鋅銀電池輔助隔膜的制備和性能研究

唐 悅 張紅平

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所,天津,300381)

鋅銀電池輔助隔膜的制備和性能研究

唐 悅 張紅平

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十八研究所,天津,300381)

采用經(jīng)過(guò)篩選的耐堿纖維,在一定配抄方案下制成了適用于鋅銀電池的新型輔助隔膜。通過(guò)基本性能測(cè)試和電池實(shí)效實(shí)驗(yàn)證明,這種輔助隔膜具備較高的吸液速度和吸液率,較低的耐堿損失率和吸堿收縮率,有利于縮短鋅銀電池的激活時(shí)間,有利于提高鋅銀電池在各種極限條件下的穩(wěn)定性,是一種性能優(yōu)良的鋅銀電池輔助隔膜。

鋅銀電池;輔助隔膜;性能

鋅銀電池是戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、水中兵器等武器系統(tǒng)重要的單機(jī)設(shè)備,通常為控制、舵機(jī)、遙測(cè)、安全等系統(tǒng)供電[1-2]。隨著未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)武器系統(tǒng)性能和快速反應(yīng)能力提出更高的要求,鋅銀電池也需要進(jìn)一步提高激活速度和在各種極限條件下的電性能。而上述性能與隔膜性能 (如吸液速度、吸液率)密切相關(guān),而現(xiàn)有輔助隔膜 (打字蠟紙?jiān)?已不能滿足這些要求[3]。因此,迫切需要研制一種吸堿速度較快、吸堿率較高、耐堿穩(wěn)定性好的新型輔助隔膜,以提高鋅銀電池的激活速度、延長(zhǎng)濕壽命、改善電性能,以滿足未來(lái)武器系統(tǒng)高性能、快速反應(yīng)和機(jī)動(dòng)性等方面的要求。

1 纖維選擇和配抄實(shí)驗(yàn)

1.1 耐堿纖維選擇

適用于堿性電池隔膜的耐堿纖維品種較多,大致可分為化學(xué)合成纖維、人造纖維和植物纖維三大類(lèi),根據(jù)前期使用經(jīng)驗(yàn),各種耐堿纖維的性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 各種耐堿纖維性能對(duì)比

由表1可見(jiàn),沒(méi)有一種耐堿纖維有絕對(duì)的性能優(yōu)勢(shì),需采用以多種耐堿纖維混合抄紙,以達(dá)到特性互補(bǔ)的效果。根據(jù)上述分析并結(jié)合耐堿纖維來(lái)源、經(jīng)濟(jì)性等因素,選擇了多種規(guī)格的耐堿纖維進(jìn)行小試對(duì)比。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2數(shù)據(jù)可以看出,絲光化木漿、維尼綸纖維在堿中收縮率較小,進(jìn)口絲光化木漿的強(qiáng)度和耐堿穩(wěn)定性好于國(guó)產(chǎn);桑皮漿和三椏皮漿強(qiáng)度較好;進(jìn)口木漿和黏膠纖維吸堿率較高。因此,可以選擇具有性能優(yōu)勢(shì)的耐堿纖維混合進(jìn)行配抄,提高成紙性能。

1.2 配抄方案設(shè)計(jì)

根據(jù)表2的測(cè)試結(jié)果,初步確定采用絲光化木漿、維尼綸纖維、桑皮漿、三椏皮漿、木漿和黏膠纖維這 6種纖維原料進(jìn)行配抄實(shí)驗(yàn)。但進(jìn)一步分析顯示,三椏皮漿抄成的紙吸堿收縮率較大;不同廠商的漂白桑皮漿吸堿收縮率不一致。這些因素均需在配抄方案設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)考慮。具體配抄方案設(shè)計(jì)如表3所示。

1.3 配抄實(shí)驗(yàn)

1.3.1 測(cè)流式圓網(wǎng)紙機(jī)抄造實(shí)驗(yàn)

采用測(cè)流式圓網(wǎng)紙機(jī)抄紙,主要工藝流程如圖1所示,對(duì)應(yīng) 1～3號(hào)方案,所抄試樣為 1#、2#、3#,試樣檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4數(shù)據(jù)可知,1#和 3#試樣縱向和橫向的吸堿收縮率稍高,2#試樣的綜合性能較好。

