Электроде со знаком повторно заряжен базовые

перезаряжаемый положительный электрод - патент РФ - Мей-Йинг Чу (US)

сварных швов Расположение вспомогательного знака Вспомогательный Значение вспомога- При сварке на постоян- ном токе электрод, подсоединенный к находятся равные количества противоположно заряжен- ных частиц. легко происходит повторное возбужде- ние дуги в каждом полупериоде. в полимер-модифицированных электродах, инжекция заряда в пленку .. Заряженный фрагмент из четырех пиррольных колец может дви- гаться вдоль впрыскивании в нее заряда того или иного знака и компенсации этого качестве базовых при уяснении возможностей применения различных. По возможности или невозможности повторного использования слоя равен заряду металла, но имеет противоположный знак. Анодом при электролизе называется положительно заряженный электрод,на котором протекает.

Устройство для электротерапии

В соответствии с направлением движения газового потока фильтры подразделяют на горизонтальные и вертикальные. По форме осадительных электродов различают электрофильтры пластинчатые, трубчатые и иногда шестигранные. В зависимости от числа последовательно расположенных полей электрофильтры бывают однопольные и многопольные, а в зависимости от числа параллельно работающих секций — односекционные и многосекционные. По способу удаления осаждающихся на электродах частиц различают сухие и мокрые электрофильтры.

В сухих электрофильтрах осевшие на электродах частицы удаляют при помощи механизмов встряхивания; под действием сил тяжести они осыпаются в бункера с последующим удалением из аппарата. В мокрыхэлектрофильтрах оседающие на электродах частицы смываются водой.

Поскольку в процессе зарядки некотораячасть пыли приобретает положительный заряд и осаждается на коронирующих электродах, их также снабжают механизмами встряхивания или обмывания водой. Для обозначения ряда конструктивных элементов этих аппаратов используются специальные термины, которые к настоящему времени утвердились в научно-технической литературе.

Активная зона электрофильтра может быть разделена по ходу движения газа на несколько частей полейимеющих автономные коронирующие электроды. Высота электродов и длина подобного поля в пределах активной зоны называются, соответственно, активной высотой и активной длиной поля. Сумма активных длин всех полей составляет активную длину электрофильтра, свободное сечение активной зоны называется активным сечением. Длина всех элементов коронирующих электродов в активной зоне составляет активную длину коронирующих электродов, а суммарная поверхность осадительных электродов в ней — поверхность осаждения.

Сухие электрофильтры, как правило, состоят из нескольких расположенных последовательно по ходу газа ячеек с автономным электрическим питанием. Установленные в ячейках системы осадительных и коронирующих электродов образуют самостоятельные электрические поля.

В зависимости от числа полей электрофильтры называются однопольными, двухпольными, трехпольными и. В последнее время для интенсификации работы электрофильтров начинают применять конструкции, в которых электрические поля одного аппарата снабжают осадительными и коронирующими электродами различной формы и неодинаковыми разрядными расстояниями.

Коронирующие электроды в электрофильтрах могут представлять собой круглый или квадратный в сечении провод, гладкий или снабженный острыми кромками, иглами для обеспечения фиксированных точек коронного разряда рис. Взависимости от типа осадительных электродов в настоящее время применяют два основных типа электрофильтров: В трубчатых электрофильтрах запыленный газ пропускают по вертикально расположенным трубам диаметром — мм, по оси которых натянуты коронирующие электроды — провода диаметром 2—4 мм.

Осадительными электродами служат сами трубы, на внутренней поверхности которых и оседает основная масса уловленной пыли. Трубчатые электрофильтры широко используются при улавливании аэрозолей и туманов. Примером мокрого трубчатого электрофильтра является электрофильтр БВК с повышенной напряженностью электрического поля рис.

Этот электрофильтр используется для улавливания тумана серной кислоты. В пластинчатых электрофильтрах используются осадительные электроды нескольких основных типов рис. К сожалению, пыль при отряхивании в карманы не попадает и частично уносится потоком. Высота этих жестких электродов, получивших сейчас наибольшее распространение в горизонтальных электрофильтрах, достигает 12,2 м.

