RU2767053C1 - Method for manufacturing sealed lead-acid battery with absorbed electrolyte - Google Patents
Method for manufacturing sealed lead-acid battery with absorbed electrolyte Download PDFInfo
- Publication number
- RU2767053C1 RU2767053C1 RU2021116917A RU2021116917A RU2767053C1 RU 2767053 C1 RU2767053 C1 RU 2767053C1 RU 2021116917 A RU2021116917 A RU 2021116917A RU 2021116917 A RU2021116917 A RU 2021116917A RU 2767053 C1 RU2767053 C1 RU 2767053C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- lead
- benzyl benzoate
- battery
- sulfuric acid
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000002253 acid Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- SESFRYSPDFLNCH-UHFFFAOYSA-N benzyl benzoate Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OCC1=CC=CC=C1 SESFRYSPDFLNCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229960002903 benzyl benzoate Drugs 0.000 claims abstract description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 19
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 238000001246 colloidal dispersion Methods 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 2
- 230000019635 sulfation Effects 0.000 description 8
- 238000005670 sulfation reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 5
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 3
- PIJPYDMVFNTHIP-UHFFFAOYSA-L lead sulfate Chemical compound [PbH4+2].[O-]S([O-])(=O)=O PIJPYDMVFNTHIP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical group OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- ZMWAXVAETNTVAT-UHFFFAOYSA-N 7-n,8-n,5-triphenylphenazin-5-ium-2,3,7,8-tetramine;chloride Chemical compound [Cl-].C=1C=CC=CC=1NC=1C=C2[N+](C=3C=CC=CC=3)=C3C=C(N)C(N)=CC3=NC2=CC=1NC1=CC=CC=C1 ZMWAXVAETNTVAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000003934 aromatic aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- -1 aromatic ester compound Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000003935 benzaldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- FWFGVMYFCODZRD-UHFFFAOYSA-N oxidanium;hydrogen sulfate Chemical compound O.OS(O)(=O)=O FWFGVMYFCODZRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/06—Lead-acid accumulators
- H01M10/08—Selection of materials as electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/14—Electrodes for lead-acid accumulators
- H01M4/16—Processes of manufacture
- H01M4/20—Processes of manufacture of pasted electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении закрытых (герметизированных) свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (АКБ) с регулирующим клапаном.The invention relates to the electrical industry and can be used in the manufacture of closed (sealed) lead-acid batteries (ACB) with a control valve.
Основной проблемой обеспечения долговечности в циклах свинцово-кислотных аккумуляторов является сульфатация – один из главных механизмов старения свинцового аккумулятора. Во время разряда свинцово-кислотных аккумуляторов на поверхности отрицательных электродов образуются кристаллы PbSO4. Если при разряде образуются мелкие кристаллы, они быстрее растворяются при заряде и образующиеся в результате их растворения ионы Pb2+, участвует в последующем процессе заряда. The main problem in ensuring longevity in lead-acid battery cycles is sulfation, one of the main mechanisms of lead battery aging. During the discharge of lead-acid batteries, PbSO 4 crystals form on the surface of the negative electrodes. If small crystals are formed during the discharge, they dissolve faster during charging, and the Pb 2+ ions formed as a result of their dissolution participate in the subsequent charging process.
В то же время при разряде образуются и крупные кристаллы PbSO4 (процесс перекристаллизации), имеющие низкую растворимость, что приводит к прогрессирующей сульфатации отрицательных электродов. At the same time, during the discharge, large PbSO 4 crystals are also formed (recrystallization process), which have low solubility, which leads to progressive sulfation of the negative electrodes.
Для подавления или уменьшения процессов образования крупных кристаллов PbSO4 при разряде аккумуляторов в настоящее время активно используют блокирование центров перекристаллизации PbSO4 с помощью специальных добавок – ингибиторов сульфатации. To suppress or reduce the formation of large PbSO 4 crystals during battery discharge, blocking of PbSO 4 recrystallization centers with the help of special additives - sulfation inhibitors is currently actively used.
