Катодный материал

 

Использование: термохимические источники тока. Сущность изобретения: катодная масса содержит (в мас.%) оксидную ванадиевую бронзу Cu_xV₂O₅ , где 0.3≅ x≅ 0.85 , в количестве 20,0 - 33,3 и оксид ванадия V₂O₄ - 66,7 - 80,0. 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике и касается катодного материала химического источника тока, в частности термоэлектрохимических батарей, содержащих анод, катод и электролит между ними.

Известен катодный материал из оксидной ванадиевой бронзы (ОВБ) состава Cu_0,4V₂O₅.

Недостатками данного катодного материала является низкое разрядное напряжение в импульсном режиме (1,8 В при токе 1 А/см²), быстрый спад напряжения и низкая энергоемкость.

Наиболее близким к предлагаемому по химическому составу и назначению является катодный материал, состоящий из смеси ОВБ Li_xV₂O₅ (0,88≅ x ≅1) или LiV₃O₈ и оксидов VO_{2 + y} (0≅ y ≅0,05) или V₆O₁₃ + y (0 ≅ y≅ 0,5).

Недостатками этого катодного материала являются низкое разрядное напряжение в импульсном режиме (1,8 В при токе 1 А/см²) и малая энергоемкость.

Цель изобретения - повышение напряжения и удельных характеристик источника тока.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве катодного материала используют смесь соединений состава Cu_xV₂O₅˙nV₂O₄, где 0,3 ≅ х ≅ 0,85 и 2 ≅ n ≅ 4.

Данный катодный материал получают по обычной керамической технологии. Исходные вещества, взятые в стехиометрических количествах согласно реакции xCu + (n + 1)V₂O₅ + n/2C ->> ->>Cu_xV₂O₅˙nV₂O₄ + n/2CO₂ перетирают, брикетируют и прокаливают в атмосфере аргона в течение 5 ч сначала при 550, а затем 650^оС. Состав полученного катодного материала контролируют рентгенофазовым методом анализа.

Катод источника тока формируют путем напрессования катодного материала на никелевую металлическую подложку. Затем собирают элемент путем сжатия токоотводами катода, таблетки электролита и анода из сплава лития с бором (25 мас.% бора и остальное литий). В качестве электролита используют эвтектическую смесь хлорида, бромида и фторида лития состава, мол.%: LiCl - 31, LiBr - 47 и LiF - 22. Элемент активируют нагреванием до температуры 500-700^оС и проводят его разряд в выбранном режиме.

В таблице приведены данные по разрядным характеристикам элементов, собранных с предложенными катодными материалами в импульсном режиме при разрядном токе 1 А/см², длительности импульса 100 м.сек и температуре 500-700^оС.

Согласно этим результатам катодный материал Cu_xV₂O₅˙nV₂O₄ (0,3 ≅ x ≅ 0,85 и 2 ≅ n ≅ 4) обладает самыми высокими характеристиками по сравнению с прототипом. При х меньше 0,3 в соединениях Cu_xV₂O₅ присутствует примесь V₂O₅, а при х больше 0,85 резко снижаются напряжение и удельные характеристики источника тока (см. таблицу). Величина 2 ≅ n≅ 4 является оптимальной и обеспечивает высокие характеристики источника тока. При х меньше 2 и больше 4 напряжение и удельные характеристики катодного материала уменьшаются (см. таблицу).

Таким образом, химические источники тока с предлагаемым катодным материалом Cu_xV₂O₅˙nV₂O₄ (0,3≅ x≅ 0,85 и 2≅ n≅ 4) обладают лучшими удельными характеристиками по сравнению с основными известными. По сравнению с прототипом LiV₂O₅˙2V₂O₄ использование смеси Cu_xV₂O₅˙nV₂O₄ в качестве катодного материала химических источников тока позволяет увеличить разрядное напряжение одного элемента максимум в ≈ 1,3 раза, удельную емкость в ≈ 3,2 раза и удельную энергию в ≈ 3,6 раза при разрядном токе 1 А/см² и температуре 500-700^оС.

Формула изобретения

КАТОДНЫЙ МАТЕРИАЛ на основе смеси оксидных ванадиевых бронз с оксидами ванадия, отличающийся тем, что, с целью повышения напряжения и удельных характеристик источника тока, в качестве оксидной ванадиевой бронзы взято соединение Cu_xV₂O₅, где 0,3 ≅ x ≅ 0,85, в качестве оксида ванадия соединение V₂O₄ при следующем соотношении компонентов, мол.%: Cu_xV₂O₅ 20,0 - 33,3 V₂O₄ 66,7 - 80,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2