193779. lajstromszámú szabadalom • Eljárás lugos akkumulátorok pozítiv aktívanyagának előállítására
193779 2 1 A találmány tárgya eljárás lúgos akkumulátorok pozitív aktívanyagának előállítására, amelynek során kristályvizet tartalmazó NiS04, Ni(C2H302)2 nikkelsók egyikét és kálium- vagy nátriumhidroxidot reagáltatunk, a nikkelsóhoz adott esetben 1-10 t% kóbaltsót adunk, a kálium- vagy nátriumhidroxidhoz adott esetben 1-10 t% lítium- vagy báriumhidroxidot adunk, valamint vezető anyagként grafitot vagy nikkel szirmot alkalmazunk a végtermékre vonatkoztatott 3-50 t% mennyiségben, majd a reakció során keletkező pépet 100-120°C-on kiszárítjuk, majd a megszilárdult anyagból az alkálisót kimossuk, a kimosás után az anyagot szűrjük, 100-120°C-on kiszárítjuk és az alkalmazás által megkívánt szemcseméretre őröljük. A lúgos akkumulátorok többségének (NiCd, NiFe, NiZn) pozitív (nikkel) elektródját pozitív (nikkel) aktívanyagból készítik táskázással, hengerléssel, préseléssel és egyéb eljárásokkal. A pozitív aktívanyag fő tömege Ni(OH)2, ezen kívül vezető (pl. grafit), aktiváló (pl: Co(OH)2 és kötőanyagot (pl: PTFE) tartalmazhat. Speciális célokra az Ni(OH)2 helyett magasabb oxidációs fokú nikkeloxidot alkalmaznak. Az Ni (OH) 2-t nikkelsó és alkálihidroxid oldat reagáltatásával állítják elő (S.Uno Fáik, Alvin I.: Alkaline storage batteries. New-York, London, 1969.) leggyakrabban az alábbi reakció egyenlet szerint NiS04U,+2NaOHü?=Ni (OH) 2S+Na2S040, A pozitív aktívanyag előállítása a kívánt koncentrációjú nikkelsó és az alkáli lúgoldat elkészítésével kezdődik, majd az oldatokat keverős reaktorban meghatározott hőmérséklet és reakció idő betartásával összekeverik (reagáltatják). Lehetséges a nikkelsó oldat adagolása a lúgoldathoz vagy fordítva, de ismeretes olyan eljárás is, amely a két oldatot egyidejűleg adagolja. A vezető és az aktiváló anyag hozzáadása is történhet ebben a technológiai lépésben. A reaktorban keletkező Ni(OH)2 zagyot szűrik vagy bepárolják, majd kiszárítják 100-150°C-on. Az így keletkezett száraz anyag még tartalmaz NaS04-t és NaOH-t, amit a következő műveletben ionmentesített vízzel történő mosással távolítanak el. Ezt általában úgy hajtják végre, hogy az anyagot kb.: 1:10... 1:20 arányban ionmentesített vízzel elkeverik, majd ülepedni hagyják, és a vizes részt leszivatják. A megfelelően szulfát és lúgmentes anyag előállítása 5-10 mosást is igényelhet. A mosást követően az anyagot ismét szűrik, majd szárítják. Ezután az anyagot az alkalmazás által megkívánt szemcseméretre őrlik, majd az egyenletes minőség biztosítása érdekében több adagot homogenizálnak. A technológia műveletei tehát a következőek: 1. Oldat készítés 2. Oldatok reagáltatása 3. Szűrés vagy bepárlás (első) 4. Szárítás (első) 5. Mosás 6. Szűrés (második) 7. Szárítás (második) 8. őrlés 9. Homogenizálás 10. Csomagolás A technológiát vizsgálva azonnal feltűnik, hogy két szűrési és szárítási műveletet tartalmaz (3-4, 6-7). Ennek oka, hogy az NiS04 és az NaOH oldat reagáltatásakor liogél állapotú Ni(OFl)2 keletkezik, ami azt jelenti, hogy a csapadék kolloid jellegű, nagy víztartalmú, nehezen szűrhető. Ez utóbbi körülmény miatt olyan eljárás is kialakult, amelynek során a NiS04 és NaOH oldat reagáltatásakor keletkező Ni(OH)2 zagyot nem szűrik, hanem bepárolják (1.: 3. művelet). A szűréssel kapcsolatos problémán túlmenően a gél állapotú anyagból nehezen mosható ki a Na2S04 ezért, minthogy itt irreverzibilis gélről van szó, az első szárítással (1.: 4 művelet) megszüntetik a gél állapotot. Ennek eredményeként az anyag, jól moshatóvá válik, a kimosás után azonban újra szárítani kell (7. művelet). Belátható, hogy ez a technológia a két szűrési-szárítási művelet miatt körülményes. Megjegyezhető, hogy a két szűrési-szárítási művelet közül az első ( 1.: 3-4 művelet) sokkal nehezebb, mint a második (1. 6-7 művelet), mert akkor még az anyag nehezen kezelhető gélállapotban van. Ismeretes továbbá a lúgos akkumulátorok pozitív aktívanyagának előállítására a 2.082.561 sz. angol szabadalmi leírás szerinti módszer, amely poralakú nikkelsóból és alkáli hidroxid oldatból kiindulva, nikkel ionok képződésének kizárásával állít elő nikkelhidroxidot. Az alkáli hidroxid koncentrációját úgy választják meg, hogy az abban lévő víz a nikkelsó esetleges kristályvízével együtt elég legyen a keletkező alkálisó oldatban tartásához. Az eljárás ugyan kiküszöböli a liogél állapot létrejöttét, de a reakció körülményei miatt a keletkező nikkelhidroxid krisztallit mérete túl nagy, ezért elektrokémiai aktivitása kedvezőtlen. Ezen túlmenően, minthogy a Ni(OH)2 keletkezésének pillanatában a vezetőanyag nincs jelen, a Ni (OH) 2 és a vezetőanyag összeépülése az optimálisnál kedvezőtlenebb lesz, ami a belőle készülő pozitív elektród belső ellenállását növeli. Ismeretes még a 1.136.674 sz. NSZK szabadalmi leírás szerinti eljárás is, amely fém szulfátokból ezen belül pld. NiS04-ből fémhidroxid pld. nikkelhidroxid előállítására vonatkozik. Ezen szabadalmi leírás szerint előállított nikkelhidroxid azonban nem alkalmas lúgos akkumulátorok pozitív elektródjának készítésére, mert a fémsót és az alkáli hidroxidot sztöchiometrikus arányban használja, ami nagymértékben amorf nikkelhidroxid keletkezéséhez vezet. Az ilyen anyag sűrűsé-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