Известны технические решения по использованию для производства свинцовых аккумуляторов различных добавок, ингибирующих процесс перекристаллизации PbSO4.Known technical solutions for the use for the production of lead batteries of various additives that inhibit the process of recrystallization of PbSO 4 .
W. Boehnstedt и сотрудники ( [1] W. Böhnstedt, C. Radel, F. Scholten, J. Power Sources 19 (1987) 307–314) исследовали влияние ароматических альдегидов и древесной муки, добавленных в электролит свинцово-кислого батареи, и установили, что эти добавки препятствуют протеканию реакции выделения водорода на поверхности отрицательных свинцовых электродов. Похожий эффект наблюдали также с применением замещенных бензальдегидов и их производных, как указано в работе ([2] H. Dietz, G. Hoogestraat, S. Laibach, D. Von Borstel, K. Wiesener, J. Power Sources 53 (1995) 359–365).W. Boehnstedt and collaborators ([1] W. Böhnstedt, C. Radel, F. Scholten, J. Power Sources 19 (1987) 307–314) investigated the effects of aromatic aldehydes and wood flour added to lead-acid battery electrolyte, and found that these additives prevent the reaction of hydrogen evolution on the surface of negative lead electrodes. A similar effect was also observed with the use of substituted benzaldehydes and their derivatives, as indicated in the work ([2] H. Dietz, G. Hoogestraat, S. Laibach, D. Von Borstel, K. Wiesener, J. Power Sources 53 (1995) 359 –365).
Применение добавок Индулин С и Na-1-нафтол-4-сульфонат в работе ([3] M. Saakes, P.J. Van Duin, A.C.P. Lihtvoet, D. Scmal, J. Power Sou rces 47 (1994) 129–147) свидетельствует о том, что эти органические вещества оказывают положительное влияние на диффузионную способность сульфата свинца.The use of additives Indulin C and Na-1-naphthol-4-sulfonate in the work ([3] M. Saakes, PJ Van Duin, ACP Lihtvoet, D. Scmal, J. Power Sources 47 (1994) 129–147) indicates that these organic substances have a positive effect on the diffusion capacity of lead sulfate.
Известно изобретение, в котором приводятся экспериментальные данные о влиянии комплексной добавки в составе этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) к электролиту на электрохимические процессы заряда/разряда, цикличность свинцово-кислотных аккумуляторов и на уменьшение сульфатации (заявка 201210568502, пр. 25.12.2012, патент CN103050738A, публ. 17.04.2013). Согласно изобретению, добавка в электролит уменьшает внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи и сульфатацию отрицательного электрода, значительно улучшает срок её службы, приём заряда и потерю воды во время зарядки аккумулятора, избегая при этом утечки тепла. An invention is known that provides experimental data on the effect of a complex additive in the composition of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) to the electrolyte on the electrochemical processes of charge / discharge, the cycling of lead-acid batteries and the reduction of sulfation (application 201210568502, project 25.12.2012, patent CN103050738A, published on April 17, 2013). According to the invention, the addition to the electrolyte reduces the internal resistance of the battery and the sulfation of the negative electrode, significantly improves battery life, charge acceptance and water loss during battery charging, while avoiding heat leakage.
Недостатком упомянутых выше технических решений, является сложность технологии приготовления комплексных добавок в электролит, которые состоят из большого количества (до девяти) активных компонентов. The disadvantage of the above technical solutions is the complexity of the technology for the preparation of complex additives to the electrolyte, which consist of a large number (up to nine) of active components.
