Фтористый углерод и способ его получения

 

Изобретение относится к соединениям на основе фтористого углерода типа (CF_x)_n и к технологии их получения и может быть использовано преимущественно при изготовлении электродов химических источников тока (ХИТ). Цель - улучшение емкостных и разрядных характеристик ХИТ. Изобретением является фтористый углерод для электродов ХИТ, содержащий CF и CF₂-группы в соотношении 2 - 4,5 : 1, при этом группы CF₂ внутри плоскостей (CF)_n, где n = 3000 - 50000, и соответствуют формуле CF_x, где x = 1,18 - 1,33. Изобретение представляет также способ получения фтористого углерода, включающий обработку сажи, уплотненной пиролитическим углеродом, фторирующим агентом - фтором или трифторидом хлора, и инертным газом, взятых в соотношении 1 : 1 - 3, при 200 - 400^oС. Фторуглерод содержит 65,5 - 67,8% фтора, обладает повышенной удельной поверхностью 350 - 500 м²/г и низкой пористостью. ХИТ с использованием электрода из фторуглерода CF_1,33 имеет ток разряда 100 мкА/см² при напряжении разряда 2,2 - 2,3 В. 2 с. и. 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к соединениям на основе фтористого углерода типа (CF_x)_n и к технологии их получения и может быть использовано преимущественно при изготовлении электродов химических источников тока.

Целью изобретения является улучшение емкостных и разрядных характеристик химических источников тока.

П р и м е р. 2 г углеродного материала, представляющего собой сажу, уплотненную пиролитическим углеродом, насыпают тонким слоем в никелевую лодочку и помещают в реактор, в который подают газовую смесь гелия и фтора при отношении He:F₂ 1:1 с расходом фтора 7 г/ч, Температура устанавливается 260^оС и фторирование проводят 3 ч, после чего реактор охлаждают в потоке инертного газа. Вес полученного продукта 2,4 г, содержание фтора 66,43±0,2. Состав соответствует формуле CF_1,25.

В табл.1. показано изменение состава, выхода, удельной поверхности фтористого углерода по изобретению в зависимости от условий его получения и процент энергоотдачи фтора катодом химического источника тока.

Получаемый фторуглерод состоит из частиц, которые являются полусферами, или, точнее, чечевицами с размером 500-2000 , толщиной около 50-250 . Межслоевое расстояние составляет 6,7 , а состав по данным химического анализа соответствует формуле CF_1,18-1,33. Объем пор составляет 0,5-0,6 см³/г, а удельная поверхность 350-500 м²/г. В ИК-спектре этого соединения наряду с сильной полосой при 1220 см^-1, относящейся к колебаниям С-F, присутствуют также сильные асимметричные колебаний CF₂-групп пpи 1070 и 1340 см^-1. Отсутствие других колебаний говорит о том, что CF₂-группы не образуют свой собственный скелет типа -CF₂-CF₂, а являются точечными, т.е. не связанными друг с другом. Группы CF₂ размещены внутри базальных плоскостей (CF)n, где n 3000-50000. Число n вычисляется исходя из размера частиц 500-2000 по базальной плоскости. Соотношение групп CF:CF₂ 2-4,5:1, при этом CF₂- группы размещены внутри плоскостей CF_n-скелета.

Фторуглерод по изобретению обладает повышенным содержанием фтора в пределах 65,5-67,8% и повышенной удельной поверхностью, составляющей 350-500 м²/г и имеет низкую пористость 0,5-0,6 см³/г. Благодаря высокой удельной поверхности фторуглерода химический элемент выдерживает кратковременную (2-3 с) нагрузку большим током (10-15 м˙А/см²).

В табл.2 представлены данные сравнительного анализа характеристик химических источников тока с использованием фторуглерода по изобретению и из прототипа.

Данные табл. 2 показывают, что фторуглерод по изобретению обеспечивает более высокое напряжение и ток разряда, а также большую удельную емкость химических источников тока, что повышает их эксплуатационные характеристики.

Формула изобретения

1. Фтористый углерод для электродов химических источников тока, содержащий группы CF и CF₂, отличающийся тем, что, с целью улучшения емкостных и разрядных характеристик химических источников тока, он содержит группы CF и CF₂ в соотношении 2 - 4,5 : 1, при этом группы CF₂ размещены внутри плоскостей (CF)_n, где n = 3000 - 50000.

2. Углерод по п.1, отличающийся тем, что он соответствует химической формуле CF_x, где x = 1,18 - 1,33.

3. Способ получения фтористого углерода, включающий обработку углеродного материала фторирующим реагентом и инертным газом, отличающийся тем, что, с целью улучшения емкостных и разрядных характеристик источников тока, в качестве углеродного материала используют сажу, уплотненную пиролитическим углеродом, и обработку ее ведут фторирующим реагентом в расчете на фтор и инертным газом, взятых в соотношении 1 : (1 - 3), при 200 - 400^oС.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве фторирующего реагента используют фтор или фторид хлора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2