| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2251177
НИКЕЛЬ-водневими акумуляторами З тривалішого циклічного РЕСУРСОМ
Ім'я винахідника: Лихоносов С.Д. (RU); Павленко О.О. (RU); Щеколдін С.І. (RU)
Ім'я патентовласника: Відкрите акціонерне товариство "Сатурн" (RU)
Адреса для листування: 350072, г.Краснодар, вул. Сонячна, 6, ВАТ "Сатурн"
Дата початку дії патенту: 2003.08.19
Винахід відноситься до електротехнічної промисловості і може бути використано при розробці герметичних нікель-водневих акумуляторів (НВА) з тривалим циклічним ресурсом. Технічний результат полягає в зниженні механічного навантаження, що передається на водневий електрод, і, як наслідок, підвищення надійності НВА з тривалим циклічним ресурсом. Згідно винаходу нікель-водневий акумулятор з тривалим циклічним ресурсом складається з поміщеного в корпус блоку електрохімічних груп, з'єднаних струмопідведення і відокремлених один від одного газовими сепараторами, газовий сепаратор виконаний у вигляді дворядного перетину ниток зі зміщенням рядів один щодо одного і ставленням діаметра ниток до відстані між ними, обраним, відповідно, з діапазону 0,4-1. При цьому в якості матеріалу ниток газового сепаратора застосовується поліпропілен, а діаметр ниток вибирається не менше 0,9 мм.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до електротехнічної промисловості і може бути використано при розробці герметичних нікель-водневих акумуляторів (НВА) з тривалим циклічним ресурсом.
Відомо, що під час повторюваних циклів зарядки і розрядки НВА спостерігається зміна обсягу окисно-нікелевого електрода (ОНЕ), їх розширення, наростаюче зі збільшенням числа циклів. Так як блок електродів жорстко фіксований, то виникають напруги передаються через газовий сепаратор на водневий електрод. Останній має пористу структуру, його товщина складає ~ (100-150) мкм. Зростаючі механічні напруги можуть привести до його продавлювання, прориву, що призведе до скорочення терміну служби НВА. Для виключення цього використовують різні конструктивні рішення.
Так, відомий НВА (п. США №4477540, МКІ Н 01 М 4/00; опубл. 16.10.84), що складається з поміщених в корпус електрохімічних груп, розділених газовими сепараторами.
Недоліком цього НВА є те, що для компенсації розширення ОНЕ в акумулятор введені додаткові елементи: пружина, розташована поза блоком, що представляє сукупність електрохімічних груп, і стрижень, який здійснює стяжку блоку. У зв'язку з цим в якості струмознімання використані довгі і гнучкі елементи, що збільшують обсяг і вага токоз'ємного вузла. Таким чином, введення в НВА додаткових елементів для компенсації розширення ОНЕ призводить до збільшення ваги, обсягу і до ускладнення конструкції НВА.
Цей недолік частково усунений в іншому НВА, прийнятому за прототип (п. СРСР №1649985 від 04.04.89) і складається з поміщеного в герметичний корпус блоку електрохімічних груп, розділених газовими сепараторами. Газовий сепаратор виконаний у вигляді трирядного перетину ниток зі зміщенням верхнього і нижнього рядів відносно один одного.
У зазначеному технічному рішенні крім забезпечення допуску водню до поверхні водневого електрода газовий сепаратор грає ще й роль компенсатора розширення ОНЕ за рахунок того, що середня нитка розтягується і згинається настільки, наскільки змушує розширювати ОНЕ. Таким чином, застосування такого конструктивного рішення дозволяє спростити конструкцію НВА шляхом компенсації розширення ОНЕ без введення додаткових елементів в акумулятор. Однак в зазначеному технічному рішенні не вказується співвідношення між діаметром нитки і відстанню між ними, істотно впливає на передане газовим сепаратором тиск на водневий електрод.
Технічний результат пропонованої конструкції полягає в зниженні механічного навантаження, що передається на водневий електрод, і, як наслідок, підвищення надійності НВА з тривалим циклічним ресурсом.
Технічний результат досягається тим, що конструкція нікель-водневого акумулятора з тривалим циклічним ресурсом включає поміщений в корпус блок електрохімічних груп, з'єднаних струмопідведення і розділених між собою газовими сепараторами. Газовий сепаратор виконаний у вигляді дворядного перетину ниток зі зміщенням рядів відносно один одного і співвідношенням діаметра ниток і відстані між ними, обраним, відповідно, з діапазону 0,4-1. При цьому в якості матеріалу ниток газового сепаратора застосовується поліпропілен, а діаметр ниток вибирається не менше 0,9 мм.
При співвідношенні діаметра ниток і відстані між ними менше 0,4 відбувається різке зростання тиску, переданого на водневий електрод. При співвідношенні, більшому 0,4, ця залежність близька до лінійної. При співвідношенні, більшому одиниці, пористість сепаратора ставати менше пористості водневого електрода, що може позначатися на роботі останнього.
Маса є важливим параметром кожного компонента НВА, і її мале значення є показником ступеня досконалості конструкції. Тому, очевидно, величина співвідношення діаметра ниток і відстані між ними, що дорівнює 0,4-0,6, є оптимальною.
