Нестационарные процессы деградации в щелочных аккумуляторах, закономерности и технологические рекомендации

Исследование возникновения и роста дендритов через сепараторы и влияние их на основные параметры аккумуляторов. Формы существования водорода в электродах. Процесс запуска теплового разгона в щелочных аккумуляторах. Методы борьбы с образованием дендритов.

Рубрика Производство и технологии
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 03.02.2018
Размер файла 143,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Анализ обоих решений позволяет утверждать, что применение переменного асимметричного тока при заряде аккумуляторов позволяет добиваться любого распределения количества прошедшего электричества по глубине пористого электрода, в том числе и равномерного распределения или распределения с максимумом в центре электрода. В случае равномерного распределения количества прошедшего электричества по глубине пористого электрода, весь электрод будет заряжаться равномерно. При таком режиме заряда отпадает необходимость в перезаряде аккумуляторов. Таким образом, теоретически можно полностью исключить газовыделение при заряде аккумуляторов. Это позволит устранить одну из причин возникновения теплового разгона, а именно накопление водорода в электродах в процессе эксплуатации аккумуляторов. В случае распределения количества прошедшего электричества по глубине пористого электрода с максимумом в центре электрода, кадмий, образующий дендриты, также будет в основном осаждаться в центре пористого электрода. Это позволит исключить рост дендритов на поверхности электродов, и тем самым исключить вторую причину возникновения теплового разгона.

В десятом и одиннадцатом разделах выполнено сравнение полученных теоретических выводов с экспериментальными данными, полученными для физической модели дендрита. В качестве физической модели дендрита была взята тонкая стеклянная трубка с платиновой проволокой, заполненная раствором и поляризуемая с торца. Платиновая проволока моделирует растущий к противоэлектроду дендрит, а стеклянная трубка ? ячейку сепаратора через которую растет дендрит. Так как кадмий плохо растворяется в щелочном электролите, то для эксперимента был выбран близкий по свойствам цинкатный электролит. КОН плотности 1,20 г см-3 с добавлением моногидрата лития 20 г·л-1 и Na2SnO3 *H2O 0,2 г·л-1, с концентрацией цинка в нем 25 г·л-1. Это стандартный электролит цинкования, который дает плотный осадок до плотностей тока 20 мА·см-2. Для количественной оценки распределения среднего тока (количества прошедшего электричества) платиновую проволоку с осажденным на неё цинком медленно и равномерно погружали в раствор того же состава, что и раствор физической модели поры. С помощью потенциостата поддерживали постоянный положительный потенциал на платиновой проволоке (рабочем электроде), относительно цинкового электрода сравнения в том же растворе, в точке входа платиновой проволоки в раствор. При этом в ячейке протекает ток, пропорциональный линейной массе осадка в точке входа проволоки в раствор и самописец, подключенный к потенциостату, рисует распределения количества осевшего цинка по длине платиновой проволоки. Данный метод чрезвычайно чувствительный он позволяет уверенно фиксировать неоднородности осадка до 0,01 мм.

На основании сравнения теоретических расчетов и экспериментальных данных можно сделать следующие обобщения:

-Макрооднородная модель пористого электрода позволяет рассчитывать распределение с точностью до 80-90 %.

-Изменяя режимы заряда на переменном асимметричном токе, можно регулировать распределение количества прошедшего электричества по длине дендрита или глубине пористого электрода, достигая нужные оптимальные распределения.

-Полученные теоретические критерии для оценки распределения позволяют заранее устанавливать нужный режим распределения.

-Используя переменный асимметричный ток можно исключить рост дендритов и даже растворять уже образовавшиеся дендриты, перемещая растворенный метал, в глубь пористого электрода.

В двенадцатом разделе проверялась возможность использования переменного асимметричного тока для борьбы с образованием дендритов на реальном оксидно-цинковом электроде. Получены следующие результаты.

При малых плотностях тока заряда оксидно-цинкового электрода (менее 10 мА.см-2), дендриты на нем не образуются. Это соответствует теоретическим исследованиям, так как в этом случае ток более-менее равномерно распределяется по глубине пористого электрода. С возрастанием поляризующего тока глубина его проникновения уменьшается и, следовательно, большая часть поляризующего тока сосредотачивается на поверхности. Это и приводит к росту дендритов.

При средних плотностях тока заряда оксидно-цинкового электрода (10 мА.см-2<J<50 мА.см-2), на нем интенсивно образуются дендриты. Однако если использовать для заряда данного электрода переменный асимметричный ток (Tk=Ta=0,01с ), Qk/Qa=1,66, то дендриты на нем не образуются вплоть до плотностей тока заряда 50 мА.см-2.

Чтобы дендриты не образовывались как при средних плотностях тока заряда, так и при высоких необходимо соблюдать полученные ранее теоретические критерии оптимального распределения среднего тока по глубине пористого электрода.

Используя переменный асимметричный ток всегда можно растворить уже образовавшиеся дендриты.

В тринадцатом разделе проверялась возможность использования переменного асимметричного тока для борьбы с дендритами в реальном НК аккумуляторе. Получены следующие результаты.

Если заряжать НК аккумуляторы переменным асимметричным током, дающим максимум распределения количества прошедшего электричества в центре пористого электрода, то данный режим действительно приводит к растворению дендритов и устранению коротких замыканий вследствие их прорастания через сепаратор.

Заряд переменным асимметричным током НК аккумуляторов, приводит к частичному увеличению их емкости, как правило, на 10-20%.

Пятая глава состоит из двенадцати разделов и посвящена исследованию механизма теплового разгона, как одной из форм деградации аккумуляторов.