В литературе опубликован также ряд работ, в которых приводятся экспериментальные данные о влиянии однокомпонентных добавок к отрицательным активным веществам на электрохимические процессы заряда и разряда и на цикличность свинцово-кислотных аккумуляторов. Так, авторами Detchko Pavlov и др. (международная заявка на изобретение WO2017/138038 A1, публ. 17.08.2017, заявка PCT/JP2016/000679, приор. 09.02.2016) представлена работа по введению жидкой добавки ароматического эфирного соединения бензилбензоата 99% (ВВ, химическая формула C6H5CH2O2CC6H5) в состав пасты отрицательного электрода аккумуляторной батареи AGM. A number of works have also been published in the literature, which provide experimental data on the effect of single-component additives to negative active substances on the electrochemical processes of charge and discharge and on the cyclicity of lead-acid batteries. Thus, the authors of Detchko Pavlov et al. (international application for invention WO2017/138038 A1, published 08/17/2017, application PCT/JP2016/000679, prior 02/09/2016) presented a work on the introduction of a liquid additive of an aromatic ester compound of benzyl benzoate 99% ( BB, chemical formula C 6 H 5 CH 2 O 2 CC 6 H 5 ) into the AGM battery negative electrode paste.
Методами электронной сканирующей микроскопии подтверждено, что в растворе, содержащем добавку ВВ, подавляется скорость роста кристаллов PbSO4. Это способствует образованию мелких кристаллов PbSO4. Using the methods of scanning electron microscopy, it was confirmed that the growth rate of PbSO 4 crystals is suppressed in a solution containing an explosive additive. This promotes the formation of small PbSO 4 crystals.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются:The closest in technical essence and the achieved result are:
- техническое решение по международной заявке на изобретение WO 2017/138045 Al (D1) от 17.08.2017, в соответствии с которой в состав отрицательной пасты входит бензилбензоат с массовой концентрацией от 0,01 до 5,00% от общего веса отрицательного электродного материала;- technical decision on the international application for invention WO 2017/138045 Al (D1) dated August 17, 2017, according to which benzyl benzoate with a mass concentration of 0.01 to 5.00% of the total weight of the negative electrode material is included in the negative paste;
- техническое решение по международной заявке на изобретение WO 2017138045 С1, 21.09.2018, поданной этими же авторами и тем же заявителем согласно, согласно которой бензилбензоат добавляется в состав жидкого сернокислотного электролита с плотностью от 1,24 до 1,33 г/см3 в количестве от 0,01 до 5% об. от общего объема электролитического раствора. - technical solution for the international application for invention WO 2017138045 C1, 09/21/2018, filed by the same authors and the same applicant according to which benzyl benzoate is added to the liquid sulfuric acid electrolyte with a density of 1.24 to 1.33 g/cm3 in an amount of from 0.01 to 5% vol. of the total volume of the electrolytic solution.
По совокупности существенных признаков и достигаемому результату техническое решение по заявкам WO 2017/138045 Al (D1) от 17.08.2017 и WO 2017138045 С1, 21.09.2018 может быть принято за прототип.Based on the combination of essential features and the result achieved, the technical solution for applications WO 2017/138045 Al (D1) dated 08/17/2017 and WO 2017138045 C1, 09/21/2018 can be taken as a prototype.
Недостатком прототипа является техническая сложность обеспечения равномерного распределения добавки бензилбензоата в свинцово-кислотной аккумуляторной батарее с жидким электролитом в процессе его заливки, а также последующего формирования и работы батареи, что связано с низкой растворимостью бензилбензоата в электролите плотностью 1,24 - 1,33 г/см3 (растворимость минимальна и составляет около 20 мг/л при температуре 25 °С Yalkowsky S.H., Yan H. Handbook of aqueous solubility data. - CRC Press, 2003). Так, при традиционном способе введения полиэфира в раствор электролита аккумуляторной батареи, его нерастворимые молекулы имеют свойство агломерироваться и всплывать на поверхность, тем самым уменьшая эффективность контакта с поверхностью аккумуляторных пластин и соответственно ингибирования процессов сульфатации. The disadvantage of the prototype is the technical complexity of ensuring a uniform distribution of the benzyl benzoate additive in a lead-acid battery with a liquid electrolyte during its filling, as well as the subsequent formation and operation of the battery, which is associated with the low solubility of benzyl benzoate in an electrolyte with a density of 1.24 - 1.33 g/ cm 3 (solubility is minimal and is about 20 mg / l at a temperature of 25 ° C Yalkowsky SH, Yan H. Handbook of aqueous solubility data. - CRC Press, 2003). So, with the traditional method of introducing polyester into a battery electrolyte solution, its insoluble molecules tend to agglomerate and float to the surface, thereby reducing the efficiency of contact with the surface of the battery plates and, accordingly, inhibition of sulfation processes.