1.3.2 斜網(wǎng)式造紙機(jī)抄造實(shí)驗(yàn)

而浙江省氣象臺(tái)此前使用的省級(jí)海洋業(yè)務(wù)平臺(tái)因?yàn)殚_(kāi)發(fā)應(yīng)用多年,且主要功能以多種產(chǎn)品顯示為主,不具有GIS縮放、格點(diǎn)訂正等功能,無(wú)法很好展示近年來(lái)發(fā)展的海洋氣象客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品的精細(xì)化程度,已不能滿足現(xiàn)代化海洋預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的需求。為此,省氣象臺(tái)及時(shí)組織力量開(kāi)發(fā)新一代省級(jí)海洋預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺(tái)。新一代海洋預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺(tái)是立足于為全省氣象預(yù)報(bào)員服務(wù),基于海洋業(yè)務(wù)扁平化的理念,提供集數(shù)據(jù)采集、精細(xì)分析、格點(diǎn)訂正、預(yù)報(bào)制作、快速發(fā)布、產(chǎn)品展示、工作記錄等功能于一體,基于Silverlight和SQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)平臺(tái),并將在使用中不斷發(fā)展來(lái)更好滿足臺(tái)風(fēng)和海洋氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)需求。

為提高輔助隔膜的均勻性,將 3個(gè)方案分別在斜網(wǎng)造紙機(jī)上進(jìn)行抄造實(shí)驗(yàn)。對(duì)應(yīng)表3中的 3個(gè)方案,所抄紙樣分別為 4#、5#、6#,在抄造中,調(diào)整上網(wǎng)濃度和流漿箱前墻角度,以提高紙張強(qiáng)度和均勻性。主要工藝流程與測(cè)流式圓網(wǎng)紙機(jī)抄造過(guò)程相同。試樣檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

由表5數(shù)據(jù)可見(jiàn),在斜網(wǎng)紙機(jī)上試制的 5#試樣的綜合性能較好;6#試樣的吸堿收縮率和耐堿損失率與 5#試樣相比稍高;4#試樣的各項(xiàng)性能較差。

表2 各種纖維成紙性能指標(biāo)

表3 配抄方案設(shè)計(jì)

圖1 側(cè)流式圓網(wǎng)紙機(jī)工藝流程

表4 側(cè)流式圓網(wǎng)紙機(jī)成紙性能指標(biāo)

表5 斜網(wǎng)紙機(jī)成紙性能指標(biāo)

綜上,2號(hào)方案和 3號(hào)方案的配抄結(jié)果最好,紙機(jī)抄造實(shí)驗(yàn)表明,采用斜網(wǎng)式造紙機(jī)抄造的試樣比測(cè)流式圓網(wǎng)紙機(jī)的成紙性能好,故選用 4#、5#、6#試樣進(jìn)行模擬性能測(cè)試。

2 性能測(cè)試和電池實(shí)效測(cè)試

2.1 成紙模擬輔助隔膜的使用性能測(cè)試

為了進(jìn)一步對(duì)比輔助隔膜實(shí)用效果,進(jìn)行了模擬使用條件 (電池化成、極板拆洗)測(cè)試。測(cè)試方法為:將樣品剪裁成200mm×300 mm,在質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%KOH中浸泡 2 h,測(cè)試吸堿收縮率和濕抗張強(qiáng)度,然后用蒸餾水洗至中性。再置于 80℃下烘干后,測(cè)試干燥后收縮率和抗張強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果如表6所示。

表6 成紙模擬輔助隔膜使用性能測(cè)試結(jié)果

由表6數(shù)據(jù)可以看出,在經(jīng)歷模擬使用 (如電池化成、極板拆洗)過(guò)程后,5#和 6#試樣的關(guān)鍵性能比 4#試樣好。因此可以排除 4#試樣,利用 5#和 6#試樣進(jìn)行電池實(shí)效實(shí)驗(yàn)。

2.2 電池實(shí)效實(shí)驗(yàn)