В первом разделе на основании экспериментальных данных установлен источник появления водорода в электродах аккумуляторов ? это разложение электролита на кислород и водород во время буферного режима работы аккумуляторов или во время их заряда. Кислород уходит из аккумулятора, а водород частично накапливается в электродах, так как при температуре 20 0С коэффициент диффузии водорода в никеле примерно 1010 раз больше, чем коэффициент диффузии кислорода.

Во втором разделе рассмотрены наиболее вероятные формы существования водорода в электродах. Чисто теоретически можно предположить, что водород накапливается или в активном веществе электродов, или в металлокерамической матрице, или в наполнителе (графит, сажа) для ламельных, намазных и прессованных электродов. Если водород накапливается в металлокерамической матрице, то здесь также возможны различные формы накопления. Во-первых, водород, возможно, просто интеркалирован в металл (-фаза металлогидрида). Во-вторых, он, возможно, образует связанное соединение (-фаза металлогидрида). В-третьих, водород, возможно, накапливается в мельчайших микродефектах кристаллической решетки (различных дислокациях и другие дефектах структуры металла) под действием очень большого капиллярного давления.

В третьем разделе выполнена серия экспериментов с целью проверки гипотезы о возможном накоплении водорода в гидроксидах никеля. Если водород просто интеркалирован в гидроксиды никеля, то при взаимодействии гидроксидов с кислотами с образованием растворимых солей внедренный водород должен будет выйти, так как гидроксиды никеля преобразуются в соль, которая переходит в раствор. Для этого можно использовать любую кислоту, которая образовывала бы с гидроксидами никеля растворимые соли, но не взаимодействовала или плохо взаимодействовала с металлической матрицей. В эксперименте использовался 22,6 % раствор серной кислоты, так как данная кислота удовлетворяет отмеченным выше требованиям. Травление оксидно-никелевых электродов выполнялось в течение 30 минут, за это время никаких изменений в никелевой матрице не происходило.

Установлено, что при травлении оксидно-никелевого электрода в серной кислоте водород вообще не выделяется. Из этого следует, что интеркалированного в гидроксид никеля водорода нет.

Потеря веса оксидно-никелевыми электродами в результате их травления в серной кислоте составила 32-36 %. Данные электроды были изготовлены на Уральском электрохимическом комбинате (УЭХК, г. Екатеринбург). По нашему запросу с завода было сообщено, что положительный электрод содержит 30-36 % гидроксидов никеля и 1-2 % гидроксидов кобальта. Полученные в опытах значения потери веса электродами, находятся в данном диапазоне. Поэтому можно утверждать, что в активном веществе оксидно-никелевого электрода нет нерастворимых в серной кислоте соединений водорода.

Таким образом, в активном веществе оксидно-никелевого электрода аккумулятора НКБН-25-У3 водород не содержится ни в виде интеркаляции, ни в виде каких-либо других соединений.

В четвертом разделе выполнена серия экспериментов с целью проверки гипотезы о накоплении водорода в металлокерамической никелевой матрице. С этой целью из оксидно-никелевого электрода предварительно был удален гидроксид никеля растворением в серной кислоте. Затем никелевую матрицу электрохимически растворяли в стандартном сульфатном растворе никелирования (рафинирования). Если водород интеркалирован в никелевую матрицу или находится в микродефектах кристаллической решетки, то он должен был бы выйти при электрохимическом растворении матрицы.

Экспериментально установлено, что при электрохимическом растворении никелевой металлокерамической матрицы оксидно-никелевого электрода водород не выделяется. При любом способе накопления водорода в металле первой стадией должна быть стадия интеркаляции водорода в металл. Однако эксперимент показал, что внедренного в кристаллическую решетку водорода нет. Это можно объяснить дегазацией оксидно-никелевого электрода в процессе хранения аккумулятора после снятия его с эксплуатации. Все исследованные в данном эксперименте аккумуляторы хранились на складе после снятия с эксплуатации не менее года.

В результате растворения металлокерамической никелевой матрицы часть электрода, погруженного в раствор, отделилась и упала на дно колбы. При этом упавшая часть имела вид исходного электрода без каких-либо изменений. Однако при извлечении из раствора и прикосновении к упавшей части, она рассыпалась на порошок в виде мелких кристаллов серого цвета с металлическим блеском. Как известно, все металлогидриды переходных элементов имеют вид светлых и темных кристаллов с металлическим блеском. Таким образом, можно предположить, что упавшая часть исследуемого электрода представляла собой агломераты кристаллов металлогидрида никеля.

Результат взвешивания порошка металлогидрида никеля показал, что он составляет, примерно, половину веса металлокерамической матрицы.

Таким образом, результаты исследований позволяют заключить, что оксидно-никелевый электрод НК аккумулятора, с длительным сроком эксплуатации состоит из трех фаз: активного вещества (гидроксида никеля), возможно металлогидрида никеля и чистого никеля, причем примерно, в равных весовых долях.

В пятом разделе выполнена серия экспериментов с целью проверки выше описанных результатов. С этой целью никелевую матрицу химически растворяли в концентрированной соляной кислоте. В результате растворения выделилось не 6 литров водорода, как этого надо было бы ожидать в случае полного растворения никеля весом около 16 грамм, а, примерно, в два раза меньше. То есть растворилось, в среднем, около восьми грамм никеля. Остальная часть матрицы представляла не чистый никель, а его соединения, нерастворимые в соляной кислоте и выпавшие в виде осадка (предположительно металлогидрид никеля). Таким образом, данные эксперименты подтверждают предыдущие результаты.