Следует отметить, однако, что поверхность С-образных электродов узкополосного и широкополосного используют недостаточно эффективно из-за наличия экранированных участков, а также неудовлетворительного расположения игл коронирующих элементов по отношению к выступам и впадинам осадительных электродов. Поэтому С-образные электроды заменяют более рациональными, профиль которых показан на рис.

Такие широкополосные мм электроды без экранированных участков устанавливаются в усовершенствованных электрофильтрах. Электроды должны выполнять следующие основные функции: Следовательно, осадительные электроды должны быть гладкими, но с плавными выступами, защищающими пылевой слой от эрозии газовым потоком. Эти выступы не должны иметь острых кромок во избежание обратной ионизациирасполагать их следует вдали от игл коронирующих электродов во избежание пробоя так, чтобы они обеспечивали надлежащую жесткость при ударах, прямолинейность и устойчивость формы при повышенной температуре.

Эффективность осаждения в электрофильтре в значительной степени зависит не только от правильного раздельного выбора коронирующего и осадительного электродов, но главным образом от надлежащего сочетания геометрических форм и взаимного расположения элементов обоих электродов, а также их электрических характеристик с учетом аэродинамических особенностей. Пластинчатые осадительные электроды используются как в вертикальных, так и в горизонтальных электрофильтрах.

Примером вертикальных пластинчатых электрофильтров может служить электрофильтр типа УВ.

Конструкции электрофильтров

Электрофильтры УВ — вертикальные, однопольные, многосекционные аппараты в стальном сварном корпусе. Разработано пять типоразмеров электрофильтров УВ в двухсекционном и трехсекционном исполнении с сечением каждой секции 10, 16 и 24 м2. Общий вид электрофильтра УВ-2Х24 показан на рис. Унифицированныеэлектрофильтры УВ предназначены для очистки дымовых газов и аспирационного воздуха в следующих основных отраслях промышленности: Осадительные электроды набираются из С-образных широкополосных элементов.

Коронирующие электроды выполнены из ленточно-зубчатых элементов, натянутых втрубчатых рамках. Так, например, процедура, включающая окунание подложки в суспензию, не подходит для целей настоящего изобретения. Согласно настоящему изобретению предпочтительная операция образования пленки включает 1 помещение на подложку через неподвижное трубчатое устройство или структуру, временно создающую камеру над подложкой, 2 распределение размазывание посредством стержня Маера и 3 распределение посредством ракели.

Помещение через неподвижное трубчатое устройство показано на фиг. Трубка предпочтительно сделана из инертных материалов, например это стеклянная трубка. Она должна иметь гладкий нижний край, чтобы обеспечивался хороший контакт и разумно непроницаемое уплотнение с подложкой Порция суспензии, достаточная для покрытия областиподается через верхний край трубки Пленка суспензии может также быть нанесена посредством распределения.

При непрерывном изготовлении, равно как и при изготовлении отдельными партиями, для нанесения тонкого слоя суспензии на движущийся лист подложки может использоваться ракель, как это подробнее объяснено ниже.

Кроме того, пленка суспензии может наноситься процессами ламинирования или печати, как, например, трафаретной печати, аналогичной шелкографии. Независимо от того, каким образом нанесена пленка суспензии, она должна иметь начальные размеры, например толщину, обеспечивающие быстрое высушивание.

Ее толщина будет, разумеется, зависеть от таких факторов, как концентрация суспензии и летучесть жидкости. Кроме того, толщина пленки суспензии должна быть выбрана таким образом, чтобы получались электроды толщиной, необходимой для применения в соответствующих батареях.

Например, для применения в маломощных батареях с высокой энергоемкостью, например, для задатчиков скорости могут использоваться более толстые электроды, например до нескольких миллиметров. Напротив, для батарей большой мощности, таких как батареи для мощных инструментов или гибридных экипажей, следует использовать более тонкие электроды, например толщиной не более мкм.

Следует отметить, что электроды соответствующей толщины для маломощных применений могут получаться ламинированием двух или нескольких более тонких электродов.

При этом можно избежать проблемы замедленной сушки толстых электродов. Подложка, на которую наносится суспензия, предпочтительно является коллектором тока, например листом нержавеющей стали, алюминия, меди, титана, металлизированного PET или другим проводящим материалом, не вступающим в реакцию в рабочих условиях ячейки.

Подходящие коллекторы тока могут иметь также форму проката, экранов, сеток, вспененных структур и. В других формах осуществления подложка может представлять собой лист инертного материала, не адгезивного по отношению к высушенному электродному материалу. Одним из таких материалов, подходящих для подложки, является материал, известный под товарным знаком "Teflon". После того, как электродная пленка высушена, она снимается с такой подложки и затем приводится в контакт с коллектором тока из одного из описанных выше материалов.

Контакт с коллектором тока может быть обеспечен горячей прессовкой, обжатием и. Кроме того, коллектор тока может быть сформирован непосредственно на материале электрода путем распыления, набрызгивания или иным способом, известным специалистам в данной области техники. Способ образования электрода завершается операцией сушки операция на фиг.

В процессах изготовления по порциям она предпочтительно осуществляется в две стадии: Получаемый слой электрода с активной серой обычно имеет плотность от 0, до 0, грамм на квадратный сантиметр. Теперь со ссылкой на фиг. Как показано на фиг. Суспензия помещается на движущийся лист подложкипроходящей под ножомобразующим тонкий равномерно распределенный слой суспензии на подложке Нижний край ножа и подложка должны так отстоять один от другого, чтобы слой суспензии имел толщину, обеспечивающую быструю сушку, как это описано выше.

Лист подложки - который в непрерывном процессе приводится в движение барабаном - может быть сделан из множества подходящих материалов, включающих гибкий тефлон или любой другой отъединяемый агент.

Кроме того, подложкой может служить материал, который намереваются включить в состав получаемого электрода. Например, в качестве подложки может использоваться металлическая фольга, металлизированный PET или экран, являющиеся коллекторами тока в конечном электроде. Подложка со слоем суспензии направляется в сушильную камеруработающую при температуре, достаточной для удаления из суспензии большинства жидкости.

Камера может содержать один или несколько сушильных элементов, например, инфракрасных и может также содержать конденсор или иную систему не показаны для сбора испаряемой жидкости суспензии. Если лист подложки не является коллектором тока, он может быть отделен от электрода или частично высушенного электрода после попадания подложки в сушильную камеру Отделение может обеспечиваться наличием отдельных приемных барабанов для подложки снаружи сушильной камеры и для получаемого электродного листа.

В другой форме осуществления электрод формируется без предварительного образования суспензии. Компоненты электрода - включая электрохимически активный изолятор, ионный проводник и электронный проводник - гомогенизируются в твердом состоянии и формируются в лист путем экструзии или каландрирования.

Однородная смесь в твердом состоянии может также наноситься на подложку накаткой, намазыванием, экструзией, насыпанием или подобными процессами.

В каждом случае смесь в твердом состоянии заставляют течь под воздействием нагрева или давления, и результирующая вязкая или вязкоэластичная смесь проходит через фильеру, каток или лезвие. В этих формах выполнения должны использоваться PEO или иные полимерные компоненты в концентрациях, достаточных для образования вязкого или вязкоэластичного материала с параметрами, пригодными для использования в стандартной аппаратуре полимерного производства.

Подробная информация о подходящем оборудовании полимерного производства может быть найдена в книге Миддлмана "Основы полимерного производства" Fundamentals of Polymer Processing МакГроу-Хилл, Инк. Помимо процессов нанесения, включающих поток материала, в рамках настоящего изобретения может быть использована техника электростатического нанесения, подобного осуществляемому в ксерографии, напыления, конденсации, печати, ламинирования и накатки.

Далее, методы сухого нанесения, обычно используемые в резиновой промышленности, также могут быть использованы для формирования электродов согласно настоящему изобретению.

Гальванический элемент

Поскольку любая из выше упомянутых "сухих" технологий не включает суспензию, операция сушки не требуется. Таким образом, здесь имеется меньшая возможность для разделения или слипания компонентов электрода после гомогенизации. Сепараторы электролита и жидкие электролиты Сепаратор электролита для ячейки батареи твердотельного типа с положительным электродом согласно настоящему изобретению работает как разделитель положительного и отрицательного электродов и как транспортирующая среда для ионов металла.

Как определено выше, материал такого сепаратора электролита предпочтительно должен быть электрохимически стабильным изолятором для электронов и проводником для ионов. Если ячейка батареи изготавливается в твердотельном виде, все компоненты должны быть либо в твердом, либо в гелеобразном состоянии и никакой из них не должен быть в жидком состоянии.

Апротоновые органические жидкости, используемые в сепараторах электролита согласно настоящему изобретению, также как и жидкие электролиты согласно настоящему изобретению предпочтительно имеют относительно низкий молекулярный вес, например меньше, чем Для сепараторов электролита и жидких электролитов ячеек батарей, имеющих положительный электрод согласно настоящему изобретению, могут использоваться смеси апротоновых органических жидкостей.

Предпочтительно апротоновые органические жидкости в ячейках батарей, имеющих положительный электрод согласно настоящему изобретению, в числе других апротоновых органических жидкостей включают сульфоланы, диметил сульфоны, диалкил карбонаты, тетрагидрофураны THFдиоксоланы, пропилен карбонаты PCэтилен карбонаты ECдиметил карбонаты DMCбутиролактоны, N-метилпиролидиноны, тетраметилуретаны, глюмины, эфиры, кровн-эфиры, диметоксиэтаны DME и комбинации этих жидкостей.

Для ячеек батарей, включающих положительный электрод согласно настоящему изобретению, содержащих жидкий электролит, в которых отрицательный электрод является углеродосодержащим, электролит также является апротоновой органической жидкостью, как она описана выше.

Соответствующий тип ячеек предпочтительно также содержит в жидком электролите сепаратор, как описано выше. Примером твердотельного сепаратора электролита в комбинации с настоящим изобретением является керамический или стеклообразный сепаратор электролита, практически не содержащий жидкости. Такой твердотельный керамический сепаратор электролита предпочтительно содержит материал бета-глиноземного типа, назиконовое или лизиконовое стекло или керамику.

Твердотельный сепаратор электролита может содержать натриевое соединение бета-глинозема или любой подходящий полимерный электролит, такой как полиэфиры, полиимины, политиоэфиры, полифосфазены, полимерные смеси и. Предпочтительные полиэфиры - это полиалкилен оксиды, еще более предпочтительным является полиэтилен оксид. Возможный, но не обязательный пример электролитической соли для ячеек батарей, содержащих положительный электрод согласно настоящему изобретению, включает, например, трифлюорометаносульфоимид лития LiN CF3SO2трифлет лития LiCF3SO3перхлорат лития LiClO4LiPF6, LiBF4, LiAsF6, равно как и соответствующие соли в зависимости от выбора металла для отрицательного электрода, например соответствующие соли натрия.

Отрицательный электрод Для ячеек твердотельных батарей, содержащих положительный электрод согласно настоящему изобретению, отрицательный электрод может содержать любой металл, смесь металлов или углеродный или металлоуглеродный материал, способный функционировать в качестве активного компонента отрицательного электрода в комбинации с вышеупомянутым положительным электродом с активной серой.

Предпочтительные материалы для таких отрицательных электродов для ячеек твердотельных батарей включают также смеси натрия или лития с одним или более элементами, образующими бинарные или тройные сплавы, такие как Na4Pb, литий-кремниевые и литий-алюминиевые сплавы.

Особо предпочтительным металлом для отрицательного электрода является натрий, или по крайней мере сплавы на основе натрия то есть содержащие не менее 90 весовых процентов натрияиз-за его низкой стоимости, малого эквивалентного веса и относительно низкой точки плавления в 97,8oC.

Однако можно использовать, как описано, другие щелочные металлы, такие как Li или K, или их смеси с Na для оптимизации системы в целом. Также предпочтительные материалы для отрицательного электрода для ячеек твердотельных батарей, содержащих положительный электрод согласно настоящему изобретению, включают углерод, углеродонасыщенные литий или натрий и смеси углерода с натрием или литием.

Предпочтительными являются LiyC6 где y имеет значения от 0,3 до 2например LiC6, отрицательный электрод, содержащий графит или нефтяной кокс, например, соединения с включением графита GICsи углерод, включенный в высоко неупорядоченные углеродные соединения. Углеродные включения могут быть такими, в которых часть углерода сплавлена с бором, или в которых углерод получен низкотемпературным пиролизом около oC полимеров, содержащих углерод или углерод-кремний, когда углеродный продукт сохраняет некоторое количество водорода или кремния или и того и другого см.

Для ячеек жидкостных батарей, использующих положительный электрод согласно настоящему изобретению, отрицательным электродом является углерод, углеродонасыщенные литий или натрий и смеси углерода с литием или натрием, как это описано выше применительно к твердотельным батареям, включая предпочтительные версии таких углеродосодержащих электродов.

Для любого вида батарей, если отрицательный электрод содержит только углерод, ячейка находится в теоретически полностью разряженном состоянии, а положительный электрод включает сульфиды или полисульфиды лития или натрия. Ячейки батарей Ячейки батарей, содержащие композитный положительный электрод на основе серы согласно настоящему изобретению, могут иметь обычные конструкции, как они описаны в литературе, например в патентах США ДеЛонг и др.

Понимается, что такие обычные конструкции описаны здесь посредством ссылок. Новые ячейки батарей, включающие настоящее изобретение, предпочтительно вторичные ячейки, более предпочтительно тонкопленочные вторичные ячейки, могут выполняться любым из хорошо известных в уровне техники методов. Отрицательный электрод может быть пространственно отделен от положительного серного электрода, и оба электрода могут находиться в физическом контакте с обладающим ионной проводимостью сепаратором электролита.

Коллекторы тока находятся в нужном контакте как с положительным, так и с отрицательным электродом, обеспечивая выход тока во внешнюю цепь. Требуемые конструкции батарей могут быть получены известными методами соединения компонентов ячеек и самих ячеек; с использованием настоящего изобретения может быть получена любая из известных конфигураций.

Конкретные структуры будут зависеть от предполагаемого применения блока батарей. Общая схема новых ячеек твердотельных батарей согласно настоящему изобретению может включать коллектор тока, находящийся в контакте с отрицательным электродом, и коллектор тока, находящийся в контакте с положительным электродом, а также твердый сепаратор электролита, зажатый между отрицательным и положительным электродами.

В типичной ячейке все компоненты заключены в соответствующий корпус, например, из пластика, причем только коллекторы тока выходят наружу. Таким образом, реакционные элементы, такие как натрий или литий, содержащиеся в отрицательном электроде, а также другие элементы ячейки оказываются защищенными. Коллекторы тока могут представлять собой листы проводящего материала, например алюминиевые или из нержавеющей стали, которые практически не испытывают изменений при разряде и заряде ячейки и которые обеспечивают электрический контакт с положительным и отрицательным электродами ячейки.

Пленка положительного электрода может быть соединена с коллектором тока путем прямого нанесения на него или напрессованием электродной пленки на коллектор тока. Смеси положительного электрода, нанесенные непосредственно на коллекторы тока, предпочтительно имеют хорошее соединение с. Пленки положительного электрода могут также быть скреплены или напрессованы на увеличенные металлические листы. Иначе, металлические проводники могут быть подсоединены к пленке положительного электрода поджатием, распылением металла, напылением или другими известными специалистам методами.

Положительный электрод на основе серы может быть прижат к сепаратору электролита, зажатому между электродами. Для обеспечения хорошей электропроводности между положительным электродом и металлическим контейнером можно использовать матрицу с электронной проводимостью, например угольные или алюминиевые порошки или нити.

Наиболее предпочтительное выполнение ячейки батареи включает твердый литиевый или натриевый электрод, полимерный сепаратор электролита или в твердом или в гелеобразном состоянии, предпочтительно полиалкилен оксид, например полиэтилен оксид, и тонкопленочный композитный положительный электрод, содержащий элементарную серу то есть в теоретически полностью заряженном состоянии и углеродную сажу, диспергированную в полимерном электролите. Сепаратор электролита в подобной предпочтительной ячейке батареи может включать электролитическую соль.

Рабочие температуры Рабочей температурой ячеек батарей, включающих новый положительный электрод согласно настоящему изобретению, является oC или ниже.

Предпочтительный интервал рабочей температуры зависит от характера применения. Наиболее предпочтительные для большинства применений ячейки с использованием настоящего изобретения работают при температуре окружающей среды или превышающей. Разные формы воплощения настоящего изобретения могут предусматривать разные предпочтительные интервалы рабочих температур. На выбор предпочтительного интервала рабочих температур батарей, включающих положительный электрод согласно настоящему изобретению, может повлиять выбор электролита.

Гелевые батареи также предусматривают работу при пониженных температурных интервалах. Для ячеек батарей, использующих положительный электрод согласно настоящему изобретению и содержащих, например, полимерные сепараторы электролита с повышенным содержанием апротоновой органической жидкости, иммобилизованной присутствием гелирующего агента, могут предусматриваться более низкие интервалы рабочих температур.

Примерным интервалом рабочих температур для твердотельной батареи, имеющей гелеобразные компоненты согласно настоящему изобретению, был бы интервал от oC до 60oC. Повышенные интервалы рабочих температур ячеек батарей на основе положительного электрода согласно настоящему изобретению могут ограничиваться температурой плавления либо твердого электрода, либо твердого электролита. Так, использование натриевых отрицательных электродов ограничивается температурой ниже 97,8oC, а электроды из сплавов натрия, например Na4Pb, могут эксплуатироваться в твердом состоянии значительно выше oC.

Хотя ячейки, имеющие удельную энергию в вышеуказанных интервалах, удобны для ряда применений, эти интервалы не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение. Пиковая и импульсная мощностные характеристики могут быть во много раз больше средней мощности. Были изготовлены ячейки с литиевыми отрицательными электродами, твердотельными или гелеобразными электролитами и положительными электродами из элементарной серы, полиэтилен оксида или модифицированного полиэтилен оксида и частиц углерода для испытания работы батарей согласно настоящему изобретению.

Конструкции электрофильтров

Примеры этих испытаний послужат дальнейшему раскрытию изобретения, но не имеется в виду, что они каким-либо образом ограничивают изобретение. Компоненты перемешивались растиранием приблизительно двое суток, пока суспензия не становилась хорошо перемешанной и однородной.

Тонкая пленка положительного электрода наносилась непосредственно на коллектор тока из нержавеющей стали и раствор оставлялся для выпаривания при температуре окружающей среды.

Получаемый положительный электрод весил приблизительно 0, грамм на квадратный сантиметр. Полимерный сепаратор электролита изготовлялся смешиванием aPEO с трифлюорометаносульфонимидом лития в котором концентрация электролитической соли с блоками мономера PEO CH2CH2O на молекулу соли была Компоненты перемешивались растиранием в течение двух часов, пока раствор не становился однородным.

Измеряемые количества сепараторной суспензии помещались в отстойник на свободную пленку и раствор испарялся при температуре окружающей среды. Получаемая пленка сепаратора электролита весила приблизительно 0, грамм на квадратный сантиметр. Схематически слои ячейки показаны на фиг. После сборки ячейка прессуется при давлении 2 фунта на квадратный дюйм и нагревается до 40oC примерно в течение 6 часов.

После нагрева слои лития, сепаратора электролита и положительного электрода хорошо связываются между. Параметры ячейки измерялись батарейным тестером Maccor Inc. Подобная процедура применялась для исключения возможности загрязнения литием. Циклы ячейки осуществлялись при постоянной емкости, соответствующей выходу мА ч на грамм активной серы пленки положительного электрода.

Как очевидно из этого графика, работа ячейки весьма стабильна. Полученная кривая разряда показана на фиг. Твердотельная ячейка с гелеобразными компонентами: Используемый сепаратор электролита представлял собой гель, приготовленный в герметичной операционной камере во избежание напитки влагой и кислородом.

Смесь перетиралась несколько минут и затем отстаивалась 24 часа, чтобы компоненты абсорбировались кунаром. Смесь вновь перетиралась в течение нескольких минут для гомогенизации компонентов и затем нагревалась до 60oC в течение одного часа.

Пленки сепаратора электролита помещались на свободную пленку и раствор THF испарялся в условиях окружающей среды. Получаемая ячейка, содержащая пленку положительного электрода, пленку гелеобразного сепаратора электролита и литиевый отрицательный электрод, испытывалась при тех же условиях, что и ячейка, описанная в примере 2. Общая емкость, выделяемая этой пленкой, также превышала мА ч на грамм активной серы.