Техническим результатом изобретения является способ повышения эффективности использования практически нерастворимой в жидком электролите добавки бензилбензоата. Речь идет о разработке новой технологии введения добавки бензилбензоата в качестве ингибитора процессов сульфатации в аккумуляторной батарее. The technical result of the invention is a method for increasing the efficiency of using a benzyl benzoate additive that is practically insoluble in a liquid electrolyte. We are talking about the development of a new technology for the introduction of benzyl benzoate additives as an inhibitor of sulfation processes in the battery.
Это достигается использованием следующих отличительных особенностей способа изготовления батареи.This is achieved using the following features of the battery manufacturing method.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет введения в технологию изготовления новых существенных признаков:The technical result of the invention is achieved by introducing new essential features into the manufacturing technology:
- в смеситель для приготовления отрицательной пасты вводятся оксид свинца с размером частиц менее 40 мкм и мелкодисперсные добавки в виде сажи, графита и активированного углерода с размером первичных частиц 11-95 нм в объеме 0,2-1,5% от массы свинцового порошка, при этом отношение размера частиц к размеру частиц свинцового порошка для приготовления пасты составляет 2,75⋅10-4÷2,38⋅10-3. Применение мелкодисперсных добавок приводит к увеличению разрядной емкости отрицательного электрода и увеличению коэффициента использования активной массы за счет равномерного распределения частиц.- lead oxide with a particle size of less than 40 microns and finely dispersed additives in the form of soot, graphite and activated carbon with a primary particle size of 11-95 nm are introduced into the mixer for the preparation of a negative paste in a volume of 0.2-1.5% by weight of lead powder, wherein the ratio of particle size to particle size of lead powder for paste preparation is 2.75⋅10 -4 ÷2.38⋅10 -3 . The use of fine additives leads to an increase in the discharge capacity of the negative electrode and an increase in the utilization rate of the active mass due to the uniform distribution of particles.
- в смеситель для приготовления отрицательной пасты перед введением сернокислого электролита, плотностью 1,39 – 1,42 г/см3, в смеситель вводится водная суспензия бензилбензоата, содержание которого составляет 0,1 – 0,2 % от массы свинцового порошка, а в формировочный электролит, плотностью 1,21 – 1,23 г/см3 вводится бензилбензоат в количестве 0,2 – 0,5 % от расчетной массы электролита. - in the mixer for the preparation of negative paste before the introduction of sulfate electrolyte, density 1.39 - 1.42 g / cm 3 , an aqueous suspension of benzyl benzoate is introduced into the mixer, the content of which is 0.1 - 0.2% by weight of lead powder, and in forming electrolyte, with a density of 1.21 - 1.23 g / cm 3 , benzyl benzoate is introduced in an amount of 0.2 - 0.5% of the calculated mass of the electrolyte.
- объем электролита, заливаемого перед началом формирования составляет 101 – 104 % от расчётного объема, а после завершения процесса формирования поверх залитого перед формированием электролита в свободный объем закрытой аккумуляторной батареи вводится дополнительное количество сернокислого электролита плотностью 1,29-1,33 г/см3 с добавлением коллоидной дисперсии диоксида кремния в виде водного раствора SiO2 до проектного уровня над пластинами;- the volume of electrolyte poured before the start of formation is 101 - 104% of the calculated volume, and after the completion of the formation process, an additional amount of sulfate electrolyte with a density of 1.29-1.33 g / cm 3 is introduced into the free volume of the closed battery on top of the electrolyte filled before formation. with the addition of a colloidal dispersion of silicon dioxide in the form of an aqueous solution of SiO 2 to the design level above the plates;
Плотность заливаемого сернокислотного электролита с добавкой бензилбензоата электролита снижена по отношению к прототипу до 1,21 – 1,23 г/см3 для снижения температуры электролита на начальном этапе формирования. Это позволяет уже на начальной стадии формирования с добавкой бензилбензоата получать более мелкозернистую структуру сульфата свинца на поверхности активной массы отрицательного электрода.The density of the poured sulfuric acid electrolyte with the addition of electrolyte benzyl benzoate is reduced in relation to the prototype to 1.21 - 1.23 g/cm 3 to reduce the temperature of the electrolyte at the initial stage of formation. This makes it possible already at the initial stage of formation with the addition of benzyl benzoate to obtain a more fine-grained structure of lead sulfate on the surface of the active mass of the negative electrode.