В шестом разделе выполнен эксперимент подтверждающий, что образовавшийся в результате растворения никелевой матрицы серый порошок является металлогидридом никеля. Для этого 2 г порошка поместили в керамический тигель, который затем вставили герметичную термокамеру. Затем термокамеру нагревали до температуры 1500-1600 0С. Данная температура была выбрана, для того чтобы никель, находящийся в тигле смог расплавиться. Выделяющийся при нагревании газ собирался в эластичную емкость. Анализ выделившегося газа, выполненный с помощью газоанализатора VOGA-2М, показал, что он полностью состоит из водорода. В тигле после извлечения его из термокамеры находился кусочек металлического никеля. Таким образом, порошок получившийся в результате электрохимического растворения металлокерамической никелевой матрицы состоит из двух элементов - водорода и металлического никеля, то есть он является гидридом никеля.

В седьмом разделе был выполнен расчет энергетического баланса теплового разгона. Расчет показал, что за время теплового разгона исследуемый аккумулятор получил от зарядного устройства 33,7 кДж, накопленная им электрическая энергия составляла 30 кДж, а выделилось более 218 кДж. Таким образом, ни энергия, затраченная зарядным устройством, ни накопленная в аккумуляторе электрическая энергия не являются основными источниками энергии, выделяемой в результате теплового разгона, хотя они, бесспорно, способствуют тепловому разгону, особенно на начальном этапе. Полученные результаты свидетельствуют о том, что тепловой разгон сопровождается мощной экзотермической реакцией с большим выделением тепла.

В восьмом разделе показано, что скорость выделения водорода из электродов во время теплового разгона во много раз больше скорости выделения водорода из электродов при их термическом разложении при 800 0С. Следовательно, выходу водорода из электродов во время теплового разгона способствует некоторая электрохимическая реакция сопровождающая тепловой разгон.

В девятом разделе исследуются электрохимические реакции идущие на гидриде никеля (-фаза) в щелочном аккумуляторном электролите при его катодной и анодной поляризации. Поляризационная кривая ненаводороженного никеля при катодной поляризации представляет собой стандартную кривую разложения электролита с выделением водорода на металлах. Поляризационная кривая при анодной поляризации представляет собой стандартную кривую разложения электролита с выделением кислорода на металлах. Катодные и анодные поляризационные кривые на гидриде никеля (-фаза) существенно отличаются. Они содержат участки предельного тока, как при катодной, так и при анодной поляризациях. Эти участки обусловлены лимитирующей стадией при катодном и анодном процессах. В дальнейшем отдельно исследовался катодный процесс на гидриде никеля (-фаза) (определялась электрохимическая реакция и лимитирующая стадия) и анодный процесс. Сначала была снята зависимость бестокового потенциала гидрида никеля (потенциал коррозии) от времени в щелочном аккумуляторном электролите. Затем теоретически и экспериментально было показано, что потенциал коррозии гидрида никеля (-фаза) эквивалентен потенциалу водородного электрода, а его изменение на хронопотенциограмме коррозии связано с разложением гидрида никеля внутри электрода и диффузией водорода к поверхности электрода. Для нахождения лимитирующей стадии при катодном процессе была снята циклическая вольтамперограмма (ЦВА) в интервале потенциалов от -1 В до -0,5 В, который как раз охватывает область предельного катодного тока. Скорость развертки v=0,001 В*с-1. На циклической вольтамперограмме предельный катодный ток уменьшается с увеличением номера цикла. Такое изменение ЦВА характерно, когда замедлена предшествующая химическая реакция по отношению к основной электрохимической реакции, идущей на электроде. В рассматриваемом катодном процессе предшествующей химической реакцией может быть только реакция распада гидрида никеля. Для выявления кинетики предшествующей лимитирующей стадии была снята катодная хронокулонограмма гидрида никеля, то есть зависимость переносимого катодного заряда q? от времени. Зависимость q?(t) оказалась линейной по времени. Из двух предшествующих стадий (к электрохимической реакции) на гидриде никеля (а именно, распад гидрида никеля и диффузия водорода к поверхности электрода) линейную зависимость от времени имеет только стадия распада гидрида никеля. Следовательно, данные эксперименты однозначно доказывают, что при катодной поляризации на гидриде никеля лимитирующей стадией является стадия распада гидрида никеля (-фазы). Атомарный водород, образовавшийся в результате распада гидрида никеля, диффундирует к поверхности электрода и адсорбируется. Последующей является стадия электрохимической десорбции водорода адсорбированного на поверхности электрода, т.е.

(1)

Для выяснения характера протекающей электрохимической реакции при анодной поляризации была снята зависимость потенциала электрода от времени при плотности анодного тока ia=0,5 А/м2. При потенциале около -0,58 В (с.в.э) хронопотенциограмма гидрида никеля очень слабо изменялась во времени, что свидетельствует, что около этого потенциала происходит некоторая электрохимическая реакция. Экспериментальная поляризационная зависимость для анодного процесса на гидриде никеля имеет вид уравнения Тафеля, с классическим углом наклона 0,12В и коэффициентом переноса . Оба полученные значения соответствуют электрохимической стадии ионизации водорода.

Так как в щелочной среде протоны сразу взаимодействуют с ионами OH-, то предыдущую реакцию в конечном итоге необходимо записать в виде:

(2)

что не меняет смысла протекающей электрохимической реакции. Для выявления лимитирующей стадии при анодном процессе была снята циклическая вольтамперограмма в интервале потенциалов от -0,88 В до 0,02 В, который как раз охватывает область предельного анодного тока (скорость развертки 0,05В*с-1), и анодная хронокулонограмма. Такой же анализ, как и для катодного процесса, показал, что и в случае анодного процесса на гидриде никеля (-фаза) лимитирующей стадией является стадия распада гидрида никеля. По экспериментальным данным найдена скорость распада гидрида никеля 8*10-5 A/см2 и константу равновесия распада гидрида никеля К=10.

