Schiuma di nichel con porosità al 95% 75PPI per elettrodo negativo della batteria NiMH

1. Selezione del substrato in schiuma polimerica

La produzione inizia con la schiuma di poliuretano a cellule aperte-come modello sacrificale. La schiuma di poliuretano offre una struttura di rete tridimensionale completamente interconnessa-con distribuzione uniforme dei pori. La specifica PPI (pori per pollice)-normalmente compresa tra 75 PPI e 130 PPI per i prodotti a batteria-grado-determina l'apertura finale della schiuma e l'area superficiale. La schiuma polimerica funge da stampo architettonico attorno al quale viene costruito lo scheletro metallico.

2. Trattamento conduttivo (conduttivizzazione)

La schiuma di poliuretano è elettricamente isolante e richiede un trattamento conduttivo prima della deposizione del metallo. Si applicano tre metodi standard: nichelatura chimica, rivestimento adesivo conduttivo o deposizione sotto vuoto. I bagni di nichelatura chimica funzionano a pH 9,0–9,5 e a una temperatura di 45 gradi, utilizzando 30 g/L di NiSO₄ come fonte di nichel e 30 g/L di NaH₂PO₂ come agente riducente, ottenendo tassi di deposizione di circa 40 mg/(cm³h). Lo strato conduttivo garantisce una distribuzione uniforme della corrente durante la successiva elettrodeposizione.-La resistività influisce direttamente sull'uniformità della placcatura, con una resistività più elevata che rallenta le velocità di rampa della corrente.

3. Elettrodeposizione (placcatura al nichel)

La schiuma conduttivizzata diventa il catodo immerso in un bagno elettrolitico ricco di nichel-, in genere soluzioni di nichelatura a base di solfammato o solfato-. La densità di corrente e il tempo di placcatura controllano lo spessore finale dello strato di nichel. I bagni di solfammato mantengono la conduttività superiore a 200 mS/cm a 20 gradi. Placcatura a due stadi-zona di preplaccatura con deposito di 0,5–19 g/m² di nichel, seguita dalla zona di placcatura principale con inversione del flusso dell'elettrolita a frequenze comprese tra 1 mHz e 0,1 Hz-migliora l'uniformità del rivestimento sul substrato tridimensionale. I processi avanzati utilizzano l'elettrodeposizione a impulsi con parametri di densità di corrente di 2,0 A/dm², frequenza di 1000 Hz e ciclo di lavoro 1:5 per depositi uniformi a grana fine.

4. Trattamento termico (rimozione del polimero e sinterizzazione)

Il composito placcato viene sottoposto a un trattamento termico controllato in un forno a nastro continuo. Le temperature raggiungono i 600 gradi –1000 gradi in atmosfere riducenti come il gas di decomposizione dell'ammoniaca (rapporto N₂:H₂ 1:3) o l'idrogeno puro. Questa sinterizzazione in un'unica-fase raggiunge due obiettivi contemporaneamente: pirolisi del modello in poliuretano e legame metallurgico delle particelle di nichel depositate in una struttura auto-portante. Il trattamento dell'atmosfera riducente consuma 0,4–1,2 L di gas di decomposizione per grammo di nichel trattato. Il riscaldamento rapido a una temperatura maggiore o uguale a 600 gradi crea aperture nello strato di nichel, consentendo ai gas di decomposizione del polimero di fuoriuscire riducendo al minimo la contaminazione residua del carbonio. La ricottura finale in atmosfera riducente (800–1000 gradi, 30–60 minuti) trasforma il nichel fragile come-depositato in materiale duttile che soddisfa le specifiche di allungamento: longitudinale maggiore o uguale al 5%, trasversale maggiore o uguale al 12%. Il raffreddamento controllato in atmosfera di N₂/H₂ completa il processo, producendo schiuma di nichel continua con porosità maggiore o uguale al 95%, resistenza alla trazione longitudinale maggiore o uguale a 1,25 N/mm² e larghezza massima 930 mm.