Влияние олигомерных сульфонатов на электрохимическое поведение и структуру поверхности гладкого свинцового электрода в растворе серной кислоты

• Автор: Даянов, Алексей Даяфович
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Назначение расширителей.

1.2. Влияние расширителя на пористость и удельную поверхность отрицательного электрода.
1.3 Влияние расширителя на поведение скелетной и энергетической структур при цитировании отрицательного электрода.

1.4. Влияние расширителя на электродные процессы.

1.5. Природа расширителя и его эффективность.

1.6. Влияние температуры на эффективность расширителя.

Глава 2. Методика эксперимента.

2.1. Объекты исследования.

2.1.1. Органические расширители. 3
2.1.2 Свинцовые сплавы.
2.2. Структура эксперимента.
2.3. Методика циклических вольтамперных исследований.
2.3.1. Режим поляризации.
2.3.2. Схема установки и ячейки для вольтамперных
исследований.
2.3.3. Конструкция и подготовка гладких электродов.
2.4. Использованная аппаратура и реактивы.
2.5. Зарядноразрядные характеристики батарей.
Глава 3. Результаты и обсуждение.
3.1. Вольтамперные исследования на гладком электроде.
3.1.1. Общие закономерности при цитировании гладкого
свинцового электрода.
3.1.2. Влияние расширителей на разрядную емкость электродов
при циклировании.
3.1.3. Влияние органических расширителей на катодный
процесс.
3.1.4. Влияние температуры на разрядную емкость электрода при циклировании в электролите без добавок и с добавками расширителей Ванисперс А и Р1.
3.1.5. Влияние модифицирующих добавок свинцовых сплавов на
вольтамперные характеристики гладкого электрода.
3.2. Исследование структуры гладкого свинцового электрода.
Глава 4. Методология оценки применимости веществ в качестве
расширителей свинцовосульфатного электрода.
4.1. Разработка методики.
4.1.1. Методы исследования расширителей
4.1.2. Обобщение и анализ вольтамперных характеристик
4.2. Применение методики оценки эффективности
расширителей.
4.2.1. Оценка приема заряда аккумулятором.
4.2.2. Оценка оптимальной дозировки расширителя в пасте.
4.2.3. Оценка влияния температуры на эффективность
расширителя.
4.2.4. Оценка влияния модифицирующих добавок свинцовых
сплавов на эффективность расширителя.
4.3. Испытания батарей промышленного производства.
4.3.1. Емкость батарей при часовом режиме разряда.
4.3.2. Характеристики батарей при испытании током холодной
прокрутки.
Выводы.
Список литературы


Кроме того, имеются сведения [3] о том, что углерод повышает ресурс УЯЬА батарей в условиях высокоскоростных разрядов и повышенных температур. Далее по тексту термин «расширитель» будет использоваться для обозначения именно органической компоненты, а не смеси в целом. Роль сульфата бария в отрицательном электроде. Кристаллы сульфата бария служат центрами кристаллизации для кристаллов сульфата свинца, образующегося при разряде [4]. Исследования [1] показали, что сульфат бария несколько увеличивает срок службы батареи, не оказывая существенного влияния на все остальные её характеристики. Сульфат бария изоморфен сульфату свинца. Подобие кристаллической структуры снижает энергию начальной кристаллизации и облегчает осаждение РЬ4 на кристаллах сульфата бария, выступающих в качестве зародышей. Максимальный эффект наблюдается при содержании Ва4 от 0,% до 1%; при более высоких концентрациях срок службы батарей сокращается. В практике производства свинцовых аккумуляторов применяются два типа сульфата бария. Наиболее применимым из них является бланфикс -осажденный Ва4 со средним размером частиц 1-2 мкм. Второй тип, называемый баритом представляет собой размолотый ископаемый сульфат бария со средним размером частиц 3,5 мкм. Саймон с соавторами [5] изучал влияние лигнина и сульфата бария по отдельности и совместно на ресурс и емкость отрицательного электрода. Авторы пришли к выводу, что лигнин оказывает значительно большее влияние на ресурс, чем сульфат бария. Максимальный эффект достигается совместным действием обоих. Кроме того, они обнаружили, что ни лигнин, ни сульфат бария не вызывают хоть сколько-нибудь заметного увеличения начальной номинальной емкости. Однако, уже к пятому циклу отсутствие добавок приводит к выходу батареи из строя, при этом емкость ограничивается отрицательным электродом. Наилучшие емкостные характеристики при разряде в режиме холодного старта имеют батареи, содержащие лигнин и сульфат бария совместно. При отсутствии сульфата бария повышение содержания лигнина с 0,5% до 1% положительно сказываются как на сроке службы пластин, так и на характеристиках холодного старта. Электроды, содержащие в качестве расширителя только сульфат бария, имеют значительно более низкие показатели емкости и ресурса. Несмотря на то, что механизм действия органических расширителей на активный материал отрицательного электрода изучен недостаточно [6], известно, что они оказывают значительное влияние на его удельную поверхность и морфологию кристаллов [7 - ]. Кроме того, они являются пластификаторами электродных паст. Расширитель оказывает физическое, химическое и электрохимическое воздействие на активную массу отрицательного электрода в процессе её изготовления и эксплуатации. Он влияет на пластичность электродной пасты и ее текучесть. Кроме того, расширитель снижает водопоглощение пасты при её изготовлении. Недостаточная дозировка расширителя делает пасту сухой и комковатой, а избыток - слишком жидкой. В зависимости от эффективности расширителя и его массовой доли в пасте необходимо подбирать дозировку воды, обеспечивающую требуемую пластичность и плотность пасты. Химическая функция органического расширителя заключается в ингибировании реакции образования четырехосновного сульфата свинца (4РЬОРЬ4) при изготовлении и вызревании пасты. Независимо от условий вызревания отрицательный электрод не должен содержать кристаллов четырехосновного сульфата свинца. Улучшает качество отформированных отрицательных электродов, поскольку способствует образованию мелких индивидуальных кристаллов свинца, обладающих высокой удельной поверхностью и пористостью. В присутствии расширителя кристаллы свинца однородны и эквиаксиальны, они имеют развитую разветвленную структуру и высокую удельную поверхность. В отсутствии расширителя отформированная активная масса имеет плотную узловатую структуру, низкую пористость и удельную поверхность. Расширитель повышает емкость отрицательного электрода, особенно при низких температурах и высоких плотностях тока. На рис. Содержание в пасте 0,5% органического расширителя увеличивает производительность отрицательного электрода при холодном старте в 2 -3 раза.