авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Тепловой разгон в щелочных аккумуляторах: закономерности и технологические рекомендации

-- [ Страница 3 ] --

В седьмом разделе предложен возможный механизм теплового разгона. Случайному расположению пятен прогорания сепаратора на электродах отвечает явление случайного возникновения и роста дендритов на кадмиевом электроде в процессе циклирования аккумуляторов. Данные дендриты могут прорастать через сепаратор и, тем самым, сильно уменьшать расстояние между электродами в этих местах. Это приводит к тому, что при заряде аккумуляторов в таких местах плотность тока заряда многократно повышается по сравнению с другими участками электродов, а это, в свою очередь, приводит к сильному разогреву локальных мест на обоих электродах аккумулятора и к интенсивному выделению водорода. Выделяющийся активный, по всей вероятности, атомарный водород начнет восстанавливать гидроксиды никеля, то есть как бы "гореть" на оксидно-никелевом электроде, согласно реакции:

2NiOOH + 3H2 = 2Ni + 4H2O. (1)

Процесс "холодного горения" будет распространяться от точки расположения дендрита по радиусу. Реакция (1) выделяет большое количество тепла, сравнимое с теплом, выделяемым при горении водорода в кислороде, то есть порядка 242 кДж/моль.

В восьмом разделе на базе метода структурного моделирования процессов в щелочных аккумуляторах предложено полуэмпирическое уравнение, описывающее изменение тока заряда в процессе теплового разгона.

В девятом разделе на базе полученных теоретических и экспериментальных результатов даются рекомендации по предотвращению или блокированию процесса теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах. Рекомендации относятся как к возможным конструктивным изменениям в аккумуляторах, так и к режимам их эксплуатации. Основными из них являются:

1. Конструктивные изменения, связанные с имитацией ламельных электродов, неподверженных тепловому разгону, используя для этого дополнительную перфорированную металлическую фольгу на электродах или их металлизацию, как предлагал Теньковцев В. В.

2. Заряд аккумуляторов переменным асимметричным током, что позволяет уменьшить или полностью исключить процесс дендритообразования на кадмиевом электроде и выделение водорода при заряде.

3. При работе в буферном режиме или в случае заряда при постоянном напряжении необходимо контролировать температуру аккумулятора (не выше 45 0С), ток заряда, не допуская увеличения и т.д.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате циклирования никель-кадмиевых аккумуляторов НКБН-25-У3, НКБН-40-У3, НКГ-8К, НКГ-50СА установлено:

- тепловой разгон в щелочных аккумуляторах - явление редкое, так как из 2560 выполненных зарядно-разрядных циклов тепловой разгон наблюдался только в 8 случаях;

- во всех случаях теплового разгона аккумуляторы имели сроки эксплуатации больше пяти лет при гарантийном сроке службы в три года, следовательно, вероятность появления теплового разгона увеличивается с ростом срока эксплуатации батарей;

- во всех случаях наблюдения теплового разгона заряд аккумуляторов выполнялся при напряжениях (1,87 В, и 2,2 В), что значительно превышает среднее напряжение эксплуатации данных аккумуляторов на объекте (1,35- 1,5 В), следовательно, вероятность возникновения теплового разгона повышается с ростом напряжения заряда аккумуляторов;

- в процессе теплового разгона ток заряда резко возрастает до очень больших значений 6Q-14Q (Q - номинальная емкость аккумулятора), а затем резко падает, вследствие выкипания электролита и возрастания внутреннего сопротивления аккумулятора;

- процесс теплового разгона может возникать неоднократно и спонтанно в течение одного заряда, при этом ток заряда то возрастает, то убывает, причем всплеск тока, соответствующий первому тепловому разгону, значительно больше всплесков, соответствующих последующим тепловым разгонам, так как при первом запуске теплового разгона электролит из-за большой температуры практически полностью испаряется из аккумулятора, оставаясь, только в порах сепаратора и электродов.

2. В случае циклирования никель-кадмиевых аккумуляторов с ламельными электродами 3ШНК-10-05, КН-10 и с электродами в толстых сепараторах 3ШКНП-10М-05 и 2КНБ-2 тепловой разгон не наблюдался, хотя было выполнено 2500 зарядно-разрядных циклов, что указывает на маловероятность или невозможность возникновения теплового разгона в аккумуляторах данных конструкций.

3. Результаты теплового разгона никель-кадмиевых аккумуляторов НКБН-25-У3, НКБН-40-У3, НКГ-8К, НКГ-50СА следующие:

- из аккумуляторов выделяется большое количество газовой смеси, состоящей на 70-77 % из газа, на 23-30 % из водяного пара;

- состав газа: водорода 85-95 %, кислорода 4,5-14 %, прочих газов менее одного процента;

- в результате теплового разгона сепаратор прогорает в отдельных местах, которые имеют вид правильных кругов различного диаметра, расположенных по поверхности электродов случайным образом, следовательно, тепловой разгон - локальное явление.

4. Термическим разложением электродов показано, что в электродах аккумуляторов еще до теплового разгона присутствует очень большое количество водорода. В аккумуляторе НКБН-25-У3 - примерно, 805 л водорода. В аккумуляторе НК-125 - 4810 л водорода. В батарее 3ШКНП-10-05 - 310 л в одном аккумуляторе. В аккумуляторе ТЖН-250-У2 - 10500 л водорода. Газовая смесь, выделяющаяся в результате термического разложения как кадмиевого, так и оксидно-никелевого электродов, состоит, в среднем, на 99 % из водорода, на 0,7% из кислорода и на 0,3 % из прочих газов. С ростом температуры разложения скорость газовыделения возрастает.