2.2.1 涉及電性能的測(cè)試

采用上述 5#和 6#試樣輔助隔膜進(jìn)行了面積電阻指標(biāo)測(cè)試,結(jié)果如表7所示。

表7 輔助隔膜面積電阻

測(cè)試結(jié)果證明,兩種試樣均符合鋅銀電池隔膜技術(shù)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]的要求,可以進(jìn)入電池實(shí)效實(shí)驗(yàn)。

將輔助隔膜分別裝入鋅銀貯備電池和鋅銀蓄電池,采用大電流放電和充放電循環(huán)的方式分別進(jìn)行電池實(shí)效實(shí)驗(yàn)。

(1)某型魚(yú)雷一次動(dòng)力電池單體 (鋅銀貯備電池)放電數(shù)據(jù)

采用 5#輔助隔膜的鋅銀貯備電池放電數(shù)據(jù)如表8所示;采用 6#輔助隔膜的鋅銀貯備電池如表9所示。

表8 采用 5#輔助隔膜的鋅銀貯備電池放電數(shù)據(jù)

(2)某型魚(yú)雷二次動(dòng)力電池單體 (鋅銀蓄電池)充放電數(shù)據(jù)

采用 5#輔助隔膜的鋅銀蓄電池兩個(gè)周期的放電數(shù)據(jù)如表10所示。

表10 采用 5#輔助隔膜的鋅銀蓄電池放電數(shù)據(jù)

上述數(shù)據(jù)表明,采用新型輔助隔膜的電池達(dá)到了總體設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,全面適用于鋅銀電池。經(jīng)綜合考慮選擇 5#試樣作為最終產(chǎn)品。

2.3 與原有輔助隔膜的性能比較

本實(shí)驗(yàn)研制的新型輔助隔膜與原有的打字蠟紙?jiān)堓o助隔膜的性能比較見(jiàn)表11。

表11 新型輔助隔膜與原有輔助隔膜的性能比較

從表11可知,本研究研制的新型輔助隔膜與原有的打字蠟字輔助隔膜相比,性能明顯提高。

3 結(jié) 論

3.1 采用維尼倫纖維、絲光化木漿、木漿為主體纖維,添加一定比例黏膠纖維制備的新型輔助隔膜綜合性能優(yōu)良,具有吸液速度較快、吸堿率較高、吸堿收縮率低、耐堿穩(wěn)定性好等特點(diǎn),現(xiàn)已作為負(fù)極輔助隔膜全面應(yīng)用于鋅銀電池生產(chǎn),提高了鋅銀電池的性能和各種極限條件下的可靠性。

3.2 緊密配合鋅銀電池的技術(shù)要求研制出的快速吸液輔助隔膜,也可以作為主隔膜在鋅銀貯備電池中使用,有助于提高電池激活速度,并且提高電池在各種極限環(huán)境中的可靠性。

[1] 郭炳錕,李新海,楊松青.化學(xué)電源[M].長(zhǎng)沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社,2000.

[2] 朱松然.蓄電池手冊(cè)[M].天津:天津大學(xué)出版社,1998.

[3] 李景虹.先進(jìn)電池材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[4] 中國(guó)電子科技集團(tuán)第十八研究所.鋅銀電池隔膜[S].Q/VE 166-2010.

Manufacture Technology and Electrochem ical Property of the Separator Used for Silver-z inc Battery

TANG Yue＊ZHANG Hong-ping
(Tianjin Institute of Power Sources,Tianjin,300381)

The separator used for silver-zinc battery was manufactured by using selected alkali resistant fibers and certain formulation.The testing of its basic property and the battery performance indicated that this separator has fast adsorption speed and high adsorption rate,low loss and shrinkage rate in alkali,it is of benefit to the stability of the battery in harshworking condition and is a good separator for silver-zinc battery.

silver-zinc battery;separator;alkali resistant fiber

TS761.2

A

0254-508X(2011)06-0022-04

唐 悅先生,工程師;長(zhǎng)期從事堿性電池 (鋅銀電池)及其隔膜的研制生產(chǎn)工作。

(＊E-mail:vipq101@126.com)

2011-01-04(修改稿)

(責(zé)任編輯:常 青)