<<
>>

Модельный образец

Наноразмерные структурные изменения в модельном образце свинцово­кислотного элемента, как показано выше (раздел 1.6.3), достигались специаль­ной обработкой и изготовлением токоотводов [121, 136], введением в элек­тродный материал активаторов в виде углеродных наноструктур [101, 108] и использованием базовых материалов, обладающих повышенной пористостью и дисперсностью [106, 107, 117, 118, 122].

Электрические характеристики, та­ким образом созданных СКЭ, определялись по типовым методикам.

В нашей работе [153] был изготовлен модельный образец СКЭ и иссле­довано влияние на его характеристики введения в состав ОЭМ углеродного наноструктурного материала «Таунит-МД» [171]. В лабораторных условиях для изготовления ЭМ использовалась мешалка рамочного типа со скоростью вращения 200 об/мин, в которой происходили как движения составных компо­нентов в сосуде емкостью 2 литра по вертикали за счет спиралевидного цен­трально-осевого элемента - «снизу-вверх», так и перенос в радиальном направлении от центра на края, что обеспечивало достижение достаточного уровня гомогенизации после не менее, чем 10-ти минутной обработки со ско­ростью 200 об/мин. Емкость для перемешивания охлаждалась на водяной бане. Электродный материал готовился в соответствии с таблицей 2.9 из расчета на 1 кг. Загрузка компонентов осуществлялась в следующей последовательности: в емкость вносили высокоокисленный свинцовый порошок (77-79% PbO) и

96 сульфат бария. Затем вводили водную суспензию органического расширителя и углеродный наноструктурный материал (УНМ) «Таунит-МД». При непре­рывном перемешивании постепенно добавляли раствор серной кислоты, не до­пуская повышения температуры выше 60°С. При нанесении ЭМ в количестве 110 г на решетчатый токоотвод обеспечивалась высокая сплошность и одно­родность заполнения ячеек.

После дозревания и формирования изготовленные электродные пла­стины собирались в модельный СКЭ с номинальным напряжением 2 В, кото­рый содержал два положительных и один отрицательный электрод, изолиро­ванные в полиэтиленовый сепаратор.

Такая конструкционная особенность СКЭ была выбрана с целью более полного изучения влияния УНМ «Таунит- МД» в составе ОАМ.

Для проведения сравнительного анализа результатов исследований был изготовлен в такой же компоновке контрольный СКЭ с серийно производи­мым отрицательным электродом, содержащим активатор в виде технического углерода П803 (таблица 2.5).

На рисунке 2.18 приведены СЭМ изображения ОЭМ после дозревания (рисунок 2.1, процесс 4) и ОАМ после исследования электрических характе­ристик (рисунок 2.1, процесс 8). Наблюдалось существенное отличие в зави­симости от типа применяемых активаторов (сравнение рисунков 2.18, а, в с 2.18, б, г). На всех стадиях в СЭМ-изображениях с активатором из УНМ ха­рактерно возникновение некоторой размытости кристаллических структур ба­зовых соединений (раздел 1.6.3 и 2.1), вызванное их покрытием ультрадис- персными образованиями. Структуры ОАМ с активатором из УНМ после ис­следования электрических характеристик с результатами аналогичных иссле­дований для МУНТ [105] характеризовались идентичной морфологией.

Рисунок 2.18 - Структура ОЭМ после дозревания с УА типа УНМ - 0.2% (а) и ТУ П803 - 0.6 % (б), а также ОАМ с УНМ и П803 после исследования электрических характеристик (в и г)

Были проведены РФА порошковых образцов указанных ЭМ с навеской в пределах 2 г. Образцы готовились на разных стадиях изготовления и иссле­дования СКЭ. После дозревания, формирования, а также циклирования раз­ными режимами: разряда 0.75 А - заряд 1.5 А и разряда 75 А - заряд 1.5 А при температуре 298 ± 1 К. Сушка АМ после формирования и исследования элек­трических характеристик производилась при температуре 353 ± 1 К в течение 50 мин, в воздушной атмосфере с пониженным содержанием кисло­рода - 0.5 %, СО - не более 0.5 % и СО2 - 12.5 %.

Дифрактограммы исходных электродных материалов после дозревания и сушки представлены на рисунке 2.19.

Аналогично проводился РФА на всех указанных стадиях как для модельного с УНМ, так и с ТУ П803. Из сравнения

полученных данных РФА можно отметить их практически полное совпадение по базовым компонентам. Однако в СКЭ с УНМ на самой первой стадии (до­зревание и сушка - рисунок 2.1, процесс 4) наблюдалось более явное возник­новение гидроцеррусита - 2PbCO3-Pb(OH)2и одноосновного сульфата свинца - 1BS. Тогда как соединение 2PbCO3-Pb(OH)2в присутствии ТУ П803 едва заметно, как это отмечено на вставке к рисунку 2. 19. Влияние гидроцер- русита (ГЦ) на электрические характеристики не исследовалось. В то же время именно в СКЭ с УНМ, как показали его исследования, наблюдалось заметное увеличение удельной емкости. Как отмечено в [192] при относительном содер­жании 2PbCO3-Pb(OH)2(более 15 %) он отрицательно влияет на рабочие харак­теристики СК АБ. В нашем же случае, в модельных СКЭ после дозревания с активатором в виде УНМ его относительный состав: Е/полн/Лц оказался выше 20 %. По данным РФА на всех остальных этапах изготовления модельного СКЭ [153] 2PbCO3-Pb(OH)2отсутствует, что соответствует его нейтрализации в кислотной среде электролита. Согласно этим изображениям их поперечный размер соответствовал диаметрам УНМ (рисунок 2.12), где его размер равен 92 нм, что сопоставимо с диаметрами указанных структур.

Были проведены исследований электрических характеристик вновь со­зданных образцов СКЭ содержащих 0.2% УА в виде УНМ по методике не­сколько отличной от типовой (раздел 2.3). Программа исследований преду­сматривала зарядно-разрядное циклирование токами: 20-и часового режима разряда - 0.75 А для емкости C20 (2.2), и током, соответствующим стартерному разряду - 75 А (5?C20). Все исследования проводились при температуре 25 ± 1 °C. Фиксировались изменения напряжения в режиме заряда и раз­ряда - Ui(f)и Up(t). На рисунке 2.20, а представлена только зависимость Ur(t), так как характер U∙i(t)не имел особенностей.

Изучена так же динамика изме­нений потенциала отрицательного электрода относительно стандартного кад­миевого электрода сравнения (рисунок 2.20, б). Представленные зависимости и (φcd - ψPb)(t) более детализировано раскрывают результаты [153].

Рисунок 2.19 - Дифрактограммы ЭМ с активаторами в виде УНМ «Таунит МД» и ТУ П803 после дозревания и сушки

Как отмечено в разделе 1.3.1 разность потенциалов электродов модель­ного СКЭ может быть измерена относительно, к примеру, кадмиевого элек­трода сравнения. Таким образом, модельный СКЭ представлял собой трехэлектродный элемент. Используемый электрод сравнения должен быть неполяризуемым (раздел 1.3.2), то есть величина его потенциала должны быть постоянной. Отметим, что из наиболее распространенных электродов сравне­ния (водородный (H2| H+), ртутно-сульфатный (Hg | HgSO4), сульфат-серебря­ный (Ag | Ag2SO4)) выбор именно кадмиевого обусловлен большей простотой его использования, а также тем, что сульфат кадмия хорошо растворим, и, его попадание в раствор электролита не оказывает влияния на электрические ха­рактеристики СКЭ [12, 21].

Рисунок 2.20 - Динамика изменения: а - напряжения в режиме разряда, б - потенциала отрицательного электрода относительно стандартного кадмие­вого электрода сравнения при циклировании модельного образца СКЭ

В динамических зависимостях U^t)и (φcd- φpb)(t) отмечается сокраще­ние продолжительности разряда (рисунок 2.20, а) и соответствующий времен­ной сдвиг падения потенциала отрицательного электрода (рисунок 2. 20, б).

Изменения удельной емкости отрицательного электрода при разряде то­ком 5Сном до конечного напряжения 1 В СКЭ в ходе циклирования (с номерами циклов - N)- C(N)с активаторами в ОАМ УНМ «Таунит МД» или ТУ марки П803 представлены на рисунке 2.21, а. Отличительной особенностью пред­ставленных зависимостей C(N) для этих СКЭ являлось увеличение абсолют­ного значения емкости для активатора УНМ (с Cmax = 46.5 мА-ч/г) по сравне­нию с П803 (Cmax = 36.8 мА-ч/г), а также сохранение её величины после завер­шения циклирования при N = 50, составившей Cmin = 35.5 мА-ч/г, что значи­тельно выше, чем для типового активатора Cmin = 30.5 мА-ч/г. Для дальней­шего анализа на кривой циклирования обоих СКЭ были выделены несколько качественно отличающихся этапов по зависимости C(N), характеризующихся изменениями знака первой производной ∂C(N) ∕ ∂N (∂C(N) ∕ ∂N>0, ∂C(N) ∕ ∂N

<< | >>
Источник: Харсеев Виктор Алексеевич. ВЛИЯНИЕ МИКРО- И НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Курск - 2019. 2019

Еще по теме Модельный образец:

  1. Модельный эксперимент
  2. Результат механических испытаний образцов
  3. Анализ точности оценки параметров дефектов КРН традиционными и распро­странёнными методами неразрушающего контроля в лабораторныхусловиях
  4. БИБЛИОГРАФИЯ
  5. Роль среды, провоцирующей КРН
  6. Создание метода визуальной оценки дефектов КРН
  7. Графитовые активаторы
  8. Циклические испытания образцов с КРН
  9. Анализ цикличности работы линейной части магистрального трубопровода
  10. Описание условий эксплуатации участка линейной части магистрального газо­провода
  11. Свинцовый сурик
  12. Выводы по главе 1
  13. Моделирование теплопотерь в конструкции вентфасада с учетом скорости ветра и термического сопротивления вентилируемого воздушного пространства с отражательной теплоизоляцией
  14. Выводы по главе
  15. Роль изоморфизма сульфата бария в зародышеобразовании
  16. 3.5. Особенности административно-правового статуса иностранных граждан и лиц без гражданства.
  17. Заключение
  18. Лекция 10. Административное правонарушение