锌银电池辅助隔膜的制备和性能研究

唐 悦 张红平

(中国电子科技集团公司第十八研究所,天津,300381)

锌银电池辅助隔膜的制备和性能研究

唐 悦 张红平

(中国电子科技集团公司第十八研究所,天津,300381)

采用经过筛选的耐碱纤维,在一定配抄方案下制成了适用于锌银电池的新型辅助隔膜。通过基本性能测试和电池实效实验证明,这种辅助隔膜具备较高的吸液速度和吸液率,较低的耐碱损失率和吸碱收缩率,有利于缩短锌银电池的激活时间,有利于提高锌银电池在各种极限条件下的稳定性,是一种性能优良的锌银电池辅助隔膜。

锌银电池;辅助隔膜;性能

锌银电池是战略战术导弹、水中兵器等武器系统重要的单机设备,通常为控制、舵机、遥测、安全等系统供电[1-2]。随着未来战争对武器系统性能和快速反应能力提出更高的要求,锌银电池也需要进一步提高激活速度和在各种极限条件下的电性能。而上述性能与隔膜性能 (如吸液速度、吸液率)密切相关,而现有辅助隔膜 (打字蜡纸原纸)已不能满足这些要求[3]。因此,迫切需要研制一种吸碱速度较快、吸碱率较高、耐碱稳定性好的新型辅助隔膜,以提高锌银电池的激活速度、延长湿寿命、改善电性能,以满足未来武器系统高性能、快速反应和机动性等方面的要求。

1 纤维选择和配抄实验

1.1 耐碱纤维选择

适用于碱性电池隔膜的耐碱纤维品种较多,大致可分为化学合成纤维、人造纤维和植物纤维三大类,根据前期使用经验,各种耐碱纤维的性能对比见表1。

表1 各种耐碱纤维性能对比

由表1可见,没有一种耐碱纤维有绝对的性能优势,需采用以多种耐碱纤维混合抄纸,以达到特性互补的效果。根据上述分析并结合耐碱纤维来源、经济性等因素,选择了多种规格的耐碱纤维进行小试对比。测试结果见表2。

从表2数据可以看出,丝光化木浆、维尼纶纤维在碱中收缩率较小,进口丝光化木浆的强度和耐碱稳定性好于国产;桑皮浆和三桠皮浆强度较好;进口木浆和黏胶纤维吸碱率较高。因此,可以选择具有性能优势的耐碱纤维混合进行配抄,提高成纸性能。

1.2 配抄方案设计

根据表2的测试结果,初步确定采用丝光化木浆、维尼纶纤维、桑皮浆、三桠皮浆、木浆和黏胶纤维这 6种纤维原料进行配抄实验。但进一步分析显示,三桠皮浆抄成的纸吸碱收缩率较大;不同厂商的漂白桑皮浆吸碱收缩率不一致。这些因素均需在配抄方案设计过程中重点考虑。具体配抄方案设计如表3所示。

1.3 配抄实验

1.3.1 测流式圆网纸机抄造实验

采用测流式圆网纸机抄纸,主要工艺流程如图1所示,对应 1～3号方案,所抄试样为 1#、2#、3#,试样检测结果见表4。

从表4数据可知,1#和 3#试样纵向和横向的吸碱收缩率稍高,2#试样的综合性能较好。

1.3.2 斜网式造纸机抄造实验

而浙江省气象台此前使用的省级海洋业务平台因为开发应用多年,且主要功能以多种产品显示为主,不具有GIS缩放、格点订正等功能,无法很好展示近年来发展的海洋气象客观预报产品的精细化程度,已不能满足现代化海洋预报业务的需求。为此,省气象台及时组织力量开发新一代省级海洋预报业务平台。新一代海洋预报业务平台是立足于为全省气象预报员服务,基于海洋业务扁平化的理念,提供集数据采集、精细分析、格点订正、预报制作、快速发布、产品展示、工作记录等功能于一体,基于Silverlight和SQL数据库技术进行开发的专业业务平台,并将在使用中不断发展来更好满足台风和海洋气象预报业务需求。

为提高辅助隔膜的均匀性,将 3个方案分别在斜网造纸机上进行抄造实验。对应表3中的 3个方案,所抄纸样分别为 4#、5#、6#,在抄造中,调整上网浓度和流浆箱前墙角度,以提高纸张强度和均匀性。主要工艺流程与测流式圆网纸机抄造过程相同。试样检测结果如表5所示。

