Катод высокотемпературного химического источника тока
1. КАТОД ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХЖИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА, содержащий серу или селен в пористой матрице, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы путем увеличения механической прочности, матрица выполнена из безводного цеолита. 2. Катод по п. 1, о т л и ч а ю |Ц и и с я тем, что, с целью повышения электропроводности, матрица выполнена из безводного цеолита с добавкой порошка графита в количестве 5-16 вес.|. 3.Катод по пп. 1-2, отличающийся тем, что матрица выполнена из безводного цеолита со стабилизирующей добавкой, выбранной из группы веществ, содержащей фосфор , мышьяк и сурьму. 4.Катод по пп. 1-i, о т л и чающийся тем, что, матрица выполнена из безводного цеолита с теплотой сорбции серы или селена 20-200 ккал/г.ат. 5.Катод по п. 1, о т л и ч а юi щ и и с я тем, что матрица выполне (Л на из безводного цеолита .состава a..j204g. 6.Катод по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что матрица выполнена из безводного цеолита состава Na, Al,,04g. 7.Катод по п. .1 , о т л и ч а ющ и и с я тем, что матрица выполнена из безводного цеолита состава Na8e/U.e6Stfoe0384.
СОО3 СОВЕТСКЙХ .
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
3цу H 01 M 10/39
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К ПАТЕНТУ
ГОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2588854/24-07 (22) 09.03.78 (31) 77/1433 (32) 09.03.77 (33) ЮАР (46) 15.06.83, Бюл. И 22 (72) Иоган Коетзер (NAP) (71) Дзе Саут Африкан Инвеншнз Дивелопмент Корпорейшн (ВАР) (53) 621. 3.035,225.254(088.8) (56) 1. Итоги науки и техники. Гене- раторы преобразования тепловой и химической энергии,в электрическую, т. 5. И., 1979, с. 35-41.
2. Патент США N 3966492/136-6, 1976. (54)(57) 1. КАТОД ВЫСОКОТЕИПЕРАТУР" .НОГО ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА„ содержащий серу или селен в пористой матрице, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы путем увеличения механической прочности, матрица выполнена из безводного цеолита.
2. Катод по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше„.ЯО„„Л 924020 А ния электропроводности, матрица выполнена из безводного цеолита с добавкой порошка графита в количестве
5-16 вес. Ф.
3. Катод по пп. 1-2, о т л ич а ю шийся тем, что матрица выполнена из безводного цеолита со стабилизирующей добавкой, выбранной из группы веществ, содержащей фосфор, мышьяк и сурьму.
4. Катод по пп. 1-4, о т л ич а ю шийся тем, что, матрица выполнена из безводного цеолита с теплотой сорбции серы или селена
20-200 ккал/r.àò.
5. Катод по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что матрица выполнена из безводного цеолита состава
Qg А1 г $ 04Д
6. Катод по и. 1, отличаюшийся тем, что матрица выполнена из безводного цеолита состава вч 4т Я р 049
7. Катод по п..1, о т л и ч а юшийся тем, что матрица выполнена из безводного цеолита состава
Иавф1ee S4oa 0 В4.
1024020 2
Изобретение относится к химичес"
«им источникам тока и касается катода высокотемпературного источника тока.
Известно лишение подвижности серных катодов использованием сульфидов переходных металлов, таких как сульфиды железа, в качестве катодов (11.
Однако сульфид железа является высококоррозионным и поэтому возникает необходимость использования в качестве коллектора тока специального материала, например молибдена.
Кроме того, расширение сульфида железа во время циклов зарядки и разрядки может привести к механическому разрушению катодов.
Наиболее близким к предлагаемому является катод высокотемпературного источника тока, содержащий серу или селен в пористой матрице из графитового фетра (2).
Этот катод имеет недостаточную механическую прочность, что приводит к снижению срока его службы.
Цель изобретения - повышение срока службы путем увеличения механической прочности катода.
Цель достигается тем, что в качестве матрицы берут обезвоженный кристаллический цеолит, который может содержать для повышения электропроводности порошок графита в количестве 5-16 вес.3 или стабилизирующую добавку из группы, содержащей фосфор, мышьяк и сурьму, чтобы снизить летучесть сорбированной серы или селена в матрице, матрица может иметь теплоту сорбции серы или селена 20200 ккал/г ат.
