鋅銀電池輔助隔膜的制備和性能研究

2011-11-22 01:56:58張紅平

中國造紙 2011年6期

唐悅張紅平

(中國電子科技集團公司第十八研究所,天津,300381)

鋅銀電池輔助隔膜的制備和性能研究

唐悅張紅平

(中國電子科技集團公司第十八研究所,天津,300381)

采用經過篩選的耐堿纖維,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。通過基本性能測試和電池實效實驗證明,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間,有利于提高鋅銀電池在各種極限條件下的穩定性,是一種性能優良的鋅銀電池輔助隔膜。

鋅銀電池;輔助隔膜;性能

鋅銀電池是戰略戰術導彈、水中兵器等武器系統重要的單機設備,通常為控制、舵機、遙測、安全等系統供電[1-2]。隨著未來戰爭對武器系統性能和快速反應能力提出更高的要求,鋅銀電池也需要進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,而現有輔助隔膜 (打字蠟紙原紙)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、耐堿穩定性好的新型輔助隔膜,以提高鋅銀電池的激活速度、延長濕壽命、改善電性能,以滿足未來武器系統高性能、快速反應和機動性等方面的要求。

1 纖維選擇和配抄實驗

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,大致可分為化學合成纖維、人造纖維和植物纖維三大類,根據前期使用經驗,各種耐堿纖維的性能對比見表1。

表1 各種耐堿纖維性能對比

由表1可見,沒有一種耐堿纖維有絕對的性能優勢,需采用以多種耐堿纖維混合抄紙,以達到特性互補的效果。根據上述分析并結合耐堿纖維來源、經濟性等因素,選擇了多種規格的耐堿纖維進行小試對比。測試結果見表2。

從表2數據可以看出,絲光化木漿、維尼綸纖維在堿中收縮率較小,進口絲光化木漿的強度和耐堿穩定性好于國產;桑皮漿和三椏皮漿強度較好;進口木漿和黏膠纖維吸堿率較高。因此,可以選擇具有性能優勢的耐堿纖維混合進行配抄,提高成紙性能。

1.2 配抄方案設計

根據表2的測試結果,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種纖維原料進行配抄實驗。但進一步分析顯示,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計過程中重點考慮。具體配抄方案設計如表3所示。

1.3 配抄實驗

1.3.1 測流式圓網紙機抄造實驗

采用測流式圓網紙機抄紙,主要工藝流程如圖1所示,對應 1～3號方案,所抄試樣為 1#、2#、3#,試樣檢測結果見表4。

從表4數據可知,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 斜網式造紙機抄造實驗

而浙江省氣象臺此前使用的省級海洋業務平臺因為開發應用多年,且主要功能以多種產品顯示為主,不具有GIS縮放、格點訂正等功能,無法很好展示近年來發展的海洋氣象客觀預報產品的精細化程度,已不能滿足現代化海洋預報業務的需求。為此,省氣象臺及時組織力量開發新一代省級海洋預報業務平臺。新一代海洋預報業務平臺是立足于為全省氣象預報員服務,基于海洋業務扁平化的理念,提供集數據采集、精細分析、格點訂正、預報制作、快速發布、產品展示、工作記錄等功能于一體,基于Silverlight和SQL數據庫技術進行開發的專業業務平臺,并將在使用中不斷發展來更好滿足臺風和海洋氣象預報業務需求。

為提高輔助隔膜的均勻性,將 3個方案分別在斜網造紙機上進行抄造實驗。對應表3中的 3個方案,所抄紙樣分別為 4#、5#、6#,在抄造中,調整上網濃度和流漿箱前墻角度,以提高紙張強度和均勻性。主要工藝流程與測流式圓網紙機抄造過程相同。試樣檢測結果如表5所示。

由表5數據可見,在斜網紙機上試制的 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#試樣的各項性能較差。

表2 各種纖維成紙性能指標

表3 配抄方案設計

圖1 側流式圓網紙機工藝流程

表4 側流式圓網紙機成紙性能指標

表5 斜網紙機成紙性能指標

綜上,2號方案和 3號方案的配抄結果最好,紙機抄造實驗表明,采用斜網式造紙機抄造的試樣比測流式圓網紙機的成紙性能好,故選用 4#、5#、6#試樣進行模擬性能測試。

2 性能測試和電池實效測試

2.1 成紙模擬輔助隔膜的使用性能測試

為了進一步對比輔助隔膜實用效果,進行了模擬使用條件 (電池化成、極板拆洗)測試。測試方法為:將樣品剪裁成200mm×300 mm,在質量分數30%KOH中浸泡 2 h,測試吸堿收縮率和濕抗張強度,然后用蒸餾水洗至中性。再置于 80℃下烘干后,測試干燥后收縮率和抗張強度。測試結果如表6所示。

表6 成紙模擬輔助隔膜使用性能測試結果

由表6數據可以看出,在經歷模擬使用 (如電池化成、極板拆洗)過程后,5#和 6#試樣的關鍵性能比 4#試樣好。因此可以排除 4#試樣,利用 5#和 6#試樣進行電池實效實驗。

2.2 電池實效實驗

2.2.1 涉及電性能的測試

采用上述 5#和 6#試樣輔助隔膜進行了面積電阻指標測試,結果如表7所示。

表7 輔助隔膜面積電阻

測試結果證明,兩種試樣均符合鋅銀電池隔膜技術的企業標準[4]的要求,可以進入電池實效實驗。

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的方式分別進行電池實效實驗。

(1)某型魚雷一次動力電池單體 (鋅銀貯備電池)放電數據

采用 5#輔助隔膜的鋅銀貯備電池放電數據如表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據

(2)某型魚雷二次動力電池單體 (鋅銀蓄電池)充放電數據

采用 5#輔助隔膜的鋅銀蓄電池兩個周期的放電數據如表10所示。

表10 采用 5#輔助隔膜的鋅銀蓄電池放電數據

上述數據表明,采用新型輔助隔膜的電池達到了總體設計指標要求,全面適用于鋅銀電池。經綜合考慮選擇 5#試樣作為最終產品。

2.3 與原有輔助隔膜的性能比較

本實驗研制的新型輔助隔膜與原有的打字蠟紙原紙輔助隔膜的性能比較見表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良,具有吸液速度較快、吸堿率較高、吸堿收縮率低、耐堿穩定性好等特點,現已作為負極輔助隔膜全面應用于鋅銀電池生產,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境中的可靠性。

[1] 郭炳錕,李新海,楊松青.化學電源[M].長沙:中南工業大學出版社,2000.

[2] 朱松然.蓄電池手冊[M].天津:天津大學出版社,1998.

[3] 李景虹.先進電池材料[M].北京:化學工業出版社,2004.

[4] 中國電子科技集團第十八研究所.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

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