由表5数据可见,在斜网纸机上试制的 5#试样的综合性能较好;6#试样的吸碱收缩率和耐碱损失率与 5#试样相比稍高;4#试样的各项性能较差。

表2 各种纤维成纸性能指标

表3 配抄方案设计

图1 侧流式圆网纸机工艺流程

表4 侧流式圆网纸机成纸性能指标

表5 斜网纸机成纸性能指标

综上,2号方案和 3号方案的配抄结果最好,纸机抄造实验表明,采用斜网式造纸机抄造的试样比测流式圆网纸机的成纸性能好,故选用 4#、5#、6#试样进行模拟性能测试。

2 性能测试和电池实效测试

2.1 成纸模拟辅助隔膜的使用性能测试

为了进一步对比辅助隔膜实用效果,进行了模拟使用条件 (电池化成、极板拆洗)测试。测试方法为:将样品剪裁成200mm×300 mm,在质量分数30%KOH中浸泡 2 h,测试吸碱收缩率和湿抗张强度,然后用蒸馏水洗至中性。再置于 80℃下烘干后,测试干燥后收缩率和抗张强度。测试结果如表6所示。

表6 成纸模拟辅助隔膜使用性能测试结果

由表6数据可以看出,在经历模拟使用 (如电池化成、极板拆洗)过程后,5#和 6#试样的关键性能比 4#试样好。因此可以排除 4#试样,利用 5#和 6#试样进行电池实效实验。

2.2 电池实效实验

2.2.1 涉及电性能的测试

采用上述 5#和 6#试样辅助隔膜进行了面积电阻指标测试,结果如表7所示。

表7 辅助隔膜面积电阻

测试结果证明,两种试样均符合锌银电池隔膜技术的企业标准[4]的要求,可以进入电池实效实验。

将辅助隔膜分别装入锌银贮备电池和锌银蓄电池,采用大电流放电和充放电循环的方式分别进行电池实效实验。

(1)某型鱼雷一次动力电池单体 (锌银贮备电池)放电数据

采用 5#辅助隔膜的锌银贮备电池放电数据如表8所示;采用 6#辅助隔膜的锌银贮备电池如表9所示。

表8 采用 5#辅助隔膜的锌银贮备电池放电数据

(2)某型鱼雷二次动力电池单体 (锌银蓄电池)充放电数据

采用 5#辅助隔膜的锌银蓄电池两个周期的放电数据如表10所示。

表10 采用 5#辅助隔膜的锌银蓄电池放电数据

上述数据表明,采用新型辅助隔膜的电池达到了总体设计指标要求,全面适用于锌银电池。经综合考虑选择 5#试样作为最终产品。

2.3 与原有辅助隔膜的性能比较

本实验研制的新型辅助隔膜与原有的打字蜡纸原纸辅助隔膜的性能比较见表11。

表11 新型辅助隔膜与原有辅助隔膜的性能比较

从表11可知,本研究研制的新型辅助隔膜与原有的打字蜡字辅助隔膜相比,性能明显提高。

3 结 论

3.1 采用维尼伦纤维、丝光化木浆、木浆为主体纤维,添加一定比例黏胶纤维制备的新型辅助隔膜综合性能优良,具有吸液速度较快、吸碱率较高、吸碱收缩率低、耐碱稳定性好等特点,现已作为负极辅助隔膜全面应用于锌银电池生产,提高了锌银电池的性能和各种极限条件下的可靠性。

3.2 紧密配合锌银电池的技术要求研制出的快速吸液辅助隔膜,也可以作为主隔膜在锌银贮备电池中使用,有助于提高电池激活速度,并且提高电池在各种极限环境中的可靠性。

[1] 郭炳锟,李新海,杨松青.化学电源[M].长沙:中南工业大学出版社,2000.

[2] 朱松然.蓄电池手册[M].天津:天津大学出版社,1998.

[3] 李景虹.先进电池材料[M].北京:化学工业出版社,2004.

[4] 中国电子科技集团第十八研究所.锌银电池隔膜[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 悦先生,工程师;长期从事碱性电池 (锌银电池)及其隔膜的研制生产工作。

(＊E-mail:vipq101@126.com)

2011-01-04(修改稿)

(责任编辑:常 青)