В десятом разделе на основании всех полученных экспериментальных данных предложен механизм теплового разгона в щелочных аккумуляторах.

Электроды НК аккумуляторов с длительным сроком эксплуатации содержат большое количество водорода, то есть они являются гидридами металлов. Реакции (1, 2) протекают на любых гидридах металлов. Следовательно, при заряде НК аккумуляторов параллельно будут протекать три электрохимические реакции, а именно: основная электрохимическая реакция, связанная с зарядом электродов, электрохимическая реакция разложения электролита в случае перезаряда электродов и электрохимическая реакция на гидридах металлов (1, 2). Суммарной для реакций (1, 2) будет реакция

(3)

т.е. реакция рекомбинации атомарного водорода. Реакция (3) является мощной экзотермической реакцией с тепловыделением 436 кДж/моль(водорода). Данное тепловыделение больше чем при реакции горения водорода в кислороде 285,8 кДж/моль(водорода). На базе реакции рекомбинации атомарного водорода (3) основана водородная сварка, способная создавать пламя до 3700 0С, в то время как кислородно-водородная сварка способна создавать пламя с температурой около 2500 0С. Электрохимическая реакция (3) и есть реакция теплового разгона. При обычных температурах скорость электрохимической реакции (3) небольшая 8*10-5 A/см2. Поэтому она не может оказывать какого-либо заметного влияние на ход процесса заряда НК аккумуляторов. Однако, как было показано в главе 3, при повышении температуры электродов скорость распада металлогидридов резко возрастает (а именно эта стадия является лимитирующей для реакции (3)) и данная реакция может стать определяющей. Это и есть тепловой разгон. На базе электрохимической реакции (3) можно объяснить и другие ранее мало понятные результаты, связанные с тепловым разгоном.

Электрохимическая реакция (1) является одной из составных частей реакции теплового разгона (3). Она фактически является реакцией электрохимической десорбции водорода. Поэтому данная электрохимическая реакция должна сильно ускорять процесс выхода водорода из электродов в процессе теплового разгона, что и наблюдается в экспериментах.

Так как при протекании теплового разгона электрохимическая реакция (3) становится определяющей, а вклад других реакций будет крайне незначительным, то на клеммах аккумулятора должна установиться разность потенциалов соответствующая протеканию именно этих реакций. Согласно исследованиям в предыдущем разделе при протекании электрохимической реакции (2) потенциал положительного электрода будет -0,58 В (СВЭ), а при протекании реакции (1) потенциал отрицательного электрода будет примерно -1,08 В (СВЭ). Следовательно, при возникновении теплового разгона, т.е. реакции (3), разность потенциалов на клеммах аккумулятора должна снизится примерно до 0,5 В, что и наблюдается в экспериментах рис.1. Окончательно можно предложить следующий механизм теплового разгона.

В случае локального разогрева кадмиевого электрода, до 340 0С за счет прорастания в этом месте дендрита начнется массовое разложение гидридов. В этом случае скорость реакций на гидридах (1, 2) возрастет пропорционально возрастанию скорости распада гидридов (так как эта стадия является лимитирующей для реакций (1, 2)), т.е. возрастет в сотни и тысячи раз. Запуск мощной экзотермической реакции (3) приведет к еще более сильному разогреву электродов в месте расположения дендрита и еще к более сильному распаду гидридов т.е процесс будет нарастать лавинообразно. В этом случае электрохимические реакции (1, 2) станут определяющими при заряде аккумуляторов. Поэтому ток заряда аккумуляторов возрастет пропорционально возрастанию скорости этих реакций, т.е. в сотни и тысячи раз, а напряжение на клеммах аккумулятора станет равным разности потенциалов определяющих протекание этих реакций, т.е. приблизительно 0,5 В, что и наблюдается в экспериментах рис.1.

В одиннадцатом разделе на базе метода структурного моделирования процессов в щелочных аккумуляторах предложена модель теплового разгона. Основу модели составляет уравнение кинетики реакции распада гидридов металлов как лимитирующей стадии процесса теплового разгона. В модели учтена возможность прерывания теплового разгона, за счет образования газовой пробки в месте прогорания сепаратора и тем самым физического прерывания реакции (3) в этом месте. Решение, полученное на базе предложенной модели, хорошо согласуются с экспериментальными данными рис.1.

В двенадцатом разделе на базе полученных теоретических и экспериментальных результатов даются рекомендации по предотвращению или блокированию процесса теплового разгона в НК 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, которые неподвержены 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, то есть устраняются причины теплового разгона.

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 его увеличения и т.д.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1) В результате циклирования не герметичных и герметичных НК аккумуляторов с металлокерамическими, намазными, прессованными и ламельными электродами установлено:

- тепловой разгон является редким явлением, вероятность его появления увеличивается как с ростом срока эксплуатации батарей, так и с увеличением напряжения заряда аккумуляторов, кроме того, он может возникать неоднократно и спонтанно в течение одного цикла заряда;

- в экспериментах не наблюдался ТР в НК и НЖ аккумуляторах с ламельными электродами, а также в призматических, цилиндрических и дисковых аккумуляторах малой емкости (менее 6 А*ч) с любым типом электродов;

- в герметичных аккумуляторах ТР возможен, однако он протекает менее интенсивно и с выделением почти в восемь раз меньшего количества тепла и газа, чем в случае негерметичных аккумуляторов той же емкости;

- в результате теплового разгона из НК аккумуляторов выделяется большое количество парогазовой смеси, количество пара в ней определяется количеством электролита в аккумуляторе; оставшийся газ на 85-95 % состоит из водорода, на 4-14 % из кислорода и менее 1 % прочих газов.