Объем заливаемого электролита составляет 101 – 104 % от расчетного объема, необходимого для получения разрядной емкости с целью обеспечения необходимого количества моногидрата серной кислоты в пасте для получения заданной разрядной емкости, а также с учетом частичного испарения воды в процессе батарейного формирования. The volume of the electrolyte being poured is 101–104% of the calculated volume required to obtain a discharge capacity in order to provide the required amount of sulfuric acid monohydrate in the paste to obtain a given discharge capacity, and also taking into account the partial evaporation of water in the process of battery formation.
С целью повышения эффективности работы замкнутого кислородного цикла для аккумуляторной батареи исполнения AGM, а также предотвращения потери воды в процессе эксплуатации вследствие естественного испарения, после завершения процесса формирования в каждый аккумулятор добавляют коллоидную дисперсию диоксида кремния в виде водного раствора SiO2 до проектного уровня над пластинами с образования над пластинами слоя геля, что тем самым предотвращает возможное выделение газов с резким едким запахом бензилбензоата в процессе работы аккумуляторной батареи.In order to increase the efficiency of the closed oxygen cycle for an AGM battery, as well as to prevent water loss during operation due to natural evaporation, after the completion of the formation process, a colloidal dispersion of silicon dioxide in the form of an aqueous solution of SiO 2 is added to each battery to the design level above the plates with the formation of a gel layer above the plates, which thereby prevents the possible release of gases with a pungent pungent odor of benzyl benzoate during battery operation.
Для наибольшего эффекта работы углеродной добавки в расширителе отрицательного электрода по формированию эффективного порового пространства в объеме отрицательной активной массы при повторяющихся процессах заряда и разряда необходимо, чтобы их размеры были сопоставимы для получения необходимой пористости при электроосаждении частиц свинца на поверхности поры, причем наилучшим соотношением размеров частиц углеродной добавки к размерам частиц свинцового порошка является диапазон 2,75·10-4 ÷ 2,38·10-3, так как более мелкодисперсная углеродная добавка будет плохо адсорбироваться на поверхности частиц свинца, а частицы углеродных добавок с более крупнодисперсная добавка будет относительно активно вымываться, что приведет к более быстрому снижению емкости батареи и, тем самым, снижению характеристики долговечности.For the greatest effect of the work of the carbon additive in the expander of the negative electrode on the formation of an effective pore space in the volume of the negative active mass during repeated charge and discharge processes, it is necessary that their sizes be comparable to obtain the required porosity during the electrodeposition of lead particles on the surface of the pore, and the best ratio of particle sizes carbon additive to the particle size of lead powder is in the range of 2.75 10 -4 ÷ 2.38 10 -3 , since a finer carbon additive will be poorly adsorbed on the surface of lead particles, and particles of carbon additives with a coarser additive will be relatively active wash out, resulting in a faster decrease in battery capacity and, thus, a decrease in the durability characteristic.
