5.1. Оптимизация условий осаждения гидроксида никеля II
2.5.2. Влияние физикохимических различий гидроксида никеля II на 4 электрохимические характеристики источников тока
2.5.3. Внедрение новой технологии получения гидроксида никеля
2.5.4. Расчет техникоэкономических показателей новой технологии
2.6. Совершенствование технологического процесса отмывки гидроксида 0 никеля от сульфатионов
2.7. Опытноконструкторские работы по созданию технологии отмывки 6 суспензии гидроксида никеля от сульфатионов
2.8. Механизация процесса изготовления активных масс
2.9. Заключение 4 ГЛАВА 3. Разработка технологии изготовления оксидноникелевых элек 6 тродов на металловойлочной основе
3.1. Современный уровень технологий производства никелькадмиевых 6 аккумуляторов с металловойлочными электродами. Типы конструкций и сферы применения
3.2. Способы изготовления металловойлочных основ
3.3. Разработка технологии получения никелированных войлочных мате 3 риалов химической металлизацией без применения палладия
3.3.1. Исследование влияния сернокислого аммония на процесс химиче 8 ского никелирования войлочных материалов
3.3.2. Гальваническое никелирование войлочного материала
3.3.3. Способы заполнения мсталловойлочных основ активным
материалом
3.3.4. Оптимизация условий заполнения металловойлочных основ 9 активным материалом
3.3.5. Взаимосвязь между физикомеханическими и электрическими 4 характеристиками металловойлочных оксидноникелевых электродов
3.4. Заключение
ГЛАВА 4. Разработка способов активации металловойлочных оксидно 0 никелевых электродов
4.1. Изучение влияния соединений кобальта на электрохимическое 0 поведение никелькадмиевых аккумуляторов с .металловойлочными оксидно никелевыми электродами
4.1.1. Влияние сульфата кобальта
4.1.2. Влияние способа введения соединений кобальта
4.1.3. Влияние температуры и токов разряда на характеристики никель 8 кадмиевых аккумуляторов с металловойлочными оксидноникелевыми электродами
4.1.4. Сохраняемость заряда никелькадмиевых аккумуляторов с метал 2 ловойлочными оксидноникелевыми электродами
4.2. Исследование совместного влияния добавок цинка И и кобальта И на работу металловойлочного оксидноникелевого электрода
4.2.1. Влияние способов введения комбинированной добавки цинка II и 3 кобальтаИ
4.2.2. Механизм совместного влияния соединений кобальта II и цинка II 9 на разрядные характеристики меттловойлочного оксидноникелевого электрода
4.3. Сферический гидроксид никеля II и аккумуляторы с металловой 1 лочными оксидноникелевыми электродами на его основе
4.4. Заключение 3 ГЛАВА 5. Технология переработки никелькадмиевых аккумуляторов
5.1. Порядок переработки никелькадмиевых аккумуляторов в странах
западной Европы
5.2. Способы переработки кадмиевых электродов
5.3. Разработка технологии переработки кадмийсодержащих отходов ак 6 кумуляторной промышленности
5.3.1. Исследование процесса дистилляции кадмия на лабораторной печи 6 периодического типа
5.3.2. Разработка промышленного оборудования для дистилляции кадмия 4 из отходов производства никелъкадмиевых аккумуляторов
5.3.3. Испытания аккумуляторов КН0Р, отрицательная активная масса которых изготовлена из продуктов переработки кадмийсодержащих отходов
5.3.4. Техникоэкономические показатели технологического процесса пс 9 реработки отходов кадмия
5.3.5. Выводы
5.4. Переработка ламельных оксидноникелевых электродов
5.4.1. Способы утилизации оксидноникелевых электродов
5.4.2. Разработка гидрометаллургического способа утилизации ламель 4 ных оксидноникелевых электродов
5.4.3. Испытания аккумуляторов КТ0Р, положительная активная масса 7 которых изготовлена из никельсодержащих отходов
5.4.4. Комплекс оборудования для промышленной утилизации никельсо 2 держащих отходов
5.4.5. Очистка раствора сульфата никеля от примесей железа, кальция и 7 магния
5.4.6. Заключение
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРИЛОЖЕНИЕ II ПРИЛОЖЕНИЕ III
ПРИЛОЖЕНИЕ IV
ПРИЛОЖЕНИЕ V
ПРИЛОЖЕНИЕ VI
ПРИЛОЖЕНИЕ VII
ПРИЛОЖЕНИЕ VIII
ВВЕДЕНИЕ


