專利名稱：鋅錳電池活化增容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于鋅錳電池活化增容處理的裝置，尤其是用間歇低頻脈沖限幅微電流對鋅錳電池進(jìn)行活化增容處理的裝置。
目前，公知的充電法(包括高頻整流電流)對鋅錳電池進(jìn)行充電，難以收到滿意效果。因該電池為一次電池，其作用物質(zhì)用完為止，不能反復(fù)使用，難以充電再生。現(xiàn)實(shí)的任務(wù)是，解決鋅錳電池能正常地釋放它的電量或增加其放電容量。
為便于對本實(shí)用新型的理解，首先對鋅錳電池的物理化學(xué)特性給以分析，并從中找出解決問題的方案。
從構(gòu)造上看，該電池的負(fù)極是鋅板制成的筒狀物，在其中放置由二氧化錳包圍石墨棒構(gòu)成的正極，其電解質(zhì)是由氯化鋅和氯化銨組成的復(fù)合溶液并與淀粉一起形成膠狀物。其書面表達(dá)式可寫成 鋅錳電池被廣泛應(yīng)用一百多年，我國目前年產(chǎn)已達(dá)70億只，但它的電極反應(yīng)及最終產(chǎn)物仍未被弄清楚(見《物理化學(xué)簡明教程》)印永嘉、高教版P93)。一般認(rèn)為它的電極反應(yīng)及電池反應(yīng)是負(fù)極Zn＋2NH4Cl－2e→Zn(NH3)2Cl2＋2H＋正極2MnO2＋2H＋＋2e→2MnOOH電池反應(yīng)Zn＋2NH4Cl＋2MnO2→Zn(NH3)2Cl2＋2MnOOH放電時，電池的極化和電導(dǎo)的變化，對其性能的影響是很大的。
鋅錳電池在放電過程中產(chǎn)生以下現(xiàn)象在有電流通過電極時，即產(chǎn)生極化作用，即濃差極化和電化學(xué)極化。前者因離子遷移，擴(kuò)散的遲緩性而引起，對于鋅錳電池而言，因其電解質(zhì)呈膠體狀態(tài)，其極化程度更為突出，而且趨向于永久化。而電化學(xué)反應(yīng)本身的遲緩性引起的電化學(xué)極化，因極板上面形成的Zn(NH3)2Cl2更使其加劇。與此同時，離子濃度的不均及電極上Zn(NH3)2Cl2和MnOOH的生成，致使電動勢降低，電導(dǎo)減小，即電池內(nèi)阻增大。電動勢的降低和內(nèi)阻的增大，形成循環(huán)效應(yīng)，導(dǎo)致電池在使用中常常在活性物質(zhì)尚未耗盡的情況下，便因其電性能迅速劣化而無法繼續(xù)使用甚至報廢，造成經(jīng)濟(jì)損失。
本實(shí)用新型的目的是提供一種用間歇低頻脈沖限幅電流作用于電極上，其沖擊電流和強(qiáng)電場作用，可改善極化狀態(tài)，改善正極芯上MnOOH的分布和改善負(fù)極一鋅板表面上生成的Zn(NH3)2Cl2阻檔層的物理化學(xué)狀態(tài)；改善電解質(zhì)的分布狀態(tài)，恢復(fù)其電動勢，提高電導(dǎo)、提高放電電流，達(dá)到恢復(fù)電性能、恢復(fù)或增加其實(shí)際放電容量的目的。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在塑料箱體內(nèi)安置由分壓電容器和整流管、開關(guān)管或場效應(yīng)管及安放在被處理電池支架上的電池構(gòu)成的串聯(lián)電路經(jīng)隔離開關(guān)接至交流電源上，該開關(guān)管(或場效應(yīng)管)的基極(或控制極)接至低頻振蕩單元的輸出側(cè)，該振蕩單元的輸入側(cè)接至?xí)r間控制單元的輸出側(cè)，各該單元由降壓電容和穩(wěn)壓管構(gòu)成的直流電源供給工作電源。
對電池施加間歇低頻脈沖電壓，電池的正極由陰極變?yōu)殛枠O，其負(fù)極由陽極變?yōu)殛帢O。由于電極極性的改變，引起電解液中離子濃度的變化，離子的遷移方向隨之改變，Zn向陰極遷移，在陰極上發(fā)生微弱的還原作用；在脈沖電場力的作用下，離子向相反的方向遷移和擴(kuò)散，使?jié)獠顦O化減小。在間歇低頻脈沖電壓沖擊下，極板上的Zn(NH3)2Cl2和MnOOH附著物的物理性狀發(fā)生改變，由其形成的阻擋層受沖擊電流作用而振動、分解、疏松、軟化，使離子運(yùn)動阻力減小，有利于提高電導(dǎo)。
上述過程需要長時間的持續(xù)進(jìn)行，間歇時間的意義在于每個外加電壓處理時間之后，給予一個休止時間，以便作用物質(zhì)熱運(yùn)動和緩沖，當(dāng)下一個脈沖段到來時，按新的路徑運(yùn)動和遷移，這種過程的積累得以實(shí)現(xiàn)電池的活化和增容的目的。