При таком способе введения, на основании полученных экспериментальных результатов, установлено трехкратное увеличение жизненного цикла аккумуляторных батарей с одновременным ростом их ёмкости. По результатам разбора аккумуляторных батарей после циклирования также установлено, что добавка ВВ, в составе абсорбированного электролита, благотворно влияет как на отрицательную, так и на положительную активную массу за счёт эффекта изменения структуры активных масс, что является дополнительным преимуществом предлагаемого способа.With this method of introduction, on the basis of the experimental results obtained, a threefold increase in the life cycle of storage batteries was established with a simultaneous increase in their capacity. Based on the results of the analysis of batteries after cycling, it was also found that the addition of explosives, as part of the absorbed electrolyte, has a beneficial effect on both negative and positive active mass due to the effect of changing the structure of active masses, which is an additional advantage of the proposed method.
Данное техническое решение позволяет при сниженном и наиболее эффективном расходе активного вещества бензилбензоата получить значительно бóльший эффект от ингибирования процессов сульфатации за счет образования в процессе разряда более мелкодисперсного осадка сульфата свинца и, как следствие, ускорения процесса заряда и увеличения жизненного цикла аккумуляторных батарей. This technical solution allows, with a reduced and most efficient consumption of the active substance benzyl benzoate, to obtain a significantly greater effect from the inhibition of sulfation processes due to the formation of a finer precipitate of lead sulfate during the discharge process and, as a result, accelerating the charging process and increasing the life cycle of batteries.
Оптимальное содержание бензилбензоата и технология его введения в активную массу и формировочный электролит в патентуемом способе изготовления и предлагаемой рецептуре было экспериментально подобрано и подтверждено улучшенными электрическими характеристиками опытных АКБ. Технология и способ введения добавки бензилбензоата в аккумулятор определены с учётом физических и химических свойств смешиваемых компонентов, а сопоставительный анализ с известными способами изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов показывает, что предлагаемое решение обладает новизной.The optimal content of benzyl benzoate and the technology of its introduction into the active mass and the forming electrolyte in the patented manufacturing method and the proposed recipe were experimentally selected and confirmed by the improved electrical characteristics of the experimental batteries. The technology and method of adding benzyl benzoate additives to the battery are determined taking into account the physical and chemical properties of the mixed components, and a comparative analysis with known methods for manufacturing lead-acid batteries shows that the proposed solution is novel.
Подтверждение возможности осуществления заявляемого изобретения изложено в описании примера использования рецептуры и технологии введения добавки бензилбензоата в электролит и оценке характеристик аккумуляторов, изготовленных в соответствии с заявляемым изобретением.Confirmation of the possibility of implementing the claimed invention is set out in the description of an example of using the formulation and technology for introducing benzyl benzoate additives into the electrolyte and evaluating the characteristics of batteries manufactured in accordance with the claimed invention.
В ходе проведения экспериментальных работ были изготовлены опытные образцы аккумуляторных батарей исполнения AGM номинальной емкостью 65 А⋅ч с добавкой в отрицательную активную массу 0,05, 0,1, 0,15 0,2 и 0,25 % бензилбензоата от массы свинцового порошка, перед формированием их заполняли формировочным электролитом в количестве 100, 102, 104 и 106 % от расчетного объема с различным содержанием бензилбензоата - 0,1, 0,3, 0,5, 0,8 и 1,0 масс. %, а затем по окончании процесса формирования свободный объем аккумулятора заливали до проектного уровня над пластинами водным раствором коллоидной дисперсии диоксида кремния (SiO2). При проведении испытаний полностью заряженных опытных аккумуляторов тестом на 20-часовую ёмкость С20 наиболее выражено увеличение С20 от 10 до 15% наблюдали для образцов с содержанием ВВ 0,1 – 0,2 % в отрицательной активной массе, 0,2 - 0,5 % масс. в электролите при первоначальном объеме залитого электролита