Поэтому, в настоящее время обозначение рЫЮОН применяется для выражения фазового, но не химического состава. Модификация гидроксида никеляШ. При увеличении глубины заряда увеличивается степень окисленности никеля, возрастает содержание щелочных катионов в межслоевом пространстве и, как следствие, изменяется кристаллическая структура гидроксида никеля III образуется уфаза ЫгООН. Образованию этой фазы при электрохимическом окислении 0ЫЮОН способствует увеличение концентрации электролига, температуры, плотности зарядного тока и длительности поляризации . ЫЮКЮОН2НН2КО 1. ЫЮЫЮ0Н2Н0Н2К1 1. ЫЮде и ,. Так же, как и в аОН2, решетка фазы уООП состоит из основных слоев их состав приведен в квадратных скобках, между которыми находятся промежуточные слои, содержащие, в отличие от 2, не только молекулярную, но и гидроксильную воду, а также катионы электролита К. В работах , было показано, что межслоевые катионы Ыа4, К, Ва У4 обладактг высокой способностью к ионному обмену и проникновению в промежуточные слои структуры высокоокислепных соединений никеля. При этом структура уООП сохраняется, а незначительно изменяется параметр с элементарной ячейки, увеличиваясь на А в зависимости от размера межслоевого катиона. Вместе с тем параметр д2. А, косвенно характеризующий строение основных слоев, по данным автора , при этом не меняется. Последнее не совсем понятно, поскольку катионы, имеющие различный заряд и эффективный радиус, должны, казалось бы, оказывать неравнозначное поляризующее действие на кислородные атомы основного слоя. Возможно, это действие ослабляется изза присутствия в межслоевом пространстве воды. В пользу этого предположения говорит тот факт, что удаление межслосвой воды в вакууме приводит к усилению взаимодействия межслоевых катионов с основными слоями структуры, что вызывает деформацию элементарной ячейки и понижает симметрию. При этом величина деформации зависит от природы заряда и радиуса катионов и их количества в составе кристаллической решетки уЫЮОН. Поскольку ни межслоевая вода, ни межслосвыс катионы не дают вклада в рассеяние рентгеновских лучей, для исследования строения промежуточных слоев необходимо привлечение других физикохимических методов. Важным источником информации служит термографический метод анализа. Первые указания на особенности процесса термического обезвоживания соединений высоковалентного никеля, содержащих катионы щелочи, были сделаны Эйя , предположившим взаимодействие межслоевой воды с щелочными ионами структуры. ЫЮОН по сравнению с рЫЮОН, что объяснялось образованием связи катионвода. Термографический анализ соединений со структурой уЫЮОН показал, что температу ра удаления межслоевой воды зависит от природы катионов и повышается с увеличением их радиуса и заряда. В работе установлено, что процесс обезвоживания уГЧЮОН сопровождается выделением молекулярного кислорода и удалением гидроксильной воды за счет термического разрушения структуры. Другим вопросом, недостаточно решенным до настоящего времени, является вопрос о местонахождении протонов в кристаллической решетке 7МЮОН. Так согласно и формулам 1. Ггруппы. По предположению Битюцкого , часть протонов может быть связана и с молекулами межслоевой воды, образуя ионы Н. Однако, согласно 1, ионы водорода вес же принадлежат основному слою, но связь ОН, вследствие сильной поляризации кислорода высоковалентным никелем, существенно ослаблена. В связи с этим, удаление гидроксильной вода из основных слоев уЫЮОН при нагревании в противоположность происходит легче, чем из гидроксидов двух и трехвалентного никеля. Ряд исследователей , , считает, что окисление и восстановление происходит через образование смесей вышеназванных фаз гидроксида никеля, тогда как другие авторы , , являются сторонниками теории образования непрерывного ряда твердых растворов. Наиболее правильным следует считать предположение Туоми , , объединившее эти две конкурирующие точки зрения. По мнению Туоми, окисление гидроксида никеля вначале происходит в пределах имеющейся структуры, которая представляет собой фазу переменного состава, подобную твердому раствору.