close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

PL172744B1

код для вставкиСкачать
R ZEC ZPO SPO LITA
PO LSK A
(12)OPIS PATENTOWY (19)PL (11)172744
(13) B1
(21) Numer zgłoszenia
302260
(51) IntCl6:
H 0 1 M 4 /2 4
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
(54)
(22) Datazgłoszenia: 1 7 .0 2 .1 9 9 4
Sposób otrzymywania aktywnego materiału czynnego elektrody ujemnej
dla akumulatorów alkalicznych N -M H
(73)
(43)
Uprawniony z patentu:
Centralne Laboratorium Akumulatorów i
Ogniw, Poznań, PL
Zgłoszenie ogłoszono:
08.08.1994 BUP 16/94
(72)
(45)
O udzieleniu patentu ogłoszono:
28.11.1997 WUP 11/97
PL 172744
B1
(5 7 )
Twórcy wynalazku:
Maciej Kopczyk, Poznań, PL
Grażyna Wójcik, Poznań, PL
Grażyna Młynarek, Poznań, PL
Maria Bełtowska-Brzezińska, Poznań, PL
Henryk Drulis, Wrocław, PL
Lucyna Folcik, Wrocław. PL
1. Sposób otrzymywania aktywnego materiału czynnego elektrody ujemnej dla akumulatorów alkalicznych Ni-MH polegający na zmieszaniu składników stopowych, stopieniu ich w
piecu łukowym w atmosferze gazu obojętnego, ochłodzeniu, ogrzewaniu, a następnie uwodornieniu w próżniowej komorze reakcyjnej, znamienny tym, że nikiel w ilości 20-40% wag., cyrkon
20-30% wag., tytan 13-18% wag., chrom 5-8% wag. umieszcza się w piecu łukowym w atmosferze
gazu obojętnego, do którego wprowadza się również wstępnie przygotowany w procesie uwodornienia rozdrobniony żelazostop wanadowy w ilości 20-35% wag., całość wielokrotnie przetapia
się, a następnie ochładza do temperatury około 20°C i tak uzyskany blok stopowy umieszcza się
w próżniowej komorze reakcyjnej, odgazowuje pod próżnią i ogrzewa w temperaturze 500-700°C
przez 2-3 h, dalej ochładza się do temperatury około 20°C, po czym poddaje się procesowi
uwodornienia pod ciśnieniem około 0,1 MPa w okresie czasu odpowiednim dla danego stopu 1
tak uzyskany sproszkowany stop poddaje się segregacji sitowej, oddzielając frakcję o średnicy
ziarna stopu poniżej 0,08 mm stanowiącą aktywny materiał czynny elektrody ujemnej dla
akumulatorów alkalicznych typu Ni-MH, natomiast frakcję o średnicy ziaren stopu powyżej 0,08
mm poddaje się ponownie procesowi uwodornienia, czego efektem jest pełna jego przydatność
jako aktywnego materiału czynnego.
Sposób otrzymywania aktywnego materiału czynnego
elektrody ujemnej dla akumulatorów alkalicznych Ni-MH
Zastrzeżenia
patentowe
1
Sposób otrzymywania aktywnego materiału czynnego elektrody ujemnej dla akumulatorów alkalicznych N i-MH polegający na zmieszaniu składników stopowych, stopieniu ich w
piecu łukowym w atmosferze gazu obojętnego, ochłodzeniu, ogrzewaniu, a następnie uwodornieniu w próżniowej komorze reakcyjnej, znamienny tym, że nikiel w ilości 20-40% wag.,
cyrkon 20-30% wag., tytan 13-18% wag., chrom 5-8% wag. umieszcza się w piecu łukowym w
atmosferze gazu obojętnego, do którego wprowadza się również wstępnie przygotowany w
procesie uwodornienia rozdrobniony żelazostop wanadowy w ilości 20-35% wag., całość
w i e l o k r o t n i e przetapia się. a następnie ochładza do temperatury około 20°C i tak uzyskany blok
stopowy umieszcza się w próżniowej komorze reakcyjnej, odgazowuje pod próżnią i ogrzewa
w temperaturze 500-700°C przez 2-3 h, dalej ochładza się do temperatury około 20°C, po czym
poddaje się procesowi uwodornienia pod ciśnieniem około 0,1 MPa w okresie czasu odpowiednim dla danego stopu i tak uzyskany sproszkowany stop poddaje się segregacji sitowej,
oddzielając frakcję o średnicy ziarna stopu poniżej 0,08 mm stanowiącą aktywny materiał czynny
elektrody ujemnej dla akumulatorów alkalicznych typu N i-MH, natomiast frakcję o średnicy
ziaren stopu powyżej 0,08 mm poddaje się ponownie procesowi uwodornienia, czego efektem
jest pełna jego przydatność jako aktywnego materiału czynnego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces wstępnego przygotowania żelazostopu wanadowego zawierającego w swym składzie żelazo, wanad i domieszki C, S, Si, P, Al,
Cu, Mn przeprowadza się w próżniowej komorze reakcyjnej odgazowanej pod próżnią, gdzie
ogrzewa się go w temperaturze 400-800°C przez 2-3 h, a następnie wprowadza się do niej wodór
gazowy i prowadzi proces uwodornienia pod ciśnieniem wodoru około 0,1 MPa metodą
cyklowania temperaturowego w zakresie temperatur 400-800oC. w okresie czasu odpowiednim
dla danego żelazostopu, po czym ochładza do temperatury około 20°C, a następnie kruszy
mechanicznie do uzyskania żelazostopu wanadowego o średnicy ziaren poniżej 1 , 0 mm i tak
uwodorniony żelazostop wanadowy stanowi surowiec przydatny we właściwym procesie otrzymywania aktywnego materiału czynnego.