У таблиці представлені характеристики щелочестойких матеріалів, вибраних виходячи з функціональних вимог до сепаратора. З аналізу представлених даних випливає, що поліпропілен найбільш підходить в якості матеріалу газового сепаратора, він легший, має меншу твердість і, як наслідок, менше деформує водневий електрод при механічних навантаженнях, що виникають в блоці. Відмінні ознаки, що обумовлюють відповідність пропонованого винаходу критерію "новизна", такі: в якості матеріалу ниток сепаратора застосовується поліпропілен, при цьому діаметр ниток сепаратора вибирається не менше 0,9 мм, а відношення діаметра ниток до відстані між ними вибирається рівним 0,4-1 .
Для доказу суттєвості відмінностей запропонованого рішення проаналізована вся сукупність його ознак і, окремо, - відмітна ознака. Встановлено, що така ознака, як поліпропіленовий газовий сепаратор, який має діаметр ниток не менше 0,9 мм і відношення діаметра ниток до відстані між ними в діапазоні 0,4-1, в літературних джерелах не виявлено і, отже, є новим і, в сукупності з відомими ознаками в даному рішенні, дозволяє отримати новий результат: компенсацію розширення окисно-нікелевого електрода при циклировании нікель-водневого акумулятора без виникнення істотних навантажень на водневий електрод.
Таким чином, пропонований нікель-водневий акумулятор, на думку авторів, відповідає критерію "винахідницький рівень".
Пропонований поліпропіленовий газовий сепаратор, виконаний у вигляді дворядного перетину ниток зі зміщенням рядів відносно один одного і має діаметр ниток не менше 0,9 мм і відношення діаметра ниток до відстані між ними в діапазоні 0,4-1, крім забезпечення допуску водню до поверхні водневого електрода забезпечує мінімальний тиск на останній, тобто застосування в нікель-водневому акумуляторі такого сепаратора дозволяє продовжити ресурс шляхом зниження тиску на найбільш уразливий елемент блоку.
На Фиг.1 схематично представлений пропонований акумулятор
На Фіг.2 схематично представлена осередок газового сепаратора
На Фіг.3 представлені розрахункові характеристики газового сепаратора
На фіг.4 представлена залежність тиску від розміру ниток
На Фіг.5 наведена деформація водневого електрода при різних тисках і твердості газового сепаратора
У таблиці представлені фізико-механічні показники щелочестойких матеріалів, придатних для виготовлення газового сепаратора
На Фиг.1 схематично представлений пропонований нікель-водневий акумулятор. У корпусі 1 акумулятора поміщений блок електрохімічних груп. Кожна група містить посередині два окисно-нікелевих електрода 2, що мають по обидва боки електролітоносітель 3, у вигляді пористої азбестового матриці і, далі, водневий електрод 4 з газовим сепаратором 5 для доступу (відведення) газу. Окисно-нікелеві електроди 2 і водневі електроди 4 з'єднані з відповідними токоподводами 6. Останні одночасно з струмознімальних функціями несуть і механічне навантаження по притиску блоку електродів через стягнуті диски 7.
Приклад конкретного виконання НВА
На Фиг.1 схематично представлена електрохімічна група пропонованого нікель-водневого акумулятора. У корпусі 1 акумулятора поміщений блок електрохімічних груп. Кожна група містить посередині два окисно-нікелевих електрода 2, що мають по обидва боки електролітоносітель 3, у вигляді пористої азбестового матриці і, далі, водневий електрод 4 з газовим сепаратором 5 для доступу (відведення) газу. Окисно-нікелеві електроди 2 і водневі електроди 4 з'єднані з відповідними токоподводами 6. Останні одночасно з струмознімальних функціями несуть і механічне навантаження по притиску блоку електродів через стягнуті диски 7.
Газовий сепаратор 5 має діаметр ниток 1 мм з відношенням діаметра нитки до відстані між ними, рівним 0,4. Газовий сепаратор 5 виготовлений з поліпропілену гарячим пресуванням.
Нехай а - товщина нитки, b - розмір осередку (вікна), Н = 2h - габаритна товщина сепаратора (Фиг.2). Якщо площа газового сепаратора - S, а зусилля, що розвивається в блоці, - F, то загальний тиск
Графіки результатів розрахунку представлені на Фіг.3. З представлених даних випливає, що, з точки зору механічного тиску, а й маси і пористості газового сепаратора, оптимальне співвідношення діаметра нитки і відстані між ними знаходиться в діапазоні 0,4-1.
На фіг.4 представлена залежність істинного тиску на водневий електрод в місцях перетину ниток дворядного сепаратора від їх діаметра (параметра а), визначена за формулою
P іст = F / a 2 · N,
де F - зусилля, що розвивається в блоці;
N - число осередків в сепараторі.
Очевидно, що вибір діаметра більшою мірою технологічна задача виготовлення газового сепаратора, але з точки зору зниження тиску на електрод він повинен бути не менше 0,9 мм.
На Фіг.5. приведена деформація водневого електрода при різних тисках і твердості газового сепаратора. З представлених даних випливає, що поліпропіленовий газовий сепаратор менше деформує водневий електрод.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Нікель-водневий акумулятор з високим циклічним ресурсом, що складається з поміщених в корпус електрохімічних груп, з'єднаних струмопідведення, і розділених один від одного газовими сепараторами, виконаними у вигляді пересічних дворядних ниток зі зміщенням рядів відносно один одного, що відрізняється тим, що в якості матеріалу ниток газового сепаратора застосовується поліпропілен, при цьому діаметр ниток вибирається не менше 0,9 мм, а співвідношення діаметра ниток до відстані між ними лежить в діапазоні (0,4 ÷ 1).
Версія для друку
Дата публікації 23.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.