抑制金属累积和增强性能的补充物和递送该补充物的系统的制作方法_3

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制品然后被挤出,在加工之前以与颜料基本上相同的方式接收补充物,或接收预溶解或悬 浮于溶剂中的优选浓度的补充物。加工温度在水的沸点下,但优选地低于水的沸点。在Witt 等人的第2, 772, 322号美国专利中提供了适用于该方法的实例的详细描述,其全部内容通 过引用并入本文。在Sundberg等人的第4, 153, 760号美国专利中提供了适用于该方法的 另一个实例的详细描述,其全部内容通过引用并入本文。
[0054] 负电极可以接收大致相当浓度的补充物作为发泡剂的伴随物。发泡剂优选地包括 细分为C和BaSOd^木质素衍生物。各种材料在适合的装置中混合。供选择地,补充物在 其掺入到储能电池中之前可以溶解在溶剂中,而溶解物施加到装配的电极并使其干燥。
[0055] 在注塑成型之前,补充的塑料外壳可以将补充物作为常规地包含在或加入到用于 制备外壳的塑料材料中的颜料的伴随物或替代物,以大致相当的浓度掺入。注塑成型工艺 与正常一样进行。
[0056] 补充的电解质也可以在以下情况下产生,即电解质直接接收补充物或补充物可以 以适合浓度溶解于储能电池补给水中并以适合间隔加入(dose)电解质中。由于补充物不 仅被负电极消耗而且其还被正电极氧化,因此补充物不可能累积到高水平浓度。
[0057] 如本文所述,本发明的适量的补充物可以掺入到塑料制品中。任选地,在其中存 在将大量的橡胶树弹性体或合成弹性体掺入制品中的可选择需要的一些情况下,也可以将 这些与补充物一起掺入以提供共混物,从而进一步增强抑制金属累积和增强性能的作用。 在这样的情况下,其单个区别特征可以可靠地例如但非排除地通过H 1和/或C 13核磁共振 (NMR)光谱法来鉴定。
[0058] 树枝状晶体(dendrite)在负电极上的形成和负电极的Sb "中毒"是电镀的体现。 工作机制实际上与通过在商业上用于产生金属微粒的主要是酸性电解质的商业电镀相同。 沉积物可以是粉状、线状、海绵状、粒状和/或青苔状。包含正电极支撑结构的Pb-Sb金属 合金在电解质中的溶解度非常低但不是零。在施加足够电势时,在正电极处的一些表面金 属可以转化为氧化物并且一些在供电子之后逐渐溶解于电解质中,作为阳离子通过电解质 迀移到负电极,在负电极中所述阳离子接收电子并作为金属晶体析出。Sb在负电极上的累 积增加了放气、增加了耗水量、增加了自放电、降低了充电电势的顶部。金属阳离子相对较 重,逐渐引起更多金属向负电极的底部沉积。到达负电极的金属的部分可以移出,形成沉淀 物。
[0059] 在可充电电化学储能电池中的电镀是不希望的,但是不可避免的。从偶然观点来 看其似乎是几乎感觉不到的,因此常常被忽视。其是在负电极处充电时气体逸出的伴随物。 其需要施加足以启动并保持电镀的电势。具有PbO2-Pb电极和H2SO4电解质的典型的储能 电池经历低于2. 25伏的施加电势的不显著的气体逸出,条件是负电极相对不含Sb ;在2. 35 伏下的近零电镀和可见的气体逸出,在2. 65伏下的中度但不是最终地破坏性电镀和大量 气体逸出,二者均从2. 35至2. 65伏逐渐上升。由该类型的电池开发的电势的1. 6913伏段 是正电极的PbO2的电化学电势特有的特征。