ЦеОлит может иметь состав,-например ° KggAQg Sgg 0щ ° или "8 1 „
Ощ, или Бар АЗ. Бх д 0 9 .
Термин "цеолиты" означает класс кристаллических или аморфных природных или синтетических материалов, которые содержат алюминий и кремний в определенных пропорциях. Обычно цеолиты содержат подвижные молекулы воды, которые могут быть удалены обратимо посредством нагревания или откачки. Цеолиты, как правило, обладают упррядоченной внутренней структурой, обнаруживают большую внутреннюю поверхностную область и отличаются присутствием многочисленных регулярных последовательностей молекулярных угулублений. Цеолиты в гидрат ной форме могут быть представлены следующей структурной формулой
М j>,.0 A1 0 ХЯ10 YH 0, где М - катион с валентностью и;
Х и Y - -независимые переменные, которые являются функцией состава начальной смеси и способа образования.
Показатель теплоты сорбции показы10
15 вает, что цеолит удерживает сорбированную серу или селен при работе ка" тода во всем диапазоне рабочих температур. Катод остается стабильным физически и химически при нормальной работе источника тока. Цеолиты - хорошие ионные, но плохие электронные проводники. Сера и селен, пока не находятся в расплавленном состоянии, также плохие электронные проводники.
Количество материала с электронной проводимостью выбирается таким, чтобы обеспечивать желаемый баланс между доступом электролита и электронной проводимостью при использовании высокотемпературного элемента.
Общая масса материала с электронной проводимостью должна быть как можно меньше для получения максимального
Предлагаемый катод, содержащий серу или селен, сорбированные в подходящем цеолите, - плохой электронный проводник, поэтому требует включения электроннопроводящего материала. Однако соответствующие кристаллы цеолита с сорбированными серой или селеном образуют материал катода, каждый кристалл которого проявляет необходимую электронную проводимость.
Тем не менее предлагаемый катод мо" жет при необходимости включать материалы с электронной проводимостью между отдельными кристаллами катода, увеличивая тем самым электронную проводимость катода.
Если материал с электронной проводимостью является графитом, то он может быть в форме пористого покрытия кристаллов цеолита, или в форме порошка, смешанного с кристаллами цеолита. Пористое покрытие. обеспечивает свободный доступ электролита внутрь пор, полостей и каналов цеолита. Слой графита должен быть пористым, его должно быть как можно меньше, так как графит может действовать как электролитический барьер, ограничивая достоял электролита к сере или селену.
1024020
1,80 1,80
Напряжение холостого хода, В 1,80
1,70
Ток короткого замыкания, мА/см
1100 1000 500
500
Плотность энергии, Вт ч/кг
404 350 130
280
Максимальная мощность, Вт/см
0)5 0)4 0 2
0,2
Эффективность, 4) кулоновская
98
90
Использование S или
Se 4
6165
Примечание. Серу и селен включает сорбированный тип, а цеолитный тип может быть следующего состава: 4А Na<> Si«04<, ЗА К1ъА1,120 1т 48 13Х Na
Составитель К. Вейсбейн
Техред A. Бабине Корректор С. Шекмар
Редактор К. Волощук
Заказ 425. /52 Тираж 703 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, отношения энергии к весу. Для получения таблетки с эффективной электронной проводимостью к цеолиту необходимо добавить 5"16ã., а при йеобходимости и больше (до 60 вес. ) порошкообразного графита.
Уплотнение катода проводят для образования катодных дисков или таблеток с достаточной механической прочностью для получения самонесущей структуры. Диски могут быть обезвожены в вакууме при 400 С, а затем
О пропитаны серой в вакууме при 320 С.
Поглощается примерно 70 серы.
Стабилизирующая. добавка мышьяка, фосфора или сурьмы уменьшает давление паров серы или селена, а следовательно, и их тенденцию к испарению.
Считается, что эти элементы образуют ковалентные связи с кольцевыми или
5 цепочными структурами серы или селена.
Источник тока содержит анод из сплава ЫА1) катод, состоящий из
1о графитовой чаши с цеолитом и адсорбированной серой, и электролит из расплавляемой эвтектики ионов лития и калия.
В таблице представлены характерисf5 тики элементов с различными цеолитами °