в интервале от 101 до 104 % от расчетного количества. При этом в течение первых 4 циклов С20 не отмечено практически никакого влияния добавки ВВ на значения ёмкости. Установлено, что для достижения нужного эффекта изменения структуры активных масс и соответственно роста ёмкости АКБ необходимо около 10 циклов. Однако, при более низком и более высоком содержании ВВ в электролите не наблюдается какого-либо роста ёмкости образцов АКБ.In the course of the experimental work, prototypes of AGM batteries with a nominal capacity of 65 Ah were manufactured with the addition of 0.05, 0.1, 0.15, 0.2 and 0.25% benzyl benzoate to the negative active mass by weight of lead powder, before forming, they were filled with forming electrolyte in the amount of 100, 102, 104 and 106% of the calculated volume with different contents of benzyl benzoate - 0.1, 0.3, 0.5, 0.8 and 1.0 wt. %, and then, at the end of the formation process, the free volume of the battery was filled to the design level above the plates with an aqueous solution of a colloidal dispersion of silicon dioxide (SiO 2 ). When testing fully charged experimental batteries with a test for a 20-hour capacity of C 20 , the most pronounced increase in C 20 from 10 to 15% was observed for samples with an explosive content of 0.1 - 0.2% in the negative active mass, 0.2 - 0, 5% wt. in the electrolyte with the initial volume of the filled electrolyte in the range from 101 to 104% of the calculated amount. At the same time, during the first 4 cycles of C 20 , practically no effect of the addition of explosives on the capacity values was noted. It has been established that about 10 cycles are required to achieve the desired effect of changing the structure of active masses and, accordingly, increasing the capacity of the battery. However, at a lower and higher content of explosives in the electrolyte, no increase in the capacity of the battery samples is observed.
При проведении испытаний опытных АКБ типа AGM на циклирование по ГОСТ 53165 (п. 9.6.2) также установлено, что добавление BB одновременно в отрицательную активную массу и в электролит в соответствии с предложенным способом, в сочетании с образованием в верхней части объема электролита слоя плотного геля, способствует трехкратному улучшению срока службы АКБ, а значит существенно улучшает обратимость процессов в свинцово-кислотной батарее. В остальных случаях жизненный цикл АКБ удваивается, а при содержании BB больше 1% улучшения отсутствуют. When testing experimental batteries of the AGM type for cycling in accordance with GOST 53165 (clause 9.6.2), it was also found that the addition of BB simultaneously to the negative active mass and to the electrolyte in accordance with the proposed method, in combination with the formation of a dense layer in the upper part of the electrolyte volume gel, contributes to a threefold improvement in battery life, and therefore significantly improves the reversibility of processes in a lead-acid battery. In other cases, the life cycle of the battery is doubled, and with a BB content of more than 1%, there are no improvements.
Технико-экономические преимущества заявляемого изобретения заключаются в увеличении жизненного цикла АКБ и снижении затрат на использование дорогостоящей добавки бензилбензоата.The technical and economic advantages of the claimed invention are to increase the battery life cycle and reduce the cost of using an expensive benzyl benzoate additive.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021116917A RU2767053C1 (en) | 2021-06-10 | 2021-06-10 | Method for manufacturing sealed lead-acid battery with absorbed electrolyte |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021116917A RU2767053C1 (en) | 2021-06-10 | 2021-06-10 | Method for manufacturing sealed lead-acid battery with absorbed electrolyte |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2767053C1 true RU2767053C1 (en) | 2022-03-16 |
Family
ID=80736950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021116917A RU2767053C1 (en) | 2021-06-10 | 2021-06-10 | Method for manufacturing sealed lead-acid battery with absorbed electrolyte |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2767053C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5998062A (en) * | 1997-05-08 | 1999-12-07 | Optima Batteries, Inc. | Battery paste compositions and electrochemical cells for use therewith |
| RU21482U1 (en) * | 2000-04-28 | 2002-01-20 | Акционерное общество закрытого типа "ЭЛЕКТРОТЯГА" | SEALED LEAD ACCUMULATOR BATTERY |
