Пиротехнический источник электрического тока



Пиротехнический источник электрического тока
Пиротехнический источник электрического тока

 


Владельцы патента RU 2519274:

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ" (RU)

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам электрического тока одноразового действия, и может быть использовано, например, для автономного питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств и т.п. Пиротехнический источник тока представляет собой батарею высокотемпературных гальванических элементов (ВГЭ), выполненных в виде набора многослойных пиротехнических зарядов с избытком окислителя в катоде и избытком горючего в аноде, разделенных сепаратором из асбеста, диспергированного в электролите, содержащем фториды металлов и диоксид циркония, соединенных последовательно, посредством токоотводов из металлической фольги, и связанных с торцевыми пиронагревателями и воспламенительной лентой. Оптимизация тепловых и электрохимических режимов окислительно-восстановительных процессов в ВГЭ обеспечивается заявленным качественным и количественным составом компонентов электродов и сепаратора, а также их оптимальной толщиной. Снижение времени выхода на рабочий режим и повышение длительности работы ВГЭ является техническим результатом заявленного изобретения. 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии электродных пиротехнических составов в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам электрического тока одноразового действия, предназначенным для работы в режиме ожидания. Они нашли применение для автономного задействования и питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств, исполнительных механизмов и систем управления (пироэнергодатчики, реле, микроэлектродвигатели, и т.д.).

Уровень данной области техники характеризует пиротехнический генератор (источник) электрического тока (ПИТ) по патенту РФ №2095745, МКИ F42C 11/00; Н01М 6/20, который представляет собой высокотемпературный гальванический элемент (ВГЭ) и состоит из разделенных диэлектрическим сепаратором пиротехнических электродов, выполненных в виде тонких зарядов (пластин).

Анодная и катодная пиротехнические композиции включают горючее, окислитель и неорганическое связующее - асбест, причем анод выполнен в виде пиротехнического заряда с избытком горючего, а катод - с избытком окислителя. Анод содержит (масс.%): 37-83 циркония, 15-51 бария хромовокислого или оксида меди, 2-12 асбеста. Катодная композиция включает 3-28 циркония, 60-95 оксида меди, 2-12 асбеста (масс.%), сепараторная композиция содержит (масс.%), асбест 3-20, фторид лития, или фторид щелочноземельного металла или их смесь 80-97. Сепаратор может содержать дополнительно диоксид циркония в количестве до 60% по массе.

Воспламенительный импульс инициирует одновременное воспламенение и горение анодного и катодного пиротехнических зарядов. Тепло, выделяющееся при их сгорании, расплавляет электролит, находящийся в сепараторе, который обеспечивает ионный контакт между продуктами сгорания электродов. Благодаря этому на аноде происходит электрохимическое окисление горючего - циркония, а на катоде - восстановление окислителя (оксида меди).

Недостатками известного ПИТ являются длительное время выхода на режим и малое время работы, что обусловлено высоким и нестабильным внутренним сопротивлением из-за неупорядоченной структуры высокотемпературных продуктов реакций в электродах, неоптимальными составами электродных композиций и возможностью вытекания расплавленного электролита.

Большинство из упомянутых недостатков устранено в более совершенной конструкции ПИТ по патенту РФ №2364989 МКИ Н01М 6/20, который по числу совпадающих признаков выбран в качестве прототипа (наиболее близкого аналога заявляемому техническому решению).

ПИТ по патенту РФ №2364989 представляет собой установленную в корпусе и имеющую два изолированных токовывода батарею ВГЭ, каждый в виде многослойных пиротехнических зарядов с избытком окислителя в катоде и избытком горючего в аноде, разделенных сепаратором из асбеста, диспергированного в электролите, включающем фториды металлов и диоксид циркония. В качестве горючего анод и катод содержат цирконий, в качестве окислителя анод содержит барий хромовокислый, а катод - оксид меди. ВГЭ соединены последовательно посредством помещенных между ними токоотводов в форме металлических дисков из фольги толщиной 11-13% толщины гальванических элементов и связаны с электровоспламенителем огневой цепью, включающей торцевые пиронагреватели, соединенные воспламенительной лентой, при этом в корпусе напротив токовыводов выполнены пазы. Структурные составляющие ВГЭ содержат соответственно (масс.%):