[0060] 本发明的抑制金属累积的补充物在本发明的电化学电池中的存在的结果是一部 分补充物向电池表面,特别是负电极表面迀移。该部分能够在气体从负电极逸出时接收气 体,结果转而是本发明的屏障在负电极表面处的形成。从可以存在于负电极上的任何Sb中 逸出的气体也可以促进屏障的形成。并非所有的电池电势均有助于本发明的屏障的激活。 激活由2.25(总电池电压)-1. 6913(Pb02电压)=0.5587电压段。屏障的激活涉及在负 电极处的电化学活性,不涉及在正电极处的活性。电镀涉及在正电极处以及在负电极处的 电化学活性。本发明的补充物对于保留可以用于构建储能电池的多种金属是有效的,所述 金属具有大致类似的电化学和放气电势,包括但不限于Pb、Sb、Sn、Cd和Cu。本发明的补充 物和所述的其应用方法适用于其中使用这些金属之一的类型的电镀电池。
[0061] 足够量的本发明的补充物在负电极表面处的存在可以通过以下来证明:与未装配 有本发明的补充物的等价全充储能电池的负电极相比,在施加均衡强度恒电流电荷时,全 充储能电池的负电极的电势明显提高。
[0062] 已经发现,在储能电池中正在使用的有效量的本发明的补充物在电解质中的存在 可以通过泡沫来证实,所述泡沫在适合的温度下,在保持比空气体积大至少10倍的外壳 内,在优选地80至105kPa的大气压和约10至100°C的温度下,在一部分电解质或容纳补充 物的任何其他适合的流体中的适当搅拌之后产生并存留,所述电解质优选地在振动之前静 止且不沸腾。应当注意,稀H 2S04(1.2 50sg)在NTP下在109. 2°C左右沸腾。储能电池中的 电极的存在逐渐耗尽补充物的电解质。因此,补充物的累积典型地通过在所述程序之前适 合的一段时间内分离或去除电极来促进。本发明的补充物在负电极中的存在可以通过在评 价程序之前适合的一段时间去除所有正电极来确定,此后通过一般地根据以上所述的方法 由振动所引起的泡沫来证实。
[0063] 已经发现,在没有任何诱导泡沫的特性的情况下,可以没有金属累积抑制。认为起 泡证实了补充物分子与气体相互作用的能力,因此是有效浓度的补充物存在的证据但起泡 本身对效果没有一点贡献。甚至仅可察觉的起泡是有用的活性标志。
[0064] 现在描述用于本发明的可充电电化学消耗能量的电池的、包含本发明的抑制金属 累积的补充物的足够量的电解质的制备。特别地,在下面描述的电池14中,首先是打算用 于本发明的储能电池或掺入本发明的储能电池中的补充物-掺入方面的大约100立方厘 米外部三维尺寸部分的提取:清洗以去除表面污垢并干燥,然后将提取部分分成尺寸为大 约10毫米或更小的适合片段,将干燥片段置于1. 5至2升的玻璃瓶或惰性塑料瓶中并加入 150毫升常规强度的储能电池 H2SO4电解质,例如I. 250SG。本发明的电解质需要浸湿一段 时间并偶尔搅拌。所述瓶是封闭的并储存在约30至40°C下。每天一次通过手动垂直上下 剧烈震动所述瓶约10秒。通过重复足够的天数(很少超过7天),所述震动在电解质的表 面上产生泡沫,伴随每次连续的震动起泡逐渐增加,优选地直到泡沫保持优选地高达5秒, 最优选地5至10秒,然而,在震动结束时,优选地不远远多于10秒并且最优选地不多于3 分钟或更长时间。(如果泡沫持续3-5分钟,则补充物的浓度很可能在工作最佳量以上大约 10至100倍。在电解质中的补充物的令人满意的浓度为约l-2ppm。使用普通电解质稀释 可以是过量浓度的适当补救。可选择地,液体部分可以被丢弃并且短暂重复浸湿。)这表示 在常规驱动汽车的储能电池情况下,补充物转移到电解质中的公平模拟。起泡一般在储能 电池中不可察觉,原因是补充物的产生泡沫的成分在释放时和当释放时在负电极处的吸附 和在正电极处的氧化,从而提供泡沫衰减。吸附很可能受到限制,氧化很可能持续进行。与 这些电解的分离促进了泡沫产生。