* *
*
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania aktywnego materiału czynnego elektrody ujemnej dla akumulatorów alkalicznych Ni-MH.
Z opisu patentowego USA nr 4551400 znany jest sposób otrzymywania stopu stanowiącego aktywny materiał czynny dla wytwarzania elektrody ujemnej do akumulatorów' alkalicznych Ni-MH, polegający na zmieszaniu sproszkowanych składników niklu, tytanu, wanadu oraz
glinu, cyrkonu lub chromu o czystości 99,5% każdy i stopieniu ich w piecu łukowym w
atmosferze argonu. Otrzymany blok stopu chłodzi się lodem, a następnie poddaje się wstępnemu
rozdrobnieniu przy użyciu młota pneumatycznego do wielkości ziarna powyżej 1 mm. Tak
otrzymany materiał umieszcza się w ciśnieniowej komorze reakcyjnej i odgazowuje wytwarzając
próżnię 1.3 x 10-6 atm. (0,13 Pa). Następnie do komory wprowadza się wodór gazowy pod
ciśnieniem powyżej 13.6 atm (1,36 MPa) na 10 godzin. Dalej po usunięciu wodoru i napełnieniu
reaktora gazem obojętnym ogrzewa się materiał w temperaturze 400°C przez kilka godzin, po
czym schładza się do temperatury pokojowej. Wskutek przeprowadzonych operacji uwodornienia stop ulega rozdrobnieniu. W celu uzyskania ziaren stopu o średnicy poniżej 38 mikronów
172 744
3
poddaje się go zmieleniu w młynie kulkowym. Tak przygotowany materiał służy do wytworzenia
elektrody ujemnej dla akumulatorów alkalicznych typu Ni-MH.
Według opisu patentowego USA nr 5104617 sposób otrzymywania stopu jako aktywnego
materiału czynnego dla wytwarzania elektrody ujemnej do akumulatorów alkalicznych Ni-MH
polega na stopieniu pierwiastków stopowych o czystości minimalnej 99 ,5 % każdy w piecu
łukowym lub indukcyjnym. Otrzymany blok stopowy jest ochładzany do temperatury pokojowej, a następnie poddawany wielostopniowemu rozdrobnieniu Dalsze rozdrobnienie stopu
prowadzone jest w procesie uwodornienia, aż do uzyskania uziarnienia 100 mesh. Uzyskany
materiał poddawany jest kolejnej obróbce w młynku udarowym do uzyskania żądanej średnicy
ziaren stopu.
Otrzymanie stopu służącego do wytworzenia elektrody ujemnej dla akumulatorów alkalicznych Ni-MH według stanu techniki następuje w oparciu o pierwiastki metaliczne o bardzo
wysokiej czystości co zawęża znacznie bazę surowcową. W celu uzyskania pożądanego uziarnienia materiału aktywnego należy w ostatniej fazie procesu poddać go mieleniu w młynie
kulowym, co wymaga zastosowania dodatkowego wyposażenia technicznego. Ponadto proces
uwodornienia stopu prowadzony jest przy ciśnieniu wodoru powyżej 0,1 MPa, co wymaga
stosowania drogiej instalacji ciśnieniowej.
Istotą wynalazku jest sposób otrzymywania aktywnego materiału czynnego elektrody
ujemnej dla akumulatorów alkalicznych typu Ni-MH polegający na tym, że nikiel w ilości
20-40% wag., cyrkon 20-30% wag., tytan 13-18% wag., chrom 5-8% wag. umieszcza się w piecu
łukowym w atmosferze gazu obojętnego, do którego wprowadza się również wstępnie przygotowany w procesie uwodornienia rozdrobniony żelazostop wanadowy w ilości 20-35% wag.
