星期三,三月16 2011 18:57

電池

評價這個項目
(0票)

術語 電池 指個體的集合 細胞, 它可以通過化學反應發電。 細胞被歸類為 or 次要. 在原電池中,產生電子流的化學反應是不可逆的,因此電池不容易充電。 相反,二次電池必須在使用前充電,這是通過使電流通過電池來實現的。 二次電池的優點是它們經常可以通過使用反复充電和放電。

日常使用的經典原電池是 Leclanché 乾電池,之所以這樣稱呼是因為電解質是糊狀的,而不是液體。 Leclanché電池的典型代表是用於手電筒、便攜式收音機、計算器、電動玩具等的圓柱形電池。 近年來,諸如鋅-二氧化錳電池之類的鹼性電池在此類用途中變得更加普遍。 微型或“鈕扣”電池已用於助聽器、計算機、手錶、照相機和其他電子設備。 氧化銀-鋅電池、汞電池、鋅-空氣電池和鋰-二氧化錳電池是一些示例。 圖 1 是典型鹼性微型電池的剖視圖。

圖 1. 鹼性微型電池剖視圖

ELA030F1

經典的二次電池或蓄電池是鉛酸電池,廣泛用於交通行業。 二次電池也用於發電廠和工業。 可充電、電池供電的工具、牙刷、手電筒等是二次電池的新市場。 鎳鎘二次電池正變得越來越流行,特別是在用於應急照明、柴油機啟動以及固定和牽引應用的袖珍電池中,可靠性、長壽命、頻繁充電和低溫性能超過了它們的額外成本。

正在開發的用於電動汽車的可充電電池使用硫化鋰亞鐵、鋅氯和鈉硫。

表1給出了一些常見電池的成分。

表 1. 常見電池的成分

類型的電池

負極

正極

電解液

原代細胞

勒克朗歇乾電池

二氧化錳

水、氯化鋅、氯化銨

鹼性

二氧化錳

氫氧化鉀

汞(魯本氏細胞)

氧化汞

氫氧化鉀、氧化鋅、水

銀色

氧化銀

氫氧化鉀、氧化鋅、水

二氧化錳

氯酸鋰,LiCF3SO3

二氧化硫

二氧化硫、乙腈、溴化鋰

   

亞硫酰氯

氯化鋁鋰

空氣中的鋅

氧化鋅、氫氧化鉀

二次電池

鉛酸

領導

二氧化鉛

稀硫酸

鎳鐵(愛迪生電池)

氧化鎳

氫氧化鉀

鎳鎘

氫氧化鎘

氫氧化鎳

氫氧化鉀,可能是氫氧化鋰

銀鋅

鋅粉

氧化銀

氫氧化鉀

 

製造過程

雖然不同類型電池的製造過程存在明顯差異,但有幾個過程是共同的:稱重、研磨、混合、壓縮和乾燥組成成分。 在現代電池工廠中,許多這些過程都是封閉的和高度自動化的,使用密封設備。 因此,在稱重和裝載期間以及設備清潔期間可能會接觸到各種成分。

在較舊的電池工廠中,許多研磨、混合和其他操作都是手動完成的,或者將成分從過程的一個步驟轉移到另一個步驟也是手動完成的。 在這些情況下,吸入灰塵或皮膚接觸腐蝕性物質的風險很高。 防塵操作的預防措施包括全封閉和機械化處理和稱重粉末、局部排氣通風、日常濕拖和/或吸塵以及在維護操作期間佩戴呼吸器和其他個人防護設備。

噪音也是一種危害,因為壓縮機和包裝機噪音很大。 噪音控制方法和聽力保護計劃必不可少。

許多電池中的電解質含有腐蝕性氫氧化鉀。 外殼和皮膚和眼睛保護是指示的預防措施。 暴露於有毒金屬微粒也可能發生,例如氧化鎘、汞、氧化汞、鎳和鎳化合物,以及鋰和鋰化合物,它們在特定類型的電池中用作陽極或陰極。 鉛酸蓄電池,有時稱為蓄電池,可能涉及相當大的鉛暴露危害,在“鉛酸電池製造”一文中單獨討論。

鋰金屬具有很高的反應活性,因此鋰電池必須在乾燥的環境中組裝,以避免鋰與水蒸氣發生反應。 某些鋰電池中使用的二氧化硫和亞硫酰氯會危害呼吸道。 用於鎳氫電池的氫氣具有火災和爆炸危險。 這些以及新開發的電池中的材料需要採取特殊的預防措施。