катод: цирконий - 12-16
оксид меди - 78-86
асбест - 3-5;
сепаратор: фториды металлов- 46-50
диоксид циркония- 46-50
асбест- 3-5;
анод: цирконий - 75-81
оксид меди - 16-20
асбест - 3-5;

торцевые пиронагреватели и воспламенительная лента, изготовленные вакуумным осаждением водной взвеси, содержат компоненты в соотношении (масс.%):

цирконий 27-30
барий хромовокислый 65-70
асбест 3-5

Цирконий обеспечивает анодный потенциал, а в качестве горючего - высокую скорость горения электродных элементов и воспламенительной ленты, минимальное время выхода источника тока на режим. Оксид меди и барий хромовокислый выполняют функции окислителя, причем оксид меди обеспечивает катодный потенциал.

Фторид лития или смесь фторида лития с фторидами щелочноземельных металлов при рабочей температуре обеспечивают ионную проводимость между конденсированными продуктами сгорания анода и катода и возможность протекания электрохимического процесса между ними.

Диоксид циркония в сепараторе способствует повышению стабильности напряжения за счет сохранения качества электрических контактов благодаря снижению возможности вытекания расплава, усадки сепаратора после плавления фторидов металлов и улучшения структуры продуктов электрохимических реакций электродов с электролитом.

Асбест, введенный в электроды и сепаратор, принимает непосредственное участие в токообразующих процессах благодаря химико-термической активации поверхности волокон во фронте горения. Кроме того, он обеспечивает возможность формования тонких пластинчатых электродов и сепаратора, придавая пиротехническим электродам высокую чувствительность к тепловому инициирующему импульсу. В результате этого повышаются быстродействие батареи и удельные характеристики.

Для обеспечения возможности прямого преобразования химической энергии электродных композиций в электрическую энергию в режиме горения в анод введен окислитель, а в катод - горючее. Тепло, выделяющееся при горении пиротехнических электродов, обеспечивает плавление электролита в сепараторе и возможность генерирования тока.

В известном ПИТ количественный состав пиротехнических композиций анода, катода и сепаратора, образующих ВГЭ, не оптимизирован. Не сбалансировано соотношение окислителя в продуктах сгорания катода и горючего в продуктах сгорания анода, соотношение электролита и активных электродных материалов (горючего и окислителя в продуктах сгорания электродов). Кроме того, не оптимально соотношение тепла, выделяющегося при сгорании пиротехнических электродов и сепаратора, и тепла, необходимого для плавления электролита в сепараторе и нагрева расплава до рабочей температуры. Это не в должной мере обеспечивает быстрое и одновременное воспламенение всех пиротехнических электродов, что увеличивает время активации (достижения рабочего значения электрических характеристик) и уменьшает длительность генерирования тока, не позволяет использовать известный ПИТ для комплектации современных и перспективных изделий специального назначения, испытывающих значительные эксплуатационные перегрузки.

Следовательно, недостатками известного ПИТ являются длительное время выхода на режим и малая продолжительность генерирования рабочей силы тока, недостаточная стабильность характеристик, что обусловлено неоптимальным соотношением количества активных электродных материалов и электролита в ВГЭ, низкой скоростью горения воспламенительной ленты и недостаточно интенсивным диспергированием продуктов ее сгорания.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование ПИТ для улучшения показателей назначения (основных технических характеристик) и повышения его функциональной надежности.