2) термическим разложением электродов различных типов (керамических, ламельных и т.д.) с длительным сроком эксплуатации, показано, что в них еще до теплового разгона присутствует очень большое количество водорода, который накапливается в этих электродах в процессе их эксплуатации, причем газовая смесь, выделяющаяся в результате термического разложения кадмиевого и оксидно-никелевого электродов, состоит, в среднем, на 99 % из водорода, на 0,7% из кислорода и на 0,3 % из прочих газов;

3) используя модель дендрита в виде стальной иглы, удалось искусственно вызвать тепловой разгон;

4) на базе макрооднородной модели пористого электрода выполнено моделирование распределения количества прошедшего электричества по глубине пористого электрода, которое показывает, что использование переменного асимметричного тока при заряде аккумуляторов позволяет добиться любого распределения количества прошедшего электричества по глубине пористого электрода, в том числе и равномерного, что теоретически позволяет полностью исключить газовыделение при заряде аккумуляторов и рост дендритов (расчетные распределения сравнивались с экспериментальными, полученными на физической модели дендрита, совпадение составило 80-90 %);

5) используя расчетные режимы заряда переменным асимметричным током, удалось частично растворить уже существующие дендриты в НК аккумуляторах;

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 никелевых матриц оксидно-никелевых электродов аккумуляторов НКБН-25-У3 показано, что он состоит из двух фаз _ металлического никеля и металлогидрида никеля, находящихся примерно в равных весовых долях, таким образом, показано, что водород накапливается в матрице оксидно-никелевого электрода в виде гидрида;

8) на основании анализа энергетического баланса теплового разгона установлено, что он сопровождается мощной экзотермической реакцией с большим выделением тепла;

9) экспериментально и теоретически доказано, что электрохимической реакцией ответственной за процесс теплового разгона является мощная экзотермическая реакция (3), которая идет с выделением очень большого количества тепла 436 кДж/моль(водорода), что значительно больше тепла выделяемого при горении водорода в кислороде 285,8 кДж/моль(водорода);

10) предложен механизм теплового разгона, удовлетворяющий всем полученным экспериментальным данным;

11) разработаны практические рекомендации, касающиеся как конструктивных изменений в аккумуляторах (металлизация электродов, использование металлизированных промежуточных сепараторов и т.д.), так и режимов эксплуатации аккумуляторов (применение переменного асимметричного тока в процессе эксплуатации аккумуляторов и т.д.), позволяющие элиминировать тепловой разгон, на основании данных рекомендаций предложены режимы заряда аккумуляторов марок 20НКБН-25-У3 и 3ШНКП-10М-0,5 переменным асимметричным током для ОАО «Аэрофлот-Дон», ОАО «Ростовуголь», ЗАО УК «Гуковуголь».

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные статьи из перечня ведущих рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук, а также монографии и патенты

1. Galushkin, D.N. Investigation of the Process of Thermal Runaway in Nickel-Cadmium Accumulators / D.N.Galushkin, N.N. Yazvinskaya, N.E. Galushkin // Journal of Power Sources. - 2008. -V.177.?№2.?Р.610?616.

2. Галушкин, Д.Н. Уравнение разряда щелочных аккумуляторов / Д.Н. Галушкин // Химическая промышленность сегодня.?2009.?№ 6.?С.45-50.

3. Галушкин, Н.Е. Моделирование работы аккумуляторов: монография / Н.Е. Галушкин, Ф.И. Кукоз, Н.Н. Язвинская, Д.Н. Галушкин.? Шахты: ЮРГУЭС.?2009.? 291с.

4. Галушкин, Н.Е. Структурное моделирование работы аккумуляторов: монография / Н.Е. Галушкин, Н.Н. Язвинская, Ф.И. Кукоз, Д.Н. Галушкин.? Шахты: ЮРГУЭС.? 2009.?269с.

5. Галушкин, Д.Н. Возможность теплового разгона в никель-железных аккумуляторах / Д.Н. Галушкин // Химическая промышленность сегодня».? 2008.?№ 2.?С.25?28.

6. Галушкин, Д.Н. Исследование содержания водорода в электродах НК аккумуляторов в зависимости от срока их эксплуатации / Д.Н. Галушкин // Электрохимическая энергетика».?2008.? Т.8.? №2.? C.115?118.

7. Галушкин, Д.Н. Уравнение разряда щелочных аккумуляторов. Активационно-омическая поляризация / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Язвинская // Электрохимическая энергетика».?2008.?Т.8.?№2.?C.118?120.

8. Галушкин, Д.Н. Особенности теплового разгона в герметичных НК аккумуляторах / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Язвинская // Электрохимическая энергетика».?2008.?Т.8.? №4.?С.241?246.

9. Галушкин, Д.Н. Возможность теплового разгона в ламельных никель-кадмиевых аккумуляторах / Д.Н. Галушкин // Электрохимическая энергетика.? 2007.? Т.7.? №3.?С.128?132.

10. Галушкин, Д.Н. Расчет отдаваемой емкости щелочными аккумуляторами / Д.Н. Галушкин, Ф.И. Кукоз, И.А. Галушкина // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2007. - № 3.?С.73?75.

11. Галушкин, Д.Н. Анализ эмпирических зависимостей для щелочных аккумуляторов / Д.Н. Галушкин, Ф.И. Кукоз, И.А. Галушкина // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.- 2007. - № 2.?С.71?73.

12. Галушкин, Д.Н. Разряд щелочных аккумуляторов / Д.Н. Галушкин, Н.Е Галушкина // Электрохимическая энергетика». ?2007.? Т.7.? №2.? С.99?102.

13. Галушкин, Д.Н. N-слойная дискретная модель разряда щелочного аккумулятора / Д.Н. Галушкин, И.А. Галушкина // Башкирский химический журнал.? 2007.? Т.14.? № 5.? С.74?80.

