CC BY
8
Язвинская Н.Н. ®
Доцент, к.т.н., ФГБОУ ВО ДГТУ лаборатория электрохимической и водородной энергетики
АНАЛИЗ НАКОПЛЕНИЯ ВОДОРОДА В ЭЛЕКТРОДАХ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
В работах [1-13] показано, что в результате теплового разгона из никель-кадмиевых аккумуляторов выделяется большое количество водорода.
В работах [14; 15] термическим разложением электродов было показано, что водород присутствовал в электродах этих аккумуляторов еще до теплового разгона. В данной работе исследуются возможные пути появления водорода в этих электродах. Для этого исследуются аккумуляторы SBLE 110.
Теоретически можно было бы предположить две версии появления водорода в электродах исследуемых аккумуляторов. Во-первых, водород появляется в электродах аккумуляторов вследствие некоторых технологических процессов изготовления этих электродов. Тогда в новых аккумуляторах он должен быть в таком же количестве, как и в аккумуляторах, закончивших свой срок эксплуатации. Во-вторых, водород накапливается в электродах никель-кадмиевых аккумуляторов в процессе их эксплуатации.
Аккумулятор SBLE 110, согласно инструкции по эксплуатации, необходимо заряжать током 17 А в течении 10 часов. Следовательно, данному аккумулятору сообщается 170 Ач, что превышает номинальную емкость аккумулятора SBLE 110 в 1,5 раза. Таким образом, в данном аккумуляторе при его заряде около, 60 Ач тратится на разложение воды и выделение водорода и кислорода.
Следовательно, в принципе, в результате длительной эксплуатации данных аккумуляторов в их электродах могло бы накопиться достаточное количество водорода. Если считать верным данное предположение, то тогда количество водорода, накопившееся в электродах аккумуляторов, должно зависеть от срока эксплуатации данных аккумуляторов.
Для проверки были отобраны аккумуляторы SBLE 110 со сроком эксплуатации от 0
до 6.
Установка для термического разложения электродов подробно описана в работах [1; 14]. Она представляет собой металлическую термокамеру в виде трубы длиной 1,8 м и диаметром 2 см, запаянный конец которой помещался в муфельную печь, а в другой конец вставлялась резиновая пробка с трубкой для отвода газа.
Приемник, аккумулирующий газ, представлял собой герметичную стеклянную емкость объемом V=5 л заполненную водой, в дно которой через резиновую пробку вставлялись ряд трубок: длинная трубка для подачи газа из термокамеры в верхнюю часть емкости, трубка для удаления лишней воды и трубка одного колена манометра для контроля давления собранного над водой газа.
В результате нагревания электрода в термокамере, выделяющийся из него газ частично охлаждался, проходя через стандартный змеевик, и поступал в приемник газа. По мере поступления газа в приемник давление над водой увеличивалось, что и фиксировалось манометром. Уравновешивание внутреннего давления в приемнике с атмосферным производилось путем удаления части воды из приемника в реторту. По уровню воды в реторте можно было определить объем газа, поступившего в приемник за исследуемый промежуток времени. Количественный анализ состава выделившегося газа производился с
® Язвинская Н.Н., 2016 г.
помощью объемно-оптического газоанализатора ООГ-2М. Результаты экспериментальных исследований для аккумулятора ББЬБ 110 в таблице 1.
Таблица 1.
Зависимость среднего объема выделившегося газа от времени эксплуатации при термическом разложении оксидно-никелевых и кадмиевых электродов
для аккумуляторов 8БЬЕ 110
Номер аккумулятора Срок эксплуатации, лет Тип электрода Объем выделившегося водорода, л
1 0 Ni 0
Cd 0
2 1 Ni 210
Cd 150
3 5 Ni 501
Cd 340
4 5 Ni 500
Cd 362
5 5 Ni 502
Cd 361
6 6 Ni 508
Cd 358
7 6 Ni 506
Cd 354
8 6 Ni 505
Cd 353
Таким образом, результаты проведенных экспериментов, таблицы 1 однозначно показывают, что водород накапливается в оксидно-никелевом и кадмиевом электродах по мере эксплуатации аккумуляторов, так как количество газа в оксидно-никелевом и кадмиевом электродах увеличивается с ростом срока эксплуатации аккумуляторов. Причем новые оксидно-никелевые и кадмиевые электроды не содержат в себе водорода.
Литература
1. Галушкин Н.Е., Кукоз В.Ф., Язвинская Н.Н., Галушкин Д.Н. Тепловой разгон в химических источниках тока Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2010. 210с.
2. Галушкин Д.Н., Галушкин Н.Е., Язвинская Н.Н. Тепловой разгон в никель-кадмиевых аккумуляторах //Фундаментальные исследования. 2012. № 11-1. С. 116-119.
3. Галушкин Н.Е., Язвинская Н.Н., Галушкина И. А. Возможность теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах большой емкости с ламельными электродами // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2012. № 3. С. 8992.
4. Галушкин Н.Е., Язвинская Н.Н., Галушкина И.А. Возможность теплового разгона в цилиндрических и дисковых никель-кадмиевых аккумуляторах // Химическая промышленность сегодня . 2012. № 7. С. 54-56.
5. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N., Galushkina I.A. Thermal Runaway in Sealed Alkaline Batteries // International Journal of Electrochemical Science 2014. V. 9 P. 3022 - 3028.
6. Галушкин Н.Е., Язвинская Н.Н., Галушкин Д.Н. Исследование причин теплового разгона в герметичных никель-кадмиевых аккумуляторах // Электрохимическая энергетика. 2012. Т. 12. № 4. С. 208-211.
7. Галушкин Н.Е., Язвинская Н.Н., Галушкин Д.Н. Тепловой разгон в никель-кадмиевых аккумуляторах с металлокерамическими и прессованными электродами // Электрохимическая энергетика. 2012. Т. 12. № 1. С. 42-45.
8. Галушкин Н.Е., Язвинская Н.Н., Галушкин Д.Н. Тепловой разгон в никель-кадмиевых аккумуляторах //Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки . 2013. № 2 (171). С. 75-78.
9. Галушкин Н.Е., Язвинская Н.Н., Галушкина И.А. Тепловой разгон в щелочных аккумуляторах //Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки . 2013. № 6 (175). С. 62-65.
10. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N., Galushkina I.A. Causes analysis of thermal runaway in nickel-cadmium accumulators // Journal of The Electrochemical Society, 2014. V. 161. № 9. P. A1360-A1363.
11. Галушкин Н.Е., Язвинская Н.Н., Галушкин Д.Н., Галушкина И.А. Возможность теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах фирмы Saft // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2014. № 3 (178) . С. 87-90.
12. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. The mechanism of thermal runaway in alkaline batteries // Journal of The Electrochemical Society, 2015. V. 162. № 4. P. A749-A753.
13. Галушкин Н.Е., Язвинская Н.Н., Галушкин Д.Н., Попов В.П. Исследование влияния напряжения заряда на вероятность возникновения теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах // Фундаментальные исследования. 2014. №11(6). С. 1225-1228.
14. N.E. Galushkin, N.N. Yazvinskaya, D.N. Galushkin and I.A Galushkina, Oxide-nickel electrodes as hydrogen storage units of high-capacity // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. V. 39.№ 33. P.18962-18965.
15. Galushkin N.E., Yazvinskaya N.N., Galushkin D.N. Ni-Cd batteries as hydrogen storage units of high-capacity // ECS Electrochemistry Letters. 2013. V. 2. N.1. P. A1-A2.
Работа выполнена в рамках гранта МК-4969.2016.8