Требуемый технический результат достигнут тем, что структурные составляющие ВГЭ заявляемого ПИТ содержат соответственно (масс.%):

анод - цирконий - 74-80
оксид меди - 17-21
асбест - 3-5
катод - цирконий - 13-17
оксид меди - 77-85
асбест - 3-5,

сепаратор выполнен двухслойным, в виде набора из двух пластин, компоненты которых взяты в следующем соотношении (масс.%):

пластина, контактирующая с анодом - фториды металлов - 47-51
диоксид циркония - 46-49
асбест - 3-4
пластина, контактирующая с катодом - цирконий - 21-24
барий хромовокислый - 71-76
асбест - 3-5,

при соотношении толщин (масс) анода, сепаратора и катода (2:(5-6):1), а торцевые пиронагреватели и воспламенительная лента в составе батареи изготовлены вакуумным осаждением водной взвеси компонентов, взятых в соотношении (масс.%):

цирконий 36-40
барий хромовокислый 56-60
асбест 3-5

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый ПИТ отличается тем, что анод, катод и сепаратор каждого ВГЭ имеют новое соотношение компонентов (оптимизированы их рецептуры и толщины), сепаратор выполнен двухслойным и определенным образом ориентирован в ВГЭ, а торцевые пиронагреватели и воспламенительная лента в батарее изготовлены вакуумным осаждением водной взвеси компонентов с иным соотношением по массе (с другой рецептурой). Отличительные признаки обеспечили возможность оптимизации тепловых и электрохимических режимов окислительно-восстановительных процессов как в электродах и сепараторе, так и между продуктами сгорания. Это позволило существенно улучшить характеристики заявляемого ПИТ и их стабильность (в 3 раза уменьшено время активации, в 1,5 раза увеличено время работы и на 15% стабильность по сравнению с прототипом).

Для оптимизации рецептур взаимодействующих между собой пластинчатых пиротехнических электродов и сепаратора, пиронагревателей и воспламенительной ленты в батарее ВГЭ, а также соотношения толщин (масс) электродов и сепаратора, выявлены следующие ограничения.

При содержании в аноде:

- циркония менее 74 масс.% неудовлетворительно протекает взаимодействие продуктов сгорания с избыточным количеством окислителя в катоде, не достигаются максимальные значения потенциала и времени генерирования тока, а также минимальное время активации;

- циркония более 80 масс.% электрический потенциал не увеличивается, а избыток металла препятствует протеканию экзотермических процессов, т.к. выделяется недостаточное количество тепла;

- оксида меди менее 17 масс.% выделяется недостаточно тепла для расплавления всего количества смеси фторидов металлов (электролита) в сепараторе и нагрева его до рабочей температуры, что снижает напряжение источника тока;

- оксида меди более 21 масс.% выделяется избыточное количество тепла в аноде, снижается количество активного циркония в продуктах сгорания анода, что лимитирует длительность протекания электрохимического процесса между электродами (генерирования электрического тока);

- асбеста более 5 масс.% (балластного количества) растет толщина пластинчатого электрода, что пропорционально снижает характеристики источника тока;

- асбеста менее 3 масс.% не обеспечиваются оптимальная структура электрода, его прочность и электрические характеристики источника тока.

При содержании в катоде:

- циркония более 17 масс.% создается его избыток, снижающий содержание окислителя (оксида меди, активного катодного материала), взаимодействие которого с анодным материалом обеспечивает протекание электрохимического процесса, то есть содержание окислителя при этом становится недостаточным;

- циркония менее 13 масс.% не обеспечивается выделение оптимального количества тепла при его взаимодействии с окислителем, что увеличивает время активации;

- оксида меди менее 77 масс.% не обеспечивается оптимальное количество активного катодного материала, взаимодействующего с цирконием в анодном элементе и обеспечивающего катодный потенциал, т.е. ограниченное количество окислителя в катоде лимитирует протекание электрохимического процесса;

- оксида меди более 87 масс.% появляется избыток окислителя, являющийся балластом в катодной композиции, что снижает характеристики ПИТ;

- асбеста более 5 масс.% неприемлемо снижается скорость горения и калорийность композиции, увеличивается толщина катода и объем газообразных продуктов сгорания, что снижает характеристики источника тока и их стабильность;

- асбеста менее 3 масс.% не обеспечиваются оптимальная структура электрода, его прочность и электрические характеристики источника тока.