由于采用上述間歇低頻脈沖微電流對鋅錳電池進(jìn)行處理，可以改善電池的電化學(xué)性能，使其活性物質(zhì)得到充分利用，提高其電學(xué)性能恢復(fù)電動勢水平、提高電導(dǎo)、增加放電電流，提高實(shí)際放電容量。其方案簡單、效果優(yōu)于公知的充電方案。我國每年消耗數(shù)十億只鋅錳電池，若采用本實(shí)用新型對其在使用中進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕罨鋈萏幚?，將產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
本實(shí)用新型給出的附圖和實(shí)施例如下

圖1是本實(shí)用新型原理方框圖圖2是本實(shí)用新型間歇脈沖信號V01波形圖。
圖3是本實(shí)用新型間歇低頻脈沖信號V02波形圖。
圖4是本實(shí)用新型間歇低頻脈沖電壓μ及電流i波形圖。
圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例電原理接線圖。
圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例外形圖(局部剖視)。
圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例俯視圖。
圖8是R14電池附加套筒剖視圖。
圖9是R6電池附加套筒剖視圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一說明在圖1中，間歇振蕩器［1］產(chǎn)生間歇時間信號V01，其波形如圖2，此信號輸出至低頻信號發(fā)生器［2］，產(chǎn)生間歇低頻脈沖信號V02，其波形如圖3，以時基電路NE556為基礎(chǔ)構(gòu)成間歇低頻脈沖信號發(fā)生裝置實(shí)施例時(圖5的IC1和IC2)t1＝(R1＋R2)C·ln2≈0.693(R1＋R2)Ct2＝R2Cln2≈0.693R2C占空比q＝R2／(R1＋R2)此控制信號V02經(jīng)開關(guān)［39］輸出至開關(guān)管［3］，在其控制下，加在鋅錳電池組［4］兩端的為一系列的在導(dǎo)通時間t1內(nèi)，頻率為50Hz，包絡(luò)線為正弦曲線、半周期的電壓μ其調(diào)制頻率為f＝1／(t1＋t2)≈1.44(R3＋2R4)C2加在電池上的電壓波形，如圖4。本方案的特點(diǎn)是，實(shí)際作用在電池上的電壓為μ，只有當(dāng)μ上升到大于電池電動勢E時，才有電流i通過電池。這一電流為脈沖電流，受信號V02控制，其振幅受正弦率控制，其頻率為200～500Hz，經(jīng)過時間t1后，為仃時間t2，在此時間內(nèi)u＝0，i＝0，內(nèi)部僅發(fā)生熱運(yùn)動，當(dāng)次一周期到來時，電解質(zhì)中的離子遷移路徑和擴(kuò)散狀態(tài)重新開始，如此反復(fù)進(jìn)行的不重復(fù)狀態(tài)的總合，構(gòu)成了電解質(zhì)的重組和濃度的勻化，使?jié)獠顦O化和電化學(xué)極化改善，有利于電動勢的恢復(fù)。在脈沖電壓及微電流作用下，促進(jìn)局部的微弱的還原，Zn離子移向陰極而還原。這是復(fù)合電解質(zhì)中發(fā)生的過程。隨著電解質(zhì)濃度的勻化和在沖擊電流作用下，Zn(NH3)2Cl2和MnOOH的物理性狀的改變，均促使電導(dǎo)提高，增加放電電流強(qiáng)度。
圖5為電原理圖，當(dāng)工作狀態(tài)開關(guān)［39］置于位置1時，由IC1及IC2產(chǎn)生的間歇低頻脈沖信號V02加于場效應(yīng)管控制柵極，工頻市電經(jīng)分壓電容C5，整流管D4加到電池組B1～B4上，在V02信號控制下，電池組受到間歇低頻脈沖電壓μ的作用，流過相應(yīng)的電流i(圖4)。穩(wěn)壓管D6～D9分別與各節(jié)電池并聯(lián)，可防止過電壓，分壓電容C5、C6為高阻抗元件，既承擔(dān)分壓作用又起到限流作用，使被處理電池始終在限幅微流條件下工作，防止過流。端子1～8為伏安表轉(zhuǎn)換開關(guān)［37］的靜接點(diǎn)，該兩刀四位開關(guān)順序與其接通，可在線測量各電池的端電壓和定阻(5歐)放電電流。
本實(shí)用新型實(shí)施例構(gòu)造圖如圖6～圖9。
圖中4、電池箱5、伏安表6、箱蓋7、箱體8、插銷9、觸頭10、12、靜觸片11、13、鉚釘14、面板 15、16、插銷安全開關(guān)17～20、發(fā)光管21～24、“R20”電池25、“R6”電池26、“R6”套筒27、彈簧28、銅墊片29、“R14”電池30、“R14”套筒31、彈簧32、銅墊片33～36、彈簧37、伏安表轉(zhuǎn)換開關(guān)38、量程選擇開關(guān)39、工作狀態(tài)開關(guān)40、分壓開關(guān)。
