Саморазряд никель-водородного аккумулятора

• Автор: Кондратьев, Дмитрий Геннадьевич
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 132 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ У СЛОВ 1ЫХ ОБОЗ 1АЧБНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИ IИ ТЕРМИНОВ.

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ САМОРАЗРЯДА О

ГЛАВА 2. МОДЕЛЬНЫЕ РЕДСТАВЛЕНИЯ.

2.1 Диффузионный саморазряд.

2.2 Недиффузионный саморазряд.

2.3 Особенности кинетики саморазряда никельводородного аккумуляторного элемента во время зарядразрядного цикла

ГЛАВА 3. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ РАБОТЫ

3.1 Описание эксперимента.

3.2 Кинетика саморазряда при различных температурах.

3.3 Кинетика саморазряда аккумуляторного элемента при перезаряде ОНЭ.
3.4 Влияние давления водорода на величину саморазряда НВАБ
3.5 Влияние электролитосодержания в электрохимической группе на электрические характеристики НВАБ.
3.6 Влияние температу ры на характеристики АЭ.
3.7 Выводы
ГЛАВА 4. ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НВАБ ВО ВРЕМЯ РЕСУРСНОЙ РАБОТЫ
4.1 Влияние глубины разряда на снижение энергоемкости АЭ при ресурсном циклировании
4.2 Пассивация активной массы ОНЭ.
4.3 Исследование саморазряда НВАЭ во время ресурсной работы.
4.4 Выводы
ГЛАВА 5. ФАКТОРЫ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ ДЕГРАДАЦИИ НВАБ ВО ВРЕМЯ РЕСУРСНОЙ РАБОТЫ.
5.1 Структурные изменения ОНЭ во время ресурсной работы
5.2 Выделение кислорода в окисноникелевом электроде при заряде как
причина изменения структуры ОНЭ при длительной эксплуатации
5.3 Фазовые переходы в ОНЭ.
5.4 Коррозия ОНЭ.
5.5 Способы снижения влияния структурных изменений ОНЭ на ресурсные
характеристики НВАБ
5.6 Выводы.
ГЛАВА 6. ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ В НВАБ ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ.
6.1 Выводы
ГЛАВА 7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАКАПЛИВАЮЩЕГОСЯ В ОНЭ КИСЛОРОДА ПА ХАРАКТЕРИСТИКИ АЭ.
7.1 Описание эксперимента.
7.2 Исследование динамики накопления и рекомбинации кислорода в
ГЛАВА 8. ВЛИЯ1ИЕ СОЕДИНЕИЙ МАРГАНЦА В СОСТАВЕ ОКИСНОНИКЕЛЕВОГО ЭЛЕКТРОДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ НИКЕЛЬВОДОРОДНОГО АККУМУЛЯТОРНОГО ЭЛЕМЕНТА
8.1 Экспериментальные данные
8.2 Испытания марганцеводородного аккумуляторного элемента.
ВЫВОДЫ .
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ,
ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ
иАЭ напряжение аккумуляторного элемента
Ш.з. напряжение п начале заряда
ОНЭ окисноникелевый электрод
ВЭ водородный электрод
Ш.з. напряжение в конце заряда
Ш.р. напряжение в конце разряда
АМ активная масса окисноникелевого электрода
АЭ аккумуляторный элемент
ХИТ химические источники тока
ЗРХ зарядноразрядная характеристика аккумуляторного
элемента или ннксльводородной аккумуляторной батареи
1ШАБ никельводородная аккумуляторная батарея
НВАЭ никсльводородный аккумуляторный элемент
ВАХ вольтамперная характеристика аккумуляторного эле
мента или никельводородной аккумуляторной батареи
ЭХГр электрохимическая группа аккумуляторного элемен
та сборка электродов и сепараторов аккумуляторного элемента или никельводородной аккумуляторной батареи
С, С. номинальная электрическая мкость аккумуляторного
элемента, никельводородной аккумуляторной батареи или окисноникелевого электрода
Срасч расчетная электрическая мкость аккумуляторного
элемента, т. е. мкость, рассчитанная на основе количества активной массы, содержащейся в окисноникелевом электроде
Сое. остаточная емкость, реальное значение электрической
емкости АЭ после хранения степень заряжен величина, характеризующая сообщаемую электрическую емкость при заряде ОНО до 1 С
величина, характеризующая разрядную емкость аккумулятора, выражается в от номинальной электрической емкости
зависимость напряжения аккумуляторного элемента или никельводородной аккумуляторной батареи от степени заряда, электрическая характеристика аккумуляторного элеметтта или никельводородной аккумуляторной батареи
кривая затопления зависимость электрической мкости аккумуляторного
элемента или никельводородной аккумуляторной батареи от содержания электролита в элементах ЭХГр разрядная кривая зависимость напряжения аккумуляторного элемента
глубина разряда
зарядная кривая
или ннкельводородной аккумуляторной батареи от глубины разряда, электрическая характеристика аккумуляторного элемента или никельводородной аккумуляторной батареи
температура
теплоотвод с НВАБ
теплоемкость IШАБ
диффузионный саморазряд, т.е. саморазряд, вызванный восстановлением активной массы ОНЭ при взаимодействии с ней водорода
недиффузионный саморазряд, т.е. саморазряд, вызванный саморазложением активной массы
аккумуляторная батарея
электрохимическая батарея
космический аппарат
аккумуляторный элемент
ВВЕДЕНИЕ
В предложенной работе изложены основные результаты исследований, проведнных в лаборатории электрохимических процессов и катализа, лаборатории химических источников тока и лаборатории физикохимическою анализа завода электрохимических преобразователей ЗЭП Уральского электрохимического комбината УЭХК в г.г., направленных на изучение саморазряда никельводородной аккумуляторной батареи НВАБ с общим газовым коллектором в едином сосуде. Также рассматриваются результаты испытаний макетов аккумуляторных батарей и единичных аккумуляторных элементов, которые имеют значительные ресурсные наработки. Рассматривается влияние соединений марганца в составе ОНЭ на электрические характеристики аккумулятора. Предложена тепловая модель НВАБ. Результаты работы были использованы при разработке, изютовленин и подготовке к эксплуатации НВАБ НВ0, применяемой в космическом аппарате КА Ямал0.
Актуальность