При содержании в сепараторе (в пластине, контактирующей с анодом):

- фторидов металлов менее 47 масс.% не достигаются заданные электрические характеристики ПИТ, так как недостаточно электролита для протекания электрохимического процесса между электродами;

- фторидов металлов более 51 масс.% не достигаются заданные электрические характеристики ПИТ, так как избыток электролита требует дополнительное количество тепла для его плавления, т.е. требуется повышенное количество горючего и окислителя в электродах, что снижает электрические характеристики ПИТ, который функционирует только после расплавления всего электролита;

- асбеста более 4 масс.% (балластного количества) увеличивается толщина пластинчатого сепаратора, что пропорционально увеличивает внутреннее сопротивление ВГЭ и источника тока, снижая их характеристики;

- асбеста менее 3 масс.% не обеспечиваются оптимальная структура пластинчатого сепаратора, его прочность и электрические характеристики источника тока;

- диоксида циркония менее 46 масс.% не достигается улучшение структуры сепаратора после плавления электролита и продуктов взаимодействия электродов с сепаратором, не обеспечивается качество электрических контактов между электродами, возможны вытекание жидких электропроводных продуктов реакции, замыкание электродов и высокотемпературных гальванических элементов в батарее, нестабильность токовых характеристик ПИТ;

- диоксида циркония более 49 масс.% недопустимо уменьшается интенсивность токообразующих процессов, растет внутреннее сопротивление, что снижает характеристики ПИТ и их стабильность.

При содержании в сепараторе (в пластине, контактирующей с катодом):

- циркония менее 21 масс.% не обеспечивается выделение оптимального количества тепла при его взаимодействии с окислителем и скорость сгорания, что не обеспечивает быстрого плавления смеси фторидов (электролита) в сепараторе и увеличивает время активации ПИТ;

- циркония более 24 масс.% при сгорании выделяется избыточное количество тепла, что не исключает возможности вытекания электролита, появления подкороток, провалов и др. проявлений нестабильности токовых характеристик;

- бария хромовокислого менее 76 масс.% не обеспечиваются как оптимальное количество тепла, выделяемого при взаимодействии его с цирконием, так и скорость горения, что увеличивает время активации ПИТ;

- бария хромовокислого более 79 масс.% появляется избыток окислителя, являющегося балластом в композиции. Продукты взаимодействия бария хромовокислого с циркония только при заявляемом соотношении являются тугоплавкими диэлектриками (диоксид циркония, оксид бария, оксид хрома, цирконат бария, силикат магния), что исключает замыкание электродов;

- асбеста более 5 масс.% увеличивается толщина пластины, уменьшаются калорийность и скорость горения, что увеличивает время активации ПИТ;

- асбеста менее 3 масс.% не обеспечиваются оптимальная структура пластины и прочностные характеристики, что приводит к нестабильности скорости горения и времени активации ПИТ.

При содержании в торцевых пиронагревателях и воспламенительной ленте:

- циркония менее 36 масс.% низкие скорость горения и интенсивность диспергирования продуктов сгорания воспламенительной ленты не обеспечивают быстрое и одновременное воспламенение всех ВГЭ в батарее, что увеличивает время активации ПИТ, возможны замыкания электродов и ВГЭ в батарее крупными каплями жидких электропроводных продуктов сгорания;

- циркония более 40 масс.% в продуктах сгорания появляется металл в виде капель, что не исключает возможности замыкания электродов и ВГЭ в батарее электропроводными продуктами сгорания воспламенительной ленты, то есть появления подкороток, провалов тока и т.д.;

- бария хромовокислого менее 56 масс.% не обеспечивается оптимальная скорость горения и время активации ПИТ;

- бария хромовокислого более 60 масс.% появляется избыток окислителя, являющегося балластом в композиции. Продукты сгорания воспламенительной ленты только при заявляемом соотношении компонентов являются тугоплавкими диэлектриками, которые интенсивно диспергируют, обеспечивают быстрое воспламенение всех ВГЭ и исключают возможность их замыкания;

- асбеста более 5 масс.% уменьшаются калорийность и скорость горения воспламенительной ленты, что увеличивает время активