Теоретические и прикладные аспекты проблемы шунтирования никель-кадмиевых аккумуляторов

• Автор: Бурашникова, Марина Михайловна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 137 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1.Аналитический обзор. Природа процесса шунтообразования в

никелькадмиевых аккумуляторах

1.1. Механизмы шунтирования никелькадмиевых аккумуляторов

1.1.1. Дендритный механизм шунтирования никелькадмиевых аккумуляторов

1.1.2. Механизм мягкого короткого замыкания

1.2. Методы замедления шунтирования никелькадмиевого аккумулятора

1.2.1. Технологические способы замедления процессов шунтообразования

1.2.2. Химические методы замедления процессов шунтообразования

1.2.3. Нанесение барьерных пленок на поверхность кадмиевого электрода

1.3. Заключение
Глава 2. Методика эксперимента
2.1. Объекты исследования
2.2. Методика определения массы никелевого покрытия
2.3. Методика определения соединений кадмия в сепараторе
2.4. Фазовый химический анализ активной массы кадмиевого электрода
2.5. Методика снятия хроновольтамперометрических и потенциостатических кривых
2.6. Методика гальваностатических измерений
2.7. Методика определения прорастания сепаратора соединениями кадмия
в макете никелькадмиевого аккумулятора
2.8. Методика определения прорастания сепаратора соединениями кобальта на модели блока электродов
2.9. Определение удельной поверхности электродов импульсным потенциогатическим методом
2 Методика потенциодинамических исследований на гладком кадмиевом и никелированном кадмиевом электродах
2 Методика определения концентрации гидроксокадматных
комплексов в межэлектродном пространстве макета аккумулятора с помощью кадмиевою микроэлектрода Глава 3. Разработка способов нанесения никелевых барьерных покрытий на поверхность кадмиевого электрода
3.1. Одностадийные способы нанесения никелевых барьерных покрытий
3.1.1. Химическое никелирование неформированных кадмиевых электродов
3.1.2. Влияние химического никелирования активной массы кадмиевого электрода на процесс шунтообразования
3.1.3. Гэьваническое никелирование неформированных кадмиевых электродов
3.2. Двухстадийные способы нанесения никелевых барьерных покрытий
3.2.1. Нанесение электропроводного подслоя методом химического никелирования
3.2.2. Получение электропроводного подслоя электровосстановлением поверхности кадмиевого электрода в холостом электролите никелирования
3.2.3. Получение электропроводного подслоя электровосстановлением поверхности кадмиевого электрода в щелочном электролите
3.2.4. Получение электропроводного подслоя нанесением полимерных электропроводящих покрытий
3.2.5. Магнитронное напыление никелевого подслоя
3.3. Электрохимические характеристики кадмиевых электродов с никелевым барьерным покрытием на их поверхности
3.3.1. Электрохимические характеристики никелированных кадмиевых электродов с электропроводящим подслоем, нанесенным методом химической металлизации
3.3.2. Электрохимические характеристики никелированных кадмиевых электродов с предварительно восстановленной поверхностью в
холостом электролите никелирования
3.3.3. Электрохимические характеристики никелированных кадмиевых электродов с предварительно катодно восстановленой поверхностью в щелочном электролите
3.3.4. Электрохимические характеристики никелированных кадмиевых электродов с подслоем, нанесенным магнитронным напылением
3.4. Заключение
Глава 4. Механизм защитного действия никелевого покрытия на поверхности кадмиевого электрода
4.1. Определение концентрации гидроксокадмагных комплексов в межэлектродном пространстве никелькадмиевого аккумулятора
4.1.1. Влияние скорости анодного окисления кадмиевого электрода на степень пересыщения межэлектродного пространства гидроксокадматными комплексами
4.1.2. Влияние степени разряженности кадмиевого электрода на степень пересыщения межэлектродного пространства гидроксокадматными комплексами
4.2. Определение количества кадмия в сепарационном материале
4.2.1. Определение количества кадмия в сепарационном материале после окончания формировки аккумуляторов типа НКГКЗЗСА
4.2.2. Определение количества кадмия в сепарационном материале после циклирования модельных прессованных кадмиевых электродов
4.3. Измерение потенциала поверхности никелированных кадмиевых электродов
4.4. Сравнительное изучение процесса катодного восстановления гидроксокадмагных комплексов на кадмиевом и никелированом кадмиевом электродах
4.5. Заключение
Глава 5. Природа образования шунтирующих мостиков из соединений
кобальта в никелькадмиевом аккумуляторе
5.1. Моделирование процесса образования шунтирующих мостиков из соединений кадмия в условиях работы никелькадмиевого аккумулятора
5.1.1. Исследование возможности образования шунтирующих мостиков при локальном включении соединений кобальта II на поверхности оксидноникелевого электрода
5.1.2. Исследование возможности образования шунтирующих мостиков
в кобальтитном щелочном растворе
5.1.3. Исследование возможности образования шунтирующих мостиков при локальном включении соединений кобальта II на поверхность кадмиевого электрода
5.2. Исследование влияния никелевого покрытия на кадмиевом электроде на процесс образования шунтирующих мостиков из соединений кобальта
5.2.1. Исследование влияния никелевой пленки на процесс образования шунтирующих мостиков из соединений кобальта на модели электродного блока
5.2.2. Влияние никелевого покрытия на поверхности прессованого модельного кадмиевого электрода на процесс образования шунтирующих мостиков из соединений кобальта
5.3. Заключение
Выводы
Список использованных источников