Получена зависимость элекгричсских характеристик НВАБ с общим газовым коллектором в едином сосуде от электролитосодержания в ЭХГр. Впервые показан затухающий характер изменения пористой структуры ОНЭ от времени эксплуатации. Предложен способ повышения стабильности характеристик ПВАБ во время ресурсной работы. Исследовано влияние длительной эксплуатации на величину саморазряда НВАБ. Исследованы условия возникновения теплового разгона НВАБ с общим газовым коллектором в едином сосуде при хранении. Основные научные результаты и положения, выносимые на защиту. Обобщенная математическая модель саморазряда в НВАБ, основанная на кинетических представлениях протекания процессов и реакций. Экспериментально полученные значения энергии активации реакций восстановления активной массы ОНЭ в никельводородной аккумуляторной системе, которые отличаются от значений, полученных ранее другими авторами. Экспериментальная зависимость электрических характеристик и величины саморазряда аккумулятора от электролитосодержания в ЭХГр, позволяющая оптимизировать количество электролита в НВАБ с общим газовым коллектором в едином сосуде. Исследование теплового разгона НВАБ с общим газовым коллектором в едином сосуде при хранении, возникающего по достижении аккумулятором критической температуры. Методика исследования влияния выделяющегося на ОНЭ кислорода на электрические характеристики аккумулятора, заключающаяся в регулировании перепада давления между кислородной и водородной полостями. ГЛАВА 1. Основные электрохимические реакции на положительном и отрицательном электроде ннкельводородного аккумулятора НВА представлены в уравнениях 4 и 2. Во время заряда па окнсноникелевом электроде гидроксид никеля окисляется до моногидрата окиси никеля с образованием воды, а на водородном электроде выделяется водород с образованием иона гидроксила. При заряде водород накапливается в общем сосуде. При разряде происходит обратный процесс. Изучение процессов, приводящих к потере электрической мкости заряженного никельводородного аккумулятора во время хранения проводилось как в нашей стране, так и за рубежом. Основы теории и практического изучения саморазряда были заложены в работах Центера и Лызлова 1, Ксенжека 2,3, а также . Мао, i, 4,5 и др. Результаты исследований Центера изложены в ряде его работ 1,,. Были изучены основные химические и электрохимические реакции, протекающие в никельводородном аккумуляторе, выделены факторы способствующие ускорению саморазряда. Прнстствие в электролите редокссистем ионного типа, например, 0 диффузия которых между анодом и катодом способствует восстановлению активной массы положительного электрода. Токи утечки между ячейками по общему газовому коллектору батареи. Как было установлено 1 , наличие водорода в газовой фазе способствует активному протеканию процесса восстановления окисленной активной массы ОНЭ. Непосредственный контакт газообразного водорода и твердофазного окислителя активной массы ОНЭ приводит к потере заряженности во время хранения аккумулятора. Этот фактор превалирует над остальными и определяет высокую скорость саморазряда никсльводородных аккумуляторных систем. Поскольку потенциал заряженного ОНЭ выше потенциала кислородного электрода в том же растворе едкого кали, возможно самопроизвольное катодное восстановление окислов никеля на электроде и потеря заряженности за счет саморазложения активной массы. Однако процесс саморазложения окислов никеля вносит незначительный вклад в потерю мкости, если не допускать перезаряженного состояния. Особенно высокую скорость восстановления имеют высшие окислы никеля со степенью окисления 3. Эти соединения образуются, в основном, во время большого перезаряда ОНЭ 3,,,. В рабогс 1 авторы изучали кинетику ионизации водорода саморазряд на ОНЭ методом электролитической компенсации . Для различных величин давлений водорода, которые в ходе саморазряда поддерживались постоянными, была найдена средненитегральная скорость поглощения водорода. Степень заряженности ОНЭ ограничивали , и, тем самым, исключали вклад саморазложения окислов никеля в общин саморазряд.