在使用時，將電池裝好后，將透明箱蓋［6］扣在箱體［7］上面，此時插銷［8］即插入安全開關(guān)［15、16］中，使靜觸片［10、12］短接，市電經(jīng)開關(guān)接通進(jìn)入工作狀態(tài)，而各帶電部分處于封閉狀態(tài)，保證人手無法觸及，將箱蓋打開，電源自動斷開。如處理“R14”和“R6”電池時，可將其放入圖8和圖9所示的電池套筒［26、30］中，使其有與“R20”電池相同的高度，以便安放。
開關(guān)［40］置于位置2時，用于對“R20”處理，電流平均值按25～30毫安；開關(guān)位置為1時，用于“R14”和“R6”電池，電流為10～15毫安，處理時間約3～6小時。在處理過程中，其處理效果，可隨時用伏／安表檢測。
將工作狀態(tài)開關(guān)［39］置于2時，可對任何可充電池進(jìn)行充電。
間歇時間t1＝15／～20秒 T＝t1＋t2＝16.5～22秒t2＝1.5～2秒 f＝200～500Hz本實(shí)用新型的IC1IC2及其它電子元件均安裝在線路板上，該板可安放在箱體(7)左側(cè)的表盤下面的空間內(nèi)(圖中未畫出)，也可安放在整個箱體的下面，用塑料軟導(dǎo)線與相應(yīng)的電池架和開關(guān)、儀表等連接，開關(guān)(15、16)的焊片(12、10)的一端焊接導(dǎo)線后引至箱體外面成為電源引線，另一端則焊接導(dǎo)線接至電路板的電源進(jìn)線側(cè)，其余元件的連接與公知技術(shù)相同。盒蓋上的插入式觸頭(9)是直接由塑料體(8)與上蓋連在一體的，一次成型的，其外表面的導(dǎo)電部份為壓接的銅皮或在塑料體(8)上直接電鍍而成，它只通過較小電流，上蓋打開后，電源即被切斷，從而保證安全，上蓋為透明塑料制成。
權(quán)利要求1.一種鋅錳電池活化增容器，其特征是在塑料箱體[7]內(nèi)，安置由電容C5、C6及整流管D4，被處理電池[21-24]，開關(guān)管或場效應(yīng)管[3]構(gòu)成的串聯(lián)電路經(jīng)開關(guān)[15、16]接至交流電源上，該開關(guān)管或場效應(yīng)管[3]的基極(或控制極)接至低頻振蕩單元[2]的輸出側(cè)，該振蕩單元的輸入側(cè)則接至?xí)r間控制單元[1]的輸出側(cè)，它還包括，由電容C4、D1、C3和穩(wěn)壓管D5構(gòu)成的穩(wěn)壓單元其輸出電壓接至IG1、IG2的VDD端子上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活化增容器，其特征在于，箱體［7］上裝有安全開關(guān)［15、16］，該開關(guān)由裝在面板內(nèi)的靜觸片［10、12］和裝在箱蓋［6］上的帶有金屬觸頭［9］的插銷［8］構(gòu)成，箱蓋合上后，靜觸片［10］和［12］被接通，箱蓋打開時，插銷脫離，觸片［10］和［12］被斷開，該觸片［10］與電源線相連，觸片［12］與內(nèi)部接線相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活化增容器，其特征在于，各電池插座上分別設(shè)置穩(wěn)壓管D6～D9。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活化增容器，其特征在于，伏安表［5］的雙刀四位轉(zhuǎn)換開關(guān)［37］的靜觸點(diǎn)1～8，分別與電池插座連接，動觸點(diǎn)與伏安表［5］連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活化增容器，其特征在于，所述“R14”、“R6”電池套筒［26、30］，為絕緣筒［26、30］內(nèi)裝彈簧［27、31］與底部外面裝設(shè)金屬墊片［28、32］構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活化增容器，其特征在于t1＝15～20秒、t2＝1.5～2秒；電流值分別為25～30毫安和10～15毫安；處理時間3～6小時，低頻頻率為200～500Hz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活化增容器，其特征在于，工作狀態(tài)開關(guān)［39］，其位置1為間歇低頻脈沖電V02源；位置2為直接直流電壓源，在此位置時開關(guān)管持續(xù)導(dǎo)通，通過電池的電流為恒流充電電流。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用間歇低頻脈沖限幅電流對鋅錳電池進(jìn)行活化增容的裝置，該裝置由電容C
文檔編號H01M6/50GK2207631SQ9322173
公開日1995年9月13日 申請日期1993年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月13日
發(fā)明者霍佃玖 申請人:霍佃玖