14. Галушкин, Д.Н. Расчет емкости отдаваемой герметичными НК аккумуляторами при различных токах разряда / Д.Н. Галушкин, И.А. Галушкина // Электрохимическая энергетика.? 2007.? Т.7.?№4.?С.216?218.

15. Пат. 2310953. РФ, МПК H 01 M 10/34. Способ анализа никель-кадмиевого аккумулятора на предрасположенность к тепловому разгону / Галушкина Н.Н., Галушкин Д.Н., Галушкина И.А. ? № 2005141271/09 ; заявл. 28.12.2005 ; опубл. 20.11.2007 ; Бюл. № 32.

16. Пат. 2293402. РФ, МПК H 01 M 10/44. Способ ускоренного заряда щелочных аккумуляторов / Галушкина Н.Н., Галушкин Д.Н., Галушкина И.А. ? № 2005130838/09 ; заявл. 04.10.2005 ; опубл. 10.02.2007 ; Бюл. № 4.

17. Пат. 2296406. РФ, МПК H 02 J 7/04. Устройство для ускоренного заряда аккумуляторной батареи асимметричным током / Галушкина Н.Н., Галушкин Д.Н., Галушкина И.А. ? № 2005128679/09 ; заявл. 14.09.2005 ; опубл. 27.03.2007 ; Бюл. № 9.

18. Галушкин, Д.Н. Анализ и визуальные последствия теплового разгона никель-кадмиевых аккумуляторов НКБН-25-У3 / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина // Электрохимическая энергетика.? 2006. ?Т.6. ?№ 2.? С.76?78.

19. Кукоз, Ф.И. Процессы релаксации газовыделения при термическом разложении электродов никель-кадмиевого аккумулятора / Ф.И. Кукоз, Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.- 2006. - № 2.?С.91?95.

20. Галушкин, Д.Н. Структурное моделирование процесса саморазряда в щелочных аккумуляторах / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина // Электрохимическая энергетика. ? 2006.?Т.6.?№ 1.?C.36?40.

21. Галушкин, Д.Н. Структурная модель щелочного аккумулятора. Релаксационная поляризация / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина // Электрохимическая энергетика.? 2006.? Т.6.?№ 1.?С.41?45.

22. Галушкин, Д.Н. Моделирование теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. ?2006. - №2.?С.73?76.

23. Галушкин, Д.Н. Дискретная модель разряда щелочного аккумулятора / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. - №2.? С.68?73.

24. Кукоз, Ф.И. Процесс релаксации напряжения после заряда щелочного аккумулятора / Ф.И. Кукоз, Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2006. - № 2.? С.87?91.

25. Галушкин, Д.Н. Тепловой разгон в щелочных аккумуляторах: монография / Д.Н. Галушкин, Ф.И. Кукоз, Н.Н. Галушкина.?Шахты: ЮРГУЭС.? 2006.?123с.

26. Галушкин, Н.Е. Исследование процесса теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах / Н.Е. Галушкин, Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина Электрохимическая энергетика».? 2005.?Т.5.?№ 1.? С.40? 42.

27. Галушкин, Д.Н. Накопление водорода в никель-кадмиевых аккумуляторах и процесс теплового разгона / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина // Электрохимическая энергетика.?2005.?Т.5.?№ 3.?С.206?208.

28. Галушкина, Н.Н. Нестационарные процессы в щелочных аккумуляторах: монография / Н.Н. Галушкина, Д.Н. Галушкин, Н.Е. Галушкин.? Шахты: ЮРГУЭС.? 2005.?107с.

29. Галушкин, Д.Н. Исследование нестационарных процессов в щелочных аккумуляторах: монография / Д.Н. Галушкин, К.Е. Румянцев, Н.Е. Галушкин.? Шахты.?ЮРГУЭС.? 2001.?125с.

30. Галушкин, Д.Н. Применение объемных электрофильтров для удаления металлов из сточных вод / Д.Н. Галушкин, Н.Е. Галушкин // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.?1999.?№ 3.? С.53?55.

31. Галушкин, Д.Н. Применение переменного асимметричного тока для оптимизации работы объемных электрофильтров улавливающих тяжелые и радиоактивные металлы из сточных вод / Д.Н. Галушкин, Н.Е. Галушкин // Изв. вузов Ядерная энергетика.?1997.?№ 3.?С.40-43.

В других изданиях

32. Исследование процесса теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах / Д.Н. Галушкин // Материалы VII Международной конференции «Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики», Саратов, 23-27 июня, 2008.- Саратов, 2008.?С.76.

33. Анализ разрядных эмпирических зависимостей щелочных аккумуляторов / Д.Н. Галушкин // Сб. тр. XX Международ. науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях» - ММТТ-20: В 10 т. Т.5. Секция 11 / Под общ. ред. В. С. Балакирева.?Ярославль: Изд-во Ярославского гос. технического ун-та.-2007. -С.175-177.

34. Моделирование саморазряда в щелочных химических источниках тока / Д.Н. Галушкин, И.А. Галушкина, Н.Н. Галушкина // Сб. трудов XIX Международ. науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-19: В 10т. Т.8. Секции 10, 12 / Под общ. Ред. В.С.Балакирева.- Воронеж: Изд-во Воронежской гос. технологической академии.-2006. - С.36-37.

35. Galushkin, D.N. The Investigation of Thermal runaway in Nickel-Cadmium Accumulators / D.N. Galushkin, N.N. Galushkina // Journal of European Academy of Natural History». - 2006.? №2.?Р.138?141.