勒克朗謝細胞

Leclanché 乾電池的生產如圖 2 所示。正極或陰極混合物包含 60% 至 70% 的二氧化錳,其餘部分由石墨、乙炔黑、銨鹽、氯化鋅和水組成。 將乾燥的細磨二氧化錳、石墨和乙炔黑稱重並送入研磨混合機; 加入含有水、氯化鋅和氯化銨的電解液,將配製好的混合物在手動壓片機或壓片機上壓片。 在某些情況下,混合物會在烘箱中乾燥、過篩並在壓片前重新潤濕。 在讓藥片變硬幾天后,在手工餵食的機器上進行檢查和包裝。 然後將團塊放在托盤中並浸泡在電解液中,現在可以進行組裝了。

圖 2. Leclanché 電池生產

ELA030F2

陽極是鋅外殼,由鋅坯料在熱壓機上製備(或將鋅片折疊並焊接到外殼上)。 由浸泡在電解質中的玉米和麵粉澱粉組成的有機凝膠狀糊狀物在大桶中混合。 配料通常是從袋子裡倒出來的,不稱重。 然後用鋅屑和二氧化錳純化混合物。 在電解液中加入氯化汞,與鋅容器內部形成汞齊。 這種糊狀物將形成導電介質或電解質。

通過將所需量的膠狀糊狀物自動倒入鋅殼中以在鋅容器上形成內襯來組裝電池。 在某些情況下,在添加凝膠狀糊狀物之前,通過倒入並倒空鉻酸和鹽酸的混合物來對錶殼進行鉻酸鹽處理。 然後將陰極團塊放置在外殼的中心位置。 碳棒放置在陰極的中央,用作集電器。

然後用熔化的蠟或石蠟密封鋅電池並用火焰加熱以提供更好的密封。 然後將電池焊接在一起形成電池。 電池的反應是:

2氧化錳2 + 2 新罕布什爾州4Cl + Zn → ZnCl2 + H.2O2 + 錳2O3

工人在稱重、攪拌機裝載、研磨、清潔烤箱、篩選、手壓和包裝過程中可能會接觸到二氧化錳,具體取決於自動化程度、密封外殼和局部排氣通風。 在手工壓制和濕包時,可能會接觸到潮濕的混合物,乾燥後會產生可吸入的粉塵; 暴露於具有輕微腐蝕性的電解質可能會導致皮炎。 個人衛生措施、用於清潔和維護操作的手套和呼吸保護裝置、淋浴設施以及用於工作和便服的單獨儲物櫃可以降低這些風險。 如上所述,包裝機和壓片機可能會產生噪音危害。

在凝膠狀糊狀物的製造過程中混合是自動進行的,唯一的暴露是在添加材料的過程中。 在將氯化汞添加到膠狀糊狀物的過程中,存在吸入和皮膚吸收以及可能的汞中毒的風險。 LEV 或個人防護設備是必要的。

在鉻酸鹽處理過程中暴露於鉻酸和鹽酸的溢出物以及暴露於焊接煙霧和加熱密封化合物產生的煙霧也是可能的。 鉻酸鹽處理過程的機械化、使用手套和 LEV 進行熱封和焊接是適當的預防措施。

鎳鎘電池

當今製造鎳鎘電極最常用的方法是將活性電極材料直接沉積到多孔燒結鎳基板或板中。 (參見圖 3。)板材是通過將燒結級鎳粉(通常由羰基鎳分解製成)的糊狀物壓入鍍鎳穿孔鋼板(或鎳網或鍍鎳鋼網)的開放網格中製備的然後在烘箱中燒結或乾燥。 然後可以將這些板切割、稱重和鑄造(壓縮)用於特定目的,或者捲成螺旋形用於家用型電池。

圖 3. 鎳鎘電池生產

ELA030F3

然後用硝酸鎳溶液浸漬燒結板作為正極或用硝酸鎘溶液浸漬負極。 這些板經過漂洗和乾燥,浸入氫氧化鈉中形成氫氧化鎳或氫氧化鎘,然後再次洗滌和乾燥。 通常下一步是將正極和負極浸入含有 20% 至 30% 氫氧化鈉的大型臨時電池中。 運行充電-放電循環以去除雜質,並且移除、洗滌和乾燥電極。

製造鎘電極的另一種方法是製備氧化鎘與石墨、氧化鐵和石蠟混合的糊狀物,將其研磨並最終在滾筒之間壓實以形成活性材料。 然後將其壓入移動的穿孔鋼帶中,將其乾燥,有時壓縮並切成板。 在此階段可以連接接線片。