| RU2201018C2 (en) * | 1996-03-05 | 2003-03-20 | Канон Кабусики Кайся | Method and device for reconditioning enclosed battery components |
| RU2258980C1 (en) * | 2004-12-31 | 2005-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Промконцентрат" | Lead cell designed for operation at sub-zero temperatures and method for its charging |
| CN103050738A (en) * | 2012-12-25 | 2013-04-17 | 深圳市佰特瑞储能系统有限公司 | Lead acid storage battery electrolyte additive and preparation method thereof |
| WO2017138045A1 (en) * | 2016-02-09 | 2017-08-17 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Negative electrode and electrolytic solution for lead-acid battery, method for manufacturing the same, and lead-acid battery comprising said negative electrode or electrolytic solution |
-
2021
- 2021-06-10 RU RU2021116917A patent/RU2767053C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2201018C2 (en) * | 1996-03-05 | 2003-03-20 | Канон Кабусики Кайся | Method and device for reconditioning enclosed battery components |
| US5998062A (en) * | 1997-05-08 | 1999-12-07 | Optima Batteries, Inc. | Battery paste compositions and electrochemical cells for use therewith |
| RU21482U1 (en) * | 2000-04-28 | 2002-01-20 | Акционерное общество закрытого типа "ЭЛЕКТРОТЯГА" | SEALED LEAD ACCUMULATOR BATTERY |
| RU2258980C1 (en) * | 2004-12-31 | 2005-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Промконцентрат" | Lead cell designed for operation at sub-zero temperatures and method for its charging |
| CN103050738A (en) * | 2012-12-25 | 2013-04-17 | 深圳市佰特瑞储能系统有限公司 | Lead acid storage battery electrolyte additive and preparation method thereof |
| WO2017138045A1 (en) * | 2016-02-09 | 2017-08-17 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Negative electrode and electrolytic solution for lead-acid battery, method for manufacturing the same, and lead-acid battery comprising said negative electrode or electrolytic solution |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3419101B1 (en) | Lead storage battery, micro-hybrid vehicle and start-stop system vehicle | |
| Chen et al. | The critical role of aluminum sulfate as electrolyte additive on the electrochemical performance of lead-acid battery | |
| Blecua et al. | Improvement of the lead acid battery performance by the addition of graphitized carbon nanofibers together with a mix of organic expanders in the negative active material | |
| CN102983327A (en) | Super lead-acid storage battery containing carbon-coated lead composite material and preparation method of super lead-acid storage battery | |
| Pavlov et al. | Benzyl benzoate as an inhibitor of the sulfation of negative electrodes in lead-acid batteries | |
| CN109841838B (en) | A negative electrode for flooded internal mixed lead-carbon battery and its preparation and application | |
| EP2960978A1 (en) | Flooded lead-acid battery | |
| WO2021082929A1 (en) | Negative electrode lead paste additive for high specific energy lead acid storage battery and preparation method | |
| RU2767053C1 (en) | Method for manufacturing sealed lead-acid battery with absorbed electrolyte | |
| US3788898A (en) | Fabrication of negative electrodes in lead-acid batteries | |
| CN107311229A (en) | A kind of sea urchin shape air electrode material and preparation method thereof | |
| CN114464902B (en) | A long-life lead-acid battery | |
| US2202489A (en) | Method of producing positive electrodes for lead-acid storage batteries | |
| CN1286197C (en) | Positive and negative active material for valve-controlled sealed lead-acid battery | |
| CN117650230A (en) | Amphiphilic molecule-based water-based zinc-iodine battery positive electrode material, preparation method thereof and battery | |
| CN116111204A (en) | A kind of colloidal lead-carbon battery and its preparation | |
| KR20200057465A (en) | Composition of lead-carbon electrode paste, and manufacturing method of the paste | |
| CN104485454A (en) | Positive electrode lead plaster of lead acid storage battery | |
| CN113036138B (en) | Preparation method and application of three-dimensional porous lithium-philic composite material | |
| RU2454756C1 (en) | Paste for negative electrode of lead-acid battery and method of its preparation | |
| JP4390481B2 (en) | Lead acid battery | |
| JP4984430B2 (en) | Method for producing paste active material for negative electrode | |
| JP7287884B2 (en) | Positive plate for lead-acid battery, lead-acid battery | |
| CN120511376A (en) | Electrolyte for lead storage battery | |
| JP2006185743A (en) | Control valve type lead-acid battery |