5. Термическим разложением электродов аккумуляторов с разным сроком эксплуатации показано, что водород накапливается в оксидно-никелевом и кадмиевом электродах по мере эксплуатации аккумуляторов.

6. Растворением гидроксидов никеля оксидно-никелевого электрода в серной кислоте с образованием растворимой соли показано, что в активном веществе оксидно-никелевого электрода нет водорода ни в связанном, ни в интеркалированном виде.

7. Электрохимическим и химическим травлением никелевой матрицы оксидно-никелевого электрода аккумулятора НКБН-25-У3 показано, что он состоит из двух фаз - металлического никеля и металлогидрида никеля, находящихся примерно в равных весовых долях. Таким образом, водород накапливается в матрице оксидно-никелевого электрода в виде металлогидрида. Полученный металлогидрид никеля - прочное соединение, не разлагающееся в соляной кислоте и не подверженное электрохимическому растворению. Он имеет вид мелких кристаллов серого цвета с металлическим блеском.

8. Проанализирован энергетический баланс теплового разгона и установлено, что тепловой разгон сопровождается мощной экзотермической реакцией с большим выделением тепла. Предложен возможный механизм теплового разгона, удовлетворяющий полученным экспериментальным данным.

9. Разработаны практические рекомендации, позволяющие элиминировать тепловой разгон во время эксплуатации аккумуляторов. Они касаются как конструктивных изменений в аккумуляторах (металлизация электродов, использование металлизированных промежуточных сепараторов и т.д.), так и режимов эксплуатации аккумуляторов (применение асимметричного тока в процессе эксплуатации аккумуляторов и т.д.).

10. На основании разработанных практических рекомендаций предложены режимы заряда щелочных аккумуляторов переменным асимметричным током. Производственные испытания данных режимов в ЗАО "Гуковуголь" и ООО ЦОФ "Шолоховская" для аккумуляторов 3ШКНП-10М показали, что газовыделение сокращается в среднем в 45-50 раз, срок службы увеличивается в 1,5-2 раза. Экономический эффект от внедрения: 4,5 млн. руб. и 2 млн. руб. в год.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

  1. Галушкина Н. Н., Галушкин Д. Н., Галушкин Н. Е. Нестационарные процессы в щелочных аккумуляторах: монография. – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2005. – 107 с.
  2. Галушкина Н. Н., Галушкин Н. Е., Галушкин Д. Н. Исследование процесса теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах // Электрохимическая энергетика. – 2005. – Т. 5, № 1. – С. 40 – 42.
  3. Галушкин Н. Е., Галушкина Н. Н. Анализ эмпирических зависимостей, описывающих разряд щелочных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2005. Т. 5, № 1. С. 43 50.
  4. Галушкина Н. Н., Галушкин Д. Н. Накопление водорода в никель-кадмиевых аккумуляторах и процесс теплового разгона // Электрохимическая энергетика. – 2005. – Т. 5, № 3. – С. 206 – 208.
  5. Галушкина Н. Н. Анализ теплового разгона в аккумуляторах НКБН-25-УЗ // Успехи современного естествознания. – 2005. – № 1. – С. 23 – 24.
  6. Галушкин Д. Н., Галушкина И. А., Галушкина Н. Н. Компьютерное моделирование нестационарного процесса теплового разгона // Фундаментальные исследования. – 2005. № 4. – С. 61 62.
  7. Галушкина И. А., Галушкин Д. Н., Галушкина Н. Н. Компьютерное моделирование распределения тока по глубине пористого электрода для уменьшения дендритообразования // Фундаментальные исследования. – 2005. № 4. – С. 62 63.
  8. Галушкин Д. Н., Галушкина Н. Н. Структурное моделирование процесса саморазряда в щелочных аккумуляторах // Электрохимическая энергетика. – 2006. Т. 6, № 1. – С. 33 35.
  9. Галушкина Н. Н., Галушкин Д. Н. Структурная модель щелочного аккумулятора. Релаксационная поляризация // Электрохимическая энергетика. – 2006. Т. 6, № 1. – С. 36 38.
  10. Галушкин Д. Н., Галушкина Н. Н. Дискретная модель разряда щелочного аккумулятора // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. – 2006. № 2. – С. 68 73.
  11. Галушкина Н. Н., Галушкин Д. Н. Моделирование теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. – 2006. – № 2. – С. 73 – 76.
  12. Galushkin D. N., Galushkina N. N. The Investigation of Thermal runaway in Nickel-Cadmium Accumulators // Journal of European Academy of Natural History. – 2006. – № 2. P. 138 141.
  13. Galushkina N. N., Galushkin D. N. Hydrogen accumulation in nickel-cadmium accumulators // Journal of European Academy of Natural History. – 2006. – № 2. P. 141 143.
  14. Кукоз Ф.И., Галушкина Н. Н., Галушкин Д. Н. Процесс релаксации напряжения после заряда щелочного аккумулятора // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. – 2006. прил. к № 2. – С. 87 91.
  15. Кукоз Ф.И., Галушкин Д. Н., Галушкина Н. Н. Процессы релаксации газовыделения при термическом разложении электродов никель-кадмиевого аккумулятора // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. – 2006. прил. к № 2. – С. 91 95.


Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.