Предложен механизм защитного действия никелевых покрытий от шунтирования НКА кадмием, в котором никелевые покрытия выполняя роль барьерного слоя, препятствующего переносу соединений кадмия в межэлектродное пространство, также оказывает термодинамические и кинетические затруднения процессу катодного восстановления гидроксокадматных комплексов как в процессе заряда, так и в условиях разомкнутой цепи. Установлен механизм процесса шунтирования НКА соединениями кобальта, суть которого заключается в образовании оксидных соединений кобальта высших степеней окисления, обладающими высокой электронной проводимостью, которые заполняют поры сепаратора в результате чего снижаются его электроизоляционные свойства. Показано, что нанесение никелевых барьерных пленок на поверхность кадмиевых электродов также является эффективным способом защиты от шунтирования НКА соединениями кобальта. Практическая значимость. Результаты проведенных исследований положены в основу разработки технологии изготовления никелированных кадмиевых электродов, предназначенных для производства безуходных НКА, работоспособных в условиях длительного цитирования и хранения. НКА соединениями кобальта. Глава 1. Внутреннее короткое замыкание, никелькадмиевых аккумуляторов НКА является одной из основной причин, приводящих к выходу из строя источников тока в процессе их длительного циклирования, хранения и перезарядах. Подобного рода явления могут происходить при шунтировании аккумуляторов, как металлическим кадмием, так и в результате действия некоторых примесей, например меди или соединений кобальта 1,2,3. В данном обзоре остановимся на обсуждении физикохимических и электрохимических аспектов проблемы образования шунтирующих мостиков из кадмия. Для этого проанализируем вероятность их образования по различным механизмам, рассмотрим механизм переноса растворимых и нерастворимых соединений кадмия в межэлектродное пространство, некоторые представления о теории роста дендритных осадков кадмия, влияние различных факторов на процесс шунтирования, а также методы замедления шунтообразования в химических источниках тока ХИ Г. Шунтирование НКА может быть связано с одной стороны с ростом на кадмиевом электроде дендритов металлического кадмия, прошивающих сепарационный материал, с другой стороны с процессами постепенной миграции активного материала кадмиевого электрода сквозь сепарацию и его восстановления до металлического состояния, приводящими к контактированию кадмиевого электрода с оксидноникелевым электродом мягкое короткое замыкание. Рассмотрим каждый из возможных механизмов. Этот механизм можно характеризовать как классический механизм шунтирования источника тока металлическими дендритами. Сс1ОНз 2е сащунт 1Г 1. Этот механизм хорошо известен для случая шунтирования никельцинковых и серебряноцинковых аккумуляторов дендригами цинка 4. В основе этого механизма лежит образование дендритов как специфической морфологической разновидности кристаллов металлов ,. Рост дендритов рассматривается как продолжение процесса увеличения шероховатости поверхности , причем первоначальный осадок соответствует макропрофилю поверхности. Дендрит может рассматриваться как скелет монокристалла, состоящий из ствола и ветвей, напоминающих дерево или папоротник. Особенность дендритов, отличающих их от других типов отложений , является хорошо выраженная кристалличность в сочетании с тенденцией к быстрому прорастанию от подложки во внешние слои. Для начала роста дендритов необходимо наличие некоторого порогового значения перенапряжения р. Началу роста дендритов обычно предшествует индукционный период. Максимальная скорость роста дендрита обуславливается некоторым оптимальным радиусом его верхушки. После начала роста дендритов суммарный ток увеличивается с течением времени при постоянном потенциале. При значениях потенциала, превышающих р, количество образующихся дендритов возрастает. Рост дендритов в пределах диффузионного слоя Нернста соответственно к плоской подложке с течением времени увеличивается экспоненциально.