36. Кукоз, Ф.И. Исследование процесса теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах / Ф.И. Кукоз, Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина // Современные проблемы науки и образования. -2006.? № 6.?С.91.

37. Galushkin, D.N. Hydrogen accumulation in nickel-cadmium accumulators / D.N. Galushkin, N.N. Galushkina // Journal of European Academy of Natural History».-2006.?№2.?Р.141?143.

38. Модель энергетического эффекта при тепловом разгоне / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина, И.А. Галушкина // Сб. трудов XIX международ. науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях» - ММТТ-19: В 10т. Т.8. Секции 10, 12 / Под общ. Ред. В.С. Балакирева.? Воронеж: Изд-во Воронежской гос. технологической академии, 2006.- С.38?40.

39. Моделирование распределения тока для элиминирования процесса теплового разгона в аккумуляторах / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина, И.А. Галушкина // Сб. трудов XIX международ. науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях» - ММТТ-19: В 10т. Т.8. Секции 10, 12 / Под общ. Ред. В.С. Балакирева. - Воронеж: Изд-во Воронежской гос. технологической академии, 2006.-С.35?36.

40. Галушкин, Д.Н. Компьютерное моделирование распределения тока по глубине пористого электрода для уменьшения дендритообразования / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина, И.А. Галушкина // Фундаментальные исследования».?2005.? № 4.? С.61?62.

41. Галушкин, Д.Н. Компьютерное моделирование нестационарного процесса теплового разгона / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина, И.А. Галушкина // Фундаментальные исследования».?2005.? № 4.? С.62?63.

42. Галушкин, Д.Н. Тепловой разгон в щелочных аккумуляторах / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина // Успехи современного естествознания.? 2005.?№ 1. ? С.21?22.

43. Галушкин, Д.Н. Компьютерное моделирование распределения тока для уменьшения процессов накопления / Д.Н. Галушкин, И.А. Галушкина // Сб. трудов XVIII международ. науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях» - ММТТ-18: В 10т. Т.5. Секция 5 / Под общ. Ред. В.С.Балакирева. - Казань: Изд-во Казанского гос. технол. ун-та, 2005.-С.215?217.

44. Метод исследования качественного состава газа при тепловом разгоне / Д.Н. Галушкин, И.А. Галушкина, Н.Н. Галушкина // Материалы VI Международной науч.-практ. конф. «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики», 30 сентября 2005.?Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ (НПИ).? 2005.?С.23.

45. Моделирование работы никель-кадмиевого аккумулятора с использованием модели пористого электрода / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина, И.А. Галушкина // Материалы XVI Всероссийской науч.-техн. конф. «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» декабрь 2005. - Н. Новгород: Изд-во Нижегородского научного и информационно-метод. центра «Диалог», 2005.-С.37.

46. Моделирование работы никель-кадмиевого аккумулятора как элемента радиоэлектронной аппаратуры специального назначения / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина, И.А. Галушкина // Материалы Всероссийской науч. конф. молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» ч.1, 8-11 декабря 2005. - Новосибирск: Изд-во Новосибирского гос. тех. ун-та, 2005. -С.208.

47. Метод измерения концентрации водорода в никель-кадмиевых аккумуляторах при тепловом разгоне / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина, И.А. Галушкина // Материалы XIII Всероссийской науч.-техн. конф. «Методы и средства измерений физических величин», 10-12 декабря 2005.?Н. Новгород: Изд-во Нижегородского научного и информационно-метод. центра «Диалог», 2005.? С.20.

48. Моделирование распределения тока по глубине пористой матрицы для уменьшения процессов накопления в аккумуляторе / Д.Н. Галушкин, Н.Н. Галушкина, И.А. Галушкина // Материалы XVI Всероссийской науч.-техн. конф. «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве», декабрь 2005. - Н. Новгород: Изд-во Нижегородского научного и информационно-метод. центра «Диалог», 2005.-С.27.

49. Галушкин, Д.Н. Исследование содержания водорода в электродах аккумуляторов НКБН-25-У3 / Д.Н. Галушкин, К.Е. Румянцев // Деп. в НИИТЭХИМ 9.10.2001 № 12-ХП-2001.

50. Галушкин, Д.Н. Исследование накопления газа в никель-железных аккумуляторах / Д.Н. Галушкин, К.Е. Румянцев // Деп. в НИИТЭХИМ 9.10.2001 № 13-ХП-2001.

51. Галушкин, Д.Н. Анализ эксплуатации аккумуляторов различных типов на предприятиях Ростовской области с целью выявления типов аккумуляторов склонных к тепловому разгону / Д.Н. Галушкин, К.Е. Румянцев // Деп. в НИИТЭХИМ 9.10.2001 № 10-ХП-2001.

52. Галушкин, Д.Н. Экспериментальное исследование процесса теплового разгона в никель-кадмиевых аккумуляторах типа НКБН-25-У3 / Д.Н. Галушкин, К.Е. Румянцев // Деп. в НИИТЭХИМ 9.10.2001 №11-ХП-2001.

53. Researches of process of thermal dispersal in nickel-cadmium accumulators with the help of the automatic control system / D.N. Galushkin, N.E. Galushkin // Abstracts of 4-th International Scientific and Technical Conference: Interactive Systems: Problems of Persons and Computer Interaction. 23-27 September 2001.? Ulyanovsk: UISTU.?2001.?P.137.

54. Моделирование процессов саморазряда в щелочных аккумуляторах / Д.Н. Галушкин, Н.Е. Галушкин // Материалы 3-й Международной науч.-практ. конф. «Новые технологии управления движением технических объектов», 21-24 ноября 2000.?Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ (НПИ).? 2000.?С.36.

Размещено на Allbest.ur

...

Подобные документы

  • Предмет и средства труда. Основные виды, формы и методы организации технологических процессов. Процессы основного производства. Маршрутно-операционные и операционные технологические карты. Основные типы производств: единичное, серийное и массовое.

    реферат [26,3 K], добавлен 19.01.2015

  • Доменная печь как один из уникальных агрегатов. Влияние щелочных соединений на доменный процесс. Анализ среднемесячных балансов щелочей. Шлаковый, тепловой и газодинамический режим плавки. Доменная плавка цинкосодержащих шихт: преимущества и недостатки.

    контрольная работа [58,1 K], добавлен 02.12.2010

  • Физические и химические свойства никеля, распространение в природе. Методы получения: селективное обогащение руды; технология извлечения из штейна, выщелачивание. Применение никеля в сплавах, в аккумуляторах, в радиационных технологиях, в медицине.

    реферат [58,6 K], добавлен 17.01.2013

  • Дефекты и структура сталей и макроструктурный метод. Строение и дефекты стального слитка. Выявление расположения и размеров кристаллов дендритов в центре и на периферии при травлении продольного и поперечного сечения слитка. Виды усадочных раковин.

    лабораторная работа [782,3 K], добавлен 30.03.2009

  • Исследование кинетики процесса термообработки фосфоритов солями щелочных металлов (карбоната и сульфата натрия и калия) при температурном режиме. Определение технологических параметров и разработка технологической схемы получения термощелочных фосфатов.

    курсовая работа [789,0 K], добавлен 23.03.2012

  • Взаимосвязь технологических и организационно-управленческих структур. Понятие о химико-технологических процессах, принципы классификации. Перспективы развития и особенности экономической оценки химико-технологических процессов. Специальные методы литья.

    контрольная работа [50,0 K], добавлен 10.07.2010

  • Конструкция трактора "Беларус-1025.4". Методы и приборы, позволяющие экспериментально определить величину угловых скоростей отдельных частей трансмиссии трактора. Существенные параметры разгона трактора с учетом системы топливоподачи CommonRail.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 08.05.2016

  • Основные классификации резьб, их основные параметры и признаки. Особенности процесса резания и формирования поверхностного слоя. Влияние состава и структуры стеклопластиков на их обрабатываемость. Технологические операции и параметры процесса нарезания.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 13.03.2011

  • Задачи обработки воды и типология примесей. Методы, технологические процессы и сооружения для очистки воды, классификация основных технологических схем. Основные критерии для выбора технологической схемы и состава сооружений для подготовки питьевой воды.

    реферат [1,2 M], добавлен 09.03.2011

  • Технология восстановления коленчатого вала методом хромирования. Показатели качества покрытия при хромировании. Механическая обработка. Составы щелочных растворов для химического обезжиривания. Установка для электролитического осаждения металлов.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 21.01.2014

  • Понятие металла, электронное строение и физико-химические свойства цветных и черных металлов. Характеристика железных, тугоплавких и урановых металлов. Описание редкоземельных, щелочных, легких, благородных и легкоплавких металлов, их использование.

    реферат [25,4 K], добавлен 25.10.2014

  • Свинец как металл, который многократно включаются в сферу материального производства, так как мало теряется в процессе промышленного использования, его роль в производстве аккумуляторов, влияние на организм человека. Принципы переработки свинцового лома.

    реферат [20,4 K], добавлен 11.08.2014

  • Основные технологические процессы ООО "Равиоли". Организация труда и осуществление технологического контроля. Обзор ассортимента выпускаемой продукции, технологические процессы, используемые при приготовлении блюд. Структурные подразделения завода.

    отчет по практике [7,1 M], добавлен 11.05.2014

  • Основные закономерности и процессы спекания оксидов. Влияние чистоты сырья и добавок на свойства Al2O3 керамики. Исследование влияния эффекта саморазогрева корундоциркониевой композиции в электромагнитном поле СВЧ на структуру и свойства материала.

    дипломная работа [190,3 K], добавлен 02.03.2012

  • Параметры, определяющие гидромеханические процессы в активаторных стиральных машинах. Конструктивные факторы, влияющие на процесс стирки белья. Основные конструктивные и режимные параметры стиральных машин барабанного и воздушно-пузырькового типов.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 25.03.2011

  • Условия пассивности стали в нейтральных и щелочных средах. Механизм защитного действия бетона, существующие виды антикоррозионных покрытий. Механизм, этапы технологии приготовления и нанесения порошковых покрытий и ее технико-экономический эффект.

    диссертация [517,7 K], добавлен 31.12.2015

  • Кривая разгона. Динамические параметры и математическое описание кривой разгона. Алгоритм управления. Выбор переходного процесса и настройки параметров алгоритмов управления АСУ. Регулирование в программе SIMULINC. Оптимизация переходного процесса.

    контрольная работа [2,1 M], добавлен 02.08.2008

  • Обоснование дополнительных исходных данных к выполнению теплового расчета. Параметры окружающей среды. Подогрев заряда в процессе впуска. Параметры процесса выпуска отработавших и остаточных газов. Расчет параметров рабочего цикла теплового двигателя.

    курсовая работа [378,2 K], добавлен 13.12.2014

  • Применение синтетического высококонцентрированного хлористого водорода в процессе гидрохлорирования. Технологическая схема синтеза хлористого винила из ацетилена и хлористого водорода. Баланс, технологические и технико-экономические показатели процесса.

    реферат [354,0 K], добавлен 25.08.2010

  • История возникновения легких бетонов. Их классификация в зависимости от структуры, вида вяжущего и пористости заполнителей и области применения. Сырьевые материалы для изготовления легкого бетона. Основные технологические процессы и оборудование.

    реферат [725,3 K], добавлен 13.04.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.