[0065] 用于驱动室内和室外汽车的串联连接的大的可充电电化学储能电池通过递送电 流的铁共振或高电抗变压器和整流器、硅控整流器或高频晶体管电源转换器进行充电,所 述电流在电池完全放电时被阻止破坏性上升,而当电池接近完全充电状态时继续流动。这 通过电流控制来实现。对于充电器可行的是,向充电的端部供给逐渐变小的电流,但更优选 的是在2. 35伏的每个电池电势处放气开始之后,在适合的一段时间内供给可控恒电流完 成速率。气体逸出伴有电镀。用于评估电镀程度的操作方面和手段实际上通过以下描述的 装置来例证。
[0066] 商业储能电池使用限制到最小可用体积的电极装配体制备,电极装配体由经历 微粒从负电极和正电极不可预知的脱落的材料构建,使得极端难以评估负电极的前后质 量并在沉积部位点区分负沉淀物与正沉淀物。出于评价目的,电池构建的方式需要拆卸 (tear-down)。这是使得本发明的装置效力的准确评价高度不可能的不适合形式的构建和 破坏性方法两者。用于评价的电池必须离开实际的必要性,有目的制作。
[0067] 参照图1,其显示了类似于连接到充电装置的可充电电化学储能电池的电化学装 置10的电学示意图,装置10包括恒电流源12、第一电池14和第二电池16,恒电流源12典 型地为调节以递送在典型地但不是唯一地不超过10伏的电势下的稳定的50毫安电流的电 子调控试验台电源。电池14包含具有100毫升分配体积的电解质18而电池16包含具有 100毫升分配体积的电解质20。分配体积可以为100至125毫升之间的任何体积,条件是 电池14和16接收基本上相同体积的电解质18和20。电解质18和20是从相同来源容器 获取的常规储能电池 H2SO4电解质。电池14包括正电极22而电池16包括基本上相同的正 电极24,电极22和24通过导体34和导体36彼此电连接。电池14包括负电极26或处理 电极,而电池16包括本上相同的负电极28或对照电极,电极26和28通过导体38和导体 40彼此电连接。在电镀装置10的运行过程中,电极22和26被浸没在电解质18中,而电极 24和28被浸没在电解质20中。成对的电极22和26以及成对的电极24和28的浸没部分 基本上对称放置并且在其最接近于实际上且有效地使电场相等处基本上相等地分开18毫 米。电池14和16的构建一般对应于在不意图中显不的布局。
[0068] 电极26和28各自合宜地且优选地被构建成将用于焊接的、水管工通常使用类型 的97% Sn导线(40毫米长度、2毫米直径)浸没在其相关的电解质中。电极22和24可以 由包括Cd、Cu、Pb和Sb的其他金属单独地或组合构建。Sn导线对于用作负电极材料是优 选的,因为其表面具有在空气中不变灰的明亮的金属光泽,以及因为在-〇. 1375V下,其比 任何其他金属更紧密地类似于在〇. 1262伏下的Pb的电化学电势。电极26和28在掺入电 池14和16中之前在丙酮中清洗并使用普通薄纸擦亮。
[0069] 电源12提供了在50毫安下基本保持恒定的在导体30和32中流动的电流。递送 的电流的值可以是基本保持恒定的50毫安的5%内的任何值。在导体34中流动的电流加 上在导体36中流动的电流等于在导体30中流动的电流。类似地,在导体38中流动的电流 加上在导体40中流动的电流等于在导体32中流动的电流。通过导体34和38出现的电压 始终等于通过导体36和40出现的电压。因此,电池14和电池16始终经受相同的电势。 该电路布置是放大电路的"长尾对"的电化学衍生物,Blumlein的英国专利482, 740(1936 年)。
[0070] 通过恒电流源12的电流递送被抑制直到电池 14已经接收完全量的100毫升电解 质18且电池 16已经接收完全量的100毫升电解质20。电池 14和16通过手动同时倒入 接收其总体积的电解质。电解质18和20来源于相同容器。实施例1的电解质18通过以
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