Cały materiał wielokrotnie przetapia się, a następnie ochładza do temperatury około 20°C
Uzyskany blok stopowy umieszcza się w próżniowej komorze reakcyjnej, odgazowuje pod
próżnią i ogrzewa się w temperaturze 500-700°C przez 2-3 h, po czym ochładza się do
temperatury około 20°C, a następnie poddaje procesowi uwodornienia przez okres czasu
odpowiedni dla danego stopu. Proces uwodornienia prowadzi się w atmosferze wodoru pod
ciśnieniem około 0,1 MPa Uzyskany w ten sposób sproszkowany stop poddaje się segregacji
sitowej, oddzielając frakcję o średnicy ziaren poniżej 0,08 mm stanowiący aktywny materiał
czynny przydatny do wytwarzania elektrody ujemnej akumulatora alkalicznego Ni-MH. Frakcję
o średnicy ziaren stopu powyżej 0,08 mm poddaje się ponownie procesowi uwodornienia, w
wyniku czego uzyskuje się pożądane rozdrobnienie stopu i pełną jego przydatność jako aktywnego materiału czynnego elektrody ujemnej do akumulatorów alkalicznych NI-MH.
Proces wstępnego przygotowania żelazostopu wanadowego zawierającego w swym składzie żelazo, wanad i domieszki C, S, Si, P, Al, Cu, Mn przeprowadza się korzystnie w próżniowej
komorze reakcyjnej odgazowanej pod próżnią, gdzie ogrzewa się go w temperaturze 400-800°C
przez 2-3 h, a następnie wprowadza się do niej wodór gazowy i prowadzi proces uwodornienia
pod ciśnieniem wodoru około 0,1 MPa metodą cyklowania temperaturowego w zakresie temperatur 400-800°C w okresie czasu odpowiednim dla danego żelazostopu, po czym ochładza do
temperatury około 20 °C, a następnie kruszy mechanicznie do uzyskania żelazostopu wanadowego o średnicy ziaren poniżej 1,0 mm i tak uwodorniony żelazostop wanadowy stanowi
surowiec przydatny we właściwym procesie otrzymywania aktywnego materiału elektrody
ujemnej dla akumulatorów alkalicznych Ni-MH.
Dzięki zastosowaniu w rozwiązaniu według wynalazku domieszkowanego żelazostopu
wanadowego w stopie stanowiącym aktywny materiał czynny następują zmiany strukturalne
sieci krystalicznej polegające na częściowej deformacji jej symetrii. Powstałe defekty sieci
krystalicznej ułatwiają penetrację wodoru w głąb bloku stopowego, tym samym ułatwiają
wodorowanie stopu, a w konsekwencji jego rozdrobnienie do żądanych wielkości ziarna, bez
konieczności stosowania urządzeń rozdrabniających. U z y sk a n y m ateriał a k ty w n y o ż ą d a n y m
uziarnieniu jest jako materiał elektrodowy o wysokiej wydajności energetycznej Ponadto sposób
uzyskiwania materiału aktywnego według wynalazku pozwala na zwiększenie stopnia wykorzystania tego materiału jako surowca elektrodowego, przez obniżenie oporności wewnętrznej
elektrody i samowyładowania ogniwa.
4
Proces uwodornienia stopu prowadzi się w temperaturze około 20°C przy ciśnieniu około
0,1 MPa, co zmniejsza niebezpieczeństwo wybuchu i eliminuje stosowanie drogiej instalacji
ciśnieniowe]. Stosowane surowce nie wymagają wysokiej czystości, co powoduje znaczne
obniżenie kosztów wytwarzania aktywnego materiału czynnego sposobem według wynalazku.
Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania.
P r z y k ł a d I. Odważa się sproszkowane składniki stopowe w ilości: niklu 38 g, cyrkonu
14 g, tytanu 14 g, chromu 7 g i wstępnie przygotowanego żelazostopu wanadowego w ilości
27 g, a następnie umieszcza się w piecu łukowym w atmosferze argonu i poddaje trzykrotnemu
stopieniu. Uzyskany stop ochładza się do temperatury 20 °C i umieszcza w próżniowej komorze
reakcyjnej, z której usuwa się powietrze przy pomocy pompy próżniowej do uzyskania próżni
10 Pa. Próżniową komorę reakcyjną wraz z zawartością ogrzewa się w temperaturze 500°C przez
2 h, a następnie ochładza do temperatury 20°C. Po ochłodzeniu próżniowej komory reakcyjnej
wprowadza się do niej wodór gazowy pod ciśnieniem 0,1 MPa i poddaje stop procesowi
uwodornienia przez 8 h. Otrzymany rozdrobniony stop poddawany jest segregacji sitowej.
F rak c ja o średnicy ziania stopu poniżej 0,08 mm stanowi aktywny materiał czynny przydatny
do sporządzenia elektrody ujemnej do akumulatorów alkalicznych Ni-MH. Frakcję o średnicy
ziarna powyżej 0,08 mm poddaje się ponownie procesowi uwodornienia w próżniowej komorze
reakcyjnej, aż do uzyskania proszku stopu o średnicy ziarna poniżej 0,08 mm.
Wstępne przygotowanie żelazostopu wanadowego zawierającego w swym składzie żelazo,
wanad i domieszki C, S, Si, P, Al, Cu, Mn polega na umieszczeniu 100 g w próżniowej komorze
reakcyjnej, z której usuwa się powietrze przy pomocy pompy próżniowej do uzyskania próżni
10 Pa. Próżniową komorę reakcyjną wraz z żelazostopem wanadowym ogrzewa się w temperaturze 400°C przez 2 h, a następnie wprowadza się do niej wodór gazowy pod ciśnieniem 0,1 MPa.
Uwodornienie żelazostopu wanadowego prowadzone jest metodą cyklowania temperaturowego
w zakresie temperatur 500-700°C przez 4 h. Po ochłodzeniu próżniowej komory reakcyjnej do
temperatury 20°C żelazostop wanadowy jest kruszony mechanicznie. Otrzymany rozkruszony
żelazostop wanadowy poddaje się segregacji sitowej, wykorzystując frakcję o średnicy ziaren
poniżej 1 , 0 mm we właściwym procesie otrzymywania aktywnego materiału czynnego elektrody
ujemnej do akumulatorów alkalicznych Ni-MH
Przeprowadzane badania elektrochemiczne elektrod uzyskanych sposobem według wynalazku wykazują: obniżenie rezystancji o 1 0 %, samowyładowania o 2 0 % oraz podwyższenie
wydajności wyładowania o 1 0 %.
P r z y k ł a d II Odważa się sproszkowane składniki stopowe w ilości niklu 40 g, cyrkonu
16 g, tytanu 15 g, chromu 5 g oraz wstępnie przygotowanego żelazostopu wanadowego w ilości
24 g i umieszcza się w piecu łukowym w atmosferze argonu i poddaje trzykrotnemu stopieniu.
Uzyskany stop ochładza się do temperatury 20°C. a następnie umieszcza się w próżniowej
komorze reakcyjnej, z której usuwa się powietrze przy pomocy pompy próżniowej do uzyskania
próżni 10 Pa. Dalej komorę reakcyjną wraz z zawartością ogrzewa się w temperaturze 700°C
przez 3 h, a następnie ochładza do temperatury 20°C. Po ochłodzeniu próżniowej komory
reakcyjnej wprowadza się do niej wodór gazowy pod ciśnieniem 0,1 MPa. Blok stopowy poddaje
się procesowi uwodornienia pod ciśnieniem 0,1 MPa poprzez 10 h.
Otrzymany rozdrobi ony stop poddawany jest segregacji sitowej. Frakcja o średnicy ziarna
0,08 mm stanowi aktywny materiał czynny elektrody ujemnej dla akumulatorów alkalicznych
Ni-MH. Frakcję o średnicy ziarna powyżej 0,08 mm poddaje się ponownie procesowi uwodornienia w próżniowej komorze reakcyjnej, aż do uzyskania stopu o średnicy ziarna poniżej
0,08 mm.
Wstępne przygotowanie żelazostopu wanadowego zawierającego w swym składzie żelazo,
wanad i domieszki C, S, Si, P, Al, Cu, Mn polega na umieszczeniu 100 g w próżniowej komorze
reakcyjnej, z której usuwa się powietrze przy pomocy pompy próżniowej do uzyskania próżni
10 Pa. Próżniową komorę reakcyjną wraz z żelazostopem wanadowym ogrzewa się w temperaturze 800°C przez 3 h, a następnie wprowadza się do niej wodór gazowy pod ciśnieniem 0,1 MPa.
Uwodornienie żelazostopu wanadowego prowadzone jest metodą cyklowania temperaturowego
w zakresie temperatur 400-800° C przez 6 h.
172 744
5
Po ochłodzeniu próżniowej komory reakcyjnej do temperatury 20°C żelazostop wanadowy
jest kruszony mechanicznie. Otrzymany rozkruszony żelazostop wanadowy poddaje się segregacji sitowej. Wykorzystując frakcję o średnicy ziarna poniżej 1 , 0 min we właściwym procesie
otrzymywania aktywnego materiału czynnego elektrody ujemnej do akumulatorów alkalicznych
Ni-MH. Przeprowadzone badania elektrochemiczne elektrod uzyskanych według wynalazku
wykazują: obniżenie rezystancji o 1 0 %. samowyładowama o 2 0 % oraz podwyższenie wydajności wyładowania o 1 0 %.
172 744
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.
Cena 2,00 zł
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
483 Кб
Теги
pl172744b1
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа