178346. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nikkel-kadmium akkumulátorcellák negatív elektródjának előtöltésére
3 178346 4 redukáljuk, mert a kadmium-hidroxid erőteljesen ellenáll a kémiai redukálószereknek. A találmány célja, hogy eljárást biztosítson az említett hátrányok kiküszöbölésére. A találmány szerint legalább részben kisütött állapotban összeszerelt elektródokat tartalmazó lúgos nikkel-kadmium akkumulátor-cellák negatív elektródjának előtöltését oly módon végezzük, hogy a cellába annak első feltöltése előtt annak elektrolitjához a negatív elektródnak adandó előtöltés amperóráira számítva 200 mg metanolt vagy annak megfelelő mennyiségű etanolt, vagy propanolt adunk, azután az akkumulátor-cellát a szokásos módon feltöltjük. A cellába annak első feltöltése előtt bármely olyan szenet, hidrogént és oxigént tartalmazó anyagot tölthetünk, amely lúgos közegben adott feszültségen a nikkel-hidroxid előtt anódosan irreverzibilisen oxidálható gázfejlődés nélkül. így például használhatunk olyan vegyületeket, amelyek vízre és karbonátionokra bomlanak az alábbi reakcióegyenlet szerint: CxHyOz+(y+6x—2z)OH_—(y+4x—2z)e~ -► — xCC>3~+(y+3x—z)H20 Minthogy a karbonát-ionok képződését lehetőleg kerülni kell, előnyösen olyan anyagokat választunk, amelyek képletében x értéke a lehető legkisebb, amenynyiben a fenti reakcióegyenlet szerint lezajló bomlásuk során képződő karbonát-ionok mennyisége x-szel arányos. Ugyanakkor az e~ együtthatójának értékét a lehető legnagyobb mértékben kell növelni, hogy az elektromosság mennyisége nagy legyen. Ez azt jelenti, hogy a : számnak is lehetőleg kicsinek kell lennie, legalábbis az (y+4x) tagban. A találmány szempontjából tehát a legelőnyösebb anyagok a CnH2n+20 képletnek megfelelő telített monoalkoholok, különösen a metanol, az etanol és a propanol. Ezek olyan CnH2n4-20 képletű vegyületek, ahol n értéke kisebb, mint 4. Ha ezeknek az alkoholoknak a képletét összevetjük az előtöltés fenti reakcióegyenletében szereplő általános képlettel, akkor azt látjuk, hogy x=n, y=2n+2 és z=l. Ezeket az értékeket az e' együtthatójába behelyettesítve azt kapjuk, hogy az alkohol minden molekulája 2n+2+4n—2=6n elektront termel. Minthogy n=x, ezek a vegyületek — legalábbis elméletileg — azonos mennyiségű elektromosság mellett azonos mennyiségű karbonát-iont termelnek. A kívánt vegyület kiválasztásakor a fentieken túl figyelembe kell venni az oldhatóságot, valamint azt, hogy milyen könnyen megy végbe elektrokémiai oxidáció, továbbá a költségeket. A CnH2n+20 képletű vegyületek csak az n=4 érték felett (a butanoltól kezdve) okoznak gondot az oldékonysággal kapcsolatban. Ezért előnyösen az említett három alkoholt használjuk a nikkel-kadmium cellák negatív elektródjának a találmány szerint való előtöltéséhez. A találmány szerinti előtöltési eljárás során a kadmiumot csak a cella lezárása után alakítjuk ki. Ez azért előnyös, mert így elkerüljük az összeszerelés előtti előtöltést, és a levegővel érintkező kadmium ebből következő idő előtti kisülését. Ez utóbbi folyamatot az alábbi reakcióegyenlettel szemléltetjük: 2 Cd+02+H20 - 2 Cd(OH)2 Az előtöltés mértékét pontosan beállíthatjuk az elektrolit adalékanyagának megválasztásával. A találmányt az alábbi példával világítjuk meg közelebbről az oltalmi kör korlátozása nélkül. Példa Anódosan irreverzibilisen oxidálható anyagként metanolt használunk. Ennek anódos oxidációja az alábbi reakcióegyenlet szerint zajlik le : CH3OH+8OH--6- -C0f-+6H20 Az oxidációhoz 1 g metanol 5 Aó-t fogyaszt. Amikor a metanolt a nikkel-kadmium akkumulátorcellába töltjük, akkor a cellában a metanol jelenlétében az alábbi folyamat megy végbe : 3 Cd(OH)2+CH3OH+2OH“ ^COf- +3 Cd+6 H20 Az ekkor képződő fém kadmium a tulajdonképpeni előtöltött kadmium. Amikor a metanol elfogy, akkor végbemegy a cella szokásos feltöltési reakciója. A kísérletekhez több csoport zárt nikkel-kadmium akkumulátor-cellát használtunk. Minden cella névleges kapacitása 0,5 Aó volt. A különféle csoportok jellemzőit az alábbiakban adjuk meg: Kontroll: olyan cellák, ahol elhagytuk a negativ elektródok előtöltését. 1. csoport: olyan cellák, amelyekben a negatív elektródokat 100 mAó kapacitással előtöltöttük az elektródok összeszerelése előtt. 2. csoport: az előbbihez hasonló, azzal az eltéréssel, hogy az előtöltést 200 mAó kapacitással végeztük. 3. csoport: az előzőekhez hasonló, azzal az eltéréssel, hogy az előtöltést 300 mAó kapacitással végeztük. Mj csoport: olyan cellák, amelyeknél a negatív elektródok előtöltését elhagytuk, de amelyekbe 20 mg metanolt töltöttünk az elektrolithoz, ami megfelel 100 mAó-s előtöltésnek. M2 csoport: az M( csoporthoz hasonló, azzal az eltéréssel, hogy az elektrolithoz 40 mg metanolt adtunk, ami megfelel 200 mAó-s előtöltésnek. M3 csoport: az M, csoporthoz hasonló, azzal az eltéréssel, hogy az elektrolithoz 60 mg metanolt adtunk, ami megfelel 300 mAó-s előtöltésnek. Az így készített cellákat olyan ciklusokban használtuk, amelyek mindegyikében 14 órán át töltöttük a cellát 50 mA áramerősséggel, majd rögtön megkezdtük a kisütését, amelyet 1 A áramerősséggel folytattunk mindaddig, amíg a cella feszültsége 0,9 V-ra csökkent. Eredményeinket az alábbi táblázatban foglaljuk össze. I. táblázat A ciklus száma Kontroll s Elektrokémiai előtöltés Metanolos előtőlté* 1 2 3 Ml M2 M3 3 322 377 432 454 407 415 45 4 304 348 428 446 389 430 45( 6 292 327 395 416 357 405 42Í 9 305 331 401 434 363 409 43t 15 304 324 404 437 360 416 45 36 309 329 394 419 362 415 45. 62 292 302 371 400 343 410 44< 138 280 284 325 360 314 376 4IC 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