接下來的步驟涉及電池和電池組裝。 對於大型電池,然後將單獨的電極組裝成電極組,電極組具有相反極性的板與塑料隔板交錯。 這些電極組可以螺栓連接或焊接在一起,並放置在鍍鎳鋼外殼中。 最近,引入了塑料電池外殼。 電池充滿氫氧化鉀電解質溶液,其中也可能含有氫氧化鋰。 然後將電池組裝成電池並用螺栓固定在一起。 塑料電池可以粘合或粘合在一起。 每個電池都通過一個引線連接器連接到相鄰的電池,在電池的兩端留下正極和負極。

對於圓柱形電池,將浸漬板組裝成電極組,方法是將由惰性材料隔開的正極和負極纏繞成緊密的圓柱體。 然後將電極筒放入鍍鎳金屬外殼中,加入氫氧化鉀電解液,並通過焊接將電池密封。

鎳鎘電池充放電所涉及的化學反應為:

接觸鎘的主要潛在途徑是處理硝酸鎘及其溶液,同時用氧化鎘粉末製成糊狀物和處理乾燥的活性粉末。 在從廢板中回收鎘的過程中也可能發生接觸。 封閉和自動稱重和混合可以在早期步驟中減少這些危害。

類似的措施可以控制對鎳化合物的接觸。 從羰基鎳生產燒結鎳,雖然是在密封機械中進行的,但可能會接觸到劇毒的羰基鎳和一氧化碳。 該過程需要持續監測氣體洩漏。

處理苛性鉀或氫氧化鋰需要適當的通風和個人防護。 焊接會產生煙霧並需要 LEV。

健康影響和疾病模式

傳統電池製造中最嚴重的健康危害是鉛、鎘、汞和二氧化錳暴露。 鉛危害在本章其他地方討論, 百科全書. 鎘會導致腎臟疾病並致癌。 在美國的鎳鎘電池工廠中發現鎘暴露很普遍,由於血液和尿液中的鎘含量高,許多工人不得不根據職業安全與健康管理局的鎘標準規定進行醫療離職(McDiarmid 等人,1996 年) . 汞會影響腎臟和神經系統。 對幾個汞電池廠的研究表明過度接觸汞蒸氣(Telesca 1983)。 在鹼性乾電池製造中的粉末混合和處理過程中,二氧化錳暴露量很高(Wallis、Menke 和 Chelton,1993 年)。 這會導致電池工人的神經功能缺陷(Roels 等人,1992 年)。 如果吸收過量的錳粉塵,會導致類似於帕金森綜合症的中樞神經系統疾病。 其他值得關注的金屬包括鎳、鋰、銀和鈷。

接觸電池電解液中使用的氯化鋅、氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鋰溶液會導致皮膚灼傷。

 

背部

更多內容 9663 最後修改於 30 年 2022 月 21 日星期六 15:XNUMX
更多此類別中: « 鉛酸電池製造 電纜製造 »

" 免責聲明:國際勞工組織不對本門戶網站上以英語以外的任何其他語言呈現的內容負責,英語是原始內容的初始製作和同行評審所使用的語言。自此以來,某些統計數據尚未更新百科全書第 4 版的製作(1998 年)。”

內容

電器和設備參考

Ducatman, AM, BS Ducatman 和 JA Barnes。 1988. 鋰電池危害:新技術對老式規劃的影響。 佔領醫學雜誌 30:309–311。

健康與安全執行官 (HSE)。 1990. 人造礦物纖維。 行政指導說明 EH46。 倫敦:HSE。

國際癌症研究機構 (IARC)。 1992. 關於人類致癌風險評估的專著,卷。 54. 里昂:IARC。

Matte TD、JP Figueroa、G Burr、JP Flesch、RH Keenlyside 和 EL Baker。 1989. 牙買加鉛酸電池工人中的鉛暴露。 Amer J Ind Med 16:167–177。

McDiarmid、MA、CS Freeman、EA Grossman 和 J Martonik。 1996. 接觸鎘工人的生物監測結果。 Amer Ind Hyg Assoc J 57:1019–1023。

Roels、HA、JP Ghyselen、E Ceulemans 和 RR Lauwerys。 1992. 評估接觸二氧化錳粉塵的工人的錳允許接觸水平。 英國工業醫學雜誌 49:25–34。

特萊斯卡,博士。 1983. 汞使用和加工的健康危害控制系統調查。 報告編號 CT-109-4。 俄亥俄州辛辛那提:NIOSH。

Wallis, G, R Menke 和 C Chelton。 1993. 一次性負壓半面罩防塵呼吸器 (3M 8710) 的工作場所現場測試。 Amer Ind Hyg Assoc J 54:576-583。