Тепловой разгон в щелочных аккумуляторах: закономерности и технологические рекомендации

• Автор: Галушкина, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 179 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Тепловой разгон.

1.2 Тепловой разгон в никелькадмиевых аккумуляторах

1.3 Тепловой разгон в никельметаллогидридных и никельводородных аккумуляторах

1.4 Тепловой разгон в свинцовокислотных аккумуляторах

1.5 Тепловой разгон в литиевых, литийионных и

л ити й п ол и мерных акку мул яторах

1.6 Накопители водорода.

1.7 Гидриды.

1.8 Углеродные накопители водорода
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РАЗГОНА В НИКЕЛЬКАДМИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРАХ.
2.1 Введение
2.2 Методика эксперимента.
2.3 Экспериментальная установка.
2.4 Никелькадмиевые аккумуляторы с плотной упаковкой электродов и тонкими сепараторами
2.4.1 Изменение параметров аккумуляторов в процессе теплового разгона.
2.4.2 Газовыделение в процессе теплового разгона
2.4.3 Анализ газа, полученного в результате теплового разгона.
2.4.4 Методика эксперимента.
2.4.5 Анализ выделившихся газов.
2.5 Никелькадмиевые ламельные аккумуляторы, а также с плотной упаковкой электродов и толстыми сепараторами.
2.6 Визуальные последствия теплового разгона
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАКОПЛЕНИЯ ГАЗА
В ЭЛЕКТРОДАХ ЩЕЛОЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ.
3.1 Экспериментальная установка
3.2 Методика анализа выделившегося газа
3.3 Исследование наличия водорода в электродах никелькадмисвых аккумуляторов
3.4 Анализ газа, полученного в результате термического
разложения электродов
3.5 Исследование скорости газовыделения из электродов никелькадмиевых аккумуляторов при различных температурах
3.6 Процессы релаксации при газовыделении из электродов никелькадмиевых аккумуляторов
3.7 Исследование содержания водорода в электродах никелькадмиевых аккумуляторов в зависимости от срока их эксплуатации
3.8 Исследование накопления газа в никельжелезных аккумуляторах
4. МЕХАНИЗМ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РАЗГОНА
4.1 Анализ экспериментальных данных
4.2 Анализ формы существования водорода в электродах никелькадмиевых аккумуляторов
4.3 Экспериментальная проверка накопления водорода
в гидроксидах никеля.
4.3.1 Методика эксперимента
4.3.2 Результаты экспериментальных исследований
4.4 Экспериментальная проверка накопления водорода в
никелевой матрице оксидноникелевого электрода
4.4.1 Методика эксперимента.
4.4.2 Результаты экспериментальных исследований.
4.5 Химическое травление никелевой матрицы
оксидноникелевого электрода
4.6 Энергетический баланс процесса теплового разгона.
4.7 Возможный механизм процесса теплового разгона
4.8 Структурное моделирование теплового разгона
4.9 Практические рекомендации по предотвращению процесса теплового разгона в никслькадмисвых аккумуляторах.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Поэтому здесь будет дан обзор всех работ по тепловому разгону, не зависимо от типа аккумуляторов, к тому же таких работ, как было отмечено выше, очень немного. Выполним обзор работ по тепловому разгону отдельно для каждого типа аккумуляторов. Тепловой разгон в никель-кадмиевых аккумуляторах в отечественной литературе обсуждался в работах [1-6]. В монографии [4] тепловой разгон объясняется длительным перезарядом НК аккумуляторов при постоянном напряжении, который приводит к их разогреву, снижению внутреннего сопротивления и увеличению тока перезаряда, что, в свою очередь, увеличивает разогрев и т. Однако в новых НК аккумуляторах процесс теплового разгона никогда не наблюдается при любом перезаряде, что трудно согласуется с данным объяснением. В работах [5, 6] тепловой разгон объясняется прорастанием дендритов через сепаратор и, в соответствие с этим, уменьшением сопротивления в этих местах. Прорастание дендритов, в свою очередь, приводит к резкому увеличению тока в местах расположения дендритов и далее по механизму, описанному в работе [4]. Этим объясняется то, что в результате теплового разгона сепаратор прогорает в виде круглых пятен. К сожалению, не удалось найти ни одной работы, в которой анализировался бы: состав газа, выделившегося в результате теплового разгона; энергетический баланс этого мощного взрывного явления; а также моделировался бы этот процесс на физических или математических моделях. В работах [7-] тепловой разгон в герметичных никель-кадмиевых аккумуляторах объясняется следующим образом. В случае заряда аккумуляторов при постоянном напряжении, когда аккумуляторы полностью заряжены, весь ток расходуется на выделение на положительном электроде кислорода, большая часть кислорода, в свою очередь, поглощается на кадмиевом электроде, в результате чего практически всё проходящее электричество превращается в тепло, и аккумулятор начинает быстро разогреваться. С повышением температуры напряжение аккумуляторов снижается, что приводит к повышению тока заряда и дальнейшему лавинообразному разогреву. Если при комнатной температуре «тепловой разгон» в открытых аккумуляторах начинается при напряжениях, близких к 1,7 В, то после длительного перезаряда, сопровождающегося перегревом, тепловой разгон может начаться и при напряжении 1,3 В. Тепловой разгон объясняется следующим образом. Явление теплового разгона обусловлено протеканием побочных электрохимических процессов при заряде аккумуляторов: выделением кислорода на положительном электроде, и водорода - на отрицательном электроде. Выделяющиеся газы удаляются из аккумулятора в атмосферу, не достигая противоположных электродов, так как пропитанный электролитом микропористый сепаратор является «газовым барьером» между разнополярными электродами. При нарушении «газового барьера» за счет разрушения сепаратора или недостатка электролита в аккумуляторе образующиеся в процессе заряда газы получают возможность диффузии к противоположным электродам. В этом случае на отрицательном электроде протекают реакции электрохимического восстановления кислорода и химического окисления кадмия с выделением значительного количества тепла. При условии взаимодействия достаточного количества кадмия с кислородом происходит снижение потенциала кадмиевого электрода, что ведет к уменьшению ЭДС аккумулятора и, следовательно, к увеличению тока заряда. Процесс увеличения зарядного тока и разогрева батареи протекает как самоус-коряющийся процесс. Во всех руководствах по эксплуатации самолетов и техническому обслуживанию батарей [-] обязательно говорится о возможности теплового разгона, и указываются меры профилактики и предупреждения этого опасного явления. Тепловой разгон был причиной ряда катастроф в авиации [-]. В работе [] исследуется работа НК аккумуляторов в интервале температур - к + °С. Отмечено, что для батарей, находящихся в резерве, особенно при высоких температурах необходимо применять меры для предотвращения теплового разгона. В работе [] предлагается использовать интеллектуальный блок питания, электроника которого контролирует температуру и силу тока, что полностью исключает возможность теплового разгона.