Строительные исследования
страница - 0
Исследование накопления газа в электродах щелочных аккумуляторов
Галушкин Д. Н. ( dmitrigalushkin@mail.ru )
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса
В работах [1,2] было показано, что в результате теплового разгона, никель-кадмиевые аккумуляторы марки НКБН-25-У3 выделяют аномально большое количество водорода. В связи с этим, в работе [1] было выдвинуто предположение, что водород присутствует в электродах аккумуляторов еще до теплового разгона, а в результате его наступления, из-за большой температуры, начинает интенсивно выделяться.
Поэтому задача исследований в данной статье состоит в проверке экспериментальным путем, существования водорода в электродах щелочных аккумуляторов до теплового разгона.
Если в результате теплового разгона водород начинает выделяться из электродов аккумулятора вследствие высокой температуры [1], то можно создать данную температуру в лабораторной установке и исследовать динамику его выделения.
Данная установка описана ниже.
Экспериментальная установка для исследования процесса выделения газов из электродов аккумулятора, при их нагревании, представлена на рис.1.
Термокамера 9 рис. 1 представляет собой железную трубу длиной 1,8 м, один конец которой был герметично закрыт заглушкой и "заварен", а другой закрывался резиновой пробкой с металлической трубкой внутри для отвода выделяющегося газа.
Так как под действием высокой температуры исследуемый электрод, как правило, частично расплавлялся и прилипал к стенкам термокамеры, то для удобства его извлечения, после проведения эксперимента, он помещался в "патрон". Извлечь расплавленный и даже прилипший электрод из патрона значительно легче, чем из термокамеры. Перед помещением в "патрон" электрод сворачивался в трубку. Таким образом, исследуемый электрод помещался в железный "патрон" 14 рис. 1, который негерметично с двух сторон закрывался крышками так, чтобы выделяющийся из электрода газ мог свободно покидать "патрон".
Для уменьшения теплообмена выше патрона вставлялась круглая керамическая пробка длиной 20 см. Для полного подавления конвективных потоков в трубе и тем самым резкого сокращения теплообмена, выше керамической пробки вставлялась пробка из стекловаты с длинной ручкой из проволоки в виде шомпола (для удобства последующего извлечения).
а) общий вид установки
б) схема термокамеры в разрезе
Рис. 1 Схематическое изображение установки для анализа динамики
газовыделения из электродов аккумулятора 1-манометр; 2-приемник газовой смеси; 3-термопара; 4-реторта; 5- трехходовой кран; 6-кожух из термостойкой фольги; 7-термоуплотнение из стекловаты; 8-керамический кожух; 9-термическая (рабочая) камера; 10- резиновая пробка; 11-сосуд заполненный водой (гидрозатвор и охладитель); 12- нагревательный элемент; 13-ключ; 14-металлический "патрон" с исследуемым электродом; 15-исследуемый электрод аккумулятора; 16-керамическая пробка; 17- пробка из стекловаты, в виде шомпола
Параметры термокамеры 9 рис.1, следующие: l = 1,8 м - длина железной трубы; d = 0,025м - внешний диаметр трубы; L = 0,15м - длина "патрона"; D = 0,02м - внешний диаметр "патрона".
Рабочий температурный режим в термокамере обеспечивался с помощью высокотемпературной печи. Для предотвращения рассеивания тепла кирпичный каркас (керамический кожух) 8 покрывался термоуплотнением из стекловаты 7 и термостойкой фольги 6. Нагревательным элементом печи являлась нихромовая спираль 12 мощностью 2500 Вт, подключаемая через ключ 13 к сети переменного тока напряжением 220 В. Такая конструкция высокотемпературной печи позволяла работать в интервале температур от 20 до 12000С.
Измерительная система для определения температуры камеры состояла из цифрового мультитестера модели DT-838 с подключенной к нему термопарой "хромель-алюмель". Согласно инструкции по эксплуатации, рабочий диапазон температур, измеряемых мультитестером, от 0 до 13700С с погрешностью измерений:
-при температурах ниже 1500С - ±3 %;
-при температурах выше 1500С - ±5 %.
Приемник, аккумулирующий газ 2 рис. 1, представлял собой цилиндрическую герметичную емкость, объемом V = 4,763 л, сужающуюся к горловине и заполненную водой. В горловину вставлялась резиновая пробка, в которую в свою очередь, были встроены: стеклянная трубка, через которую подавался газ из термокамеры; манометр для контроля давления газа в приемнике; краник для удаления воды из приемника.
В результате нагревания электрода выделяющийся из него газ частично охлаждался в сосуде 11 и поступал в приемник газа 2. Сосуд 11 служил как для охлаждения выделяющегося газа, так и был гидрозатвором, позволяющим контролировать герметичность резиновой пробки 10. 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 4 через краник. По уровню воды в реторте можно было определить объем газа, поступившего в приемник за исследуемый промежуток времени.
Для наиболее свободного поступления газа из термокамеры в приемник, последний располагался выше термокамеры.
Трехходовой кран 5 был предназначен для взятия проб газа из приемника газа 2, а также для уравновешивания давления в термокамере с атмосферным в начале проведения каждого эксперимента.
Количественный анализ состава выделившегося газа производился с помощью объемно-оптического газоанализатора марки ООГ-2М.
Экспресс анализ газа в конце каждого рабочего дня выполнялся на установке рис. 2 взрывным методом.
При термическом разложении окисно-никелевого или кадмиевого электродов может выделяться только смесь водорода с кислородом. О наличии водорода в смеси свидетельствуют результаты теплового разгона, полученные в предыдущем разделе. Кислород может появится в результате термического разложения гидроксидов никеля в окисно-никелевом электроде и гидроксидов кадмия в кадмиевом электроде. Согласно данным табл. 1 [3], смесь водорода и
содержание:
[стр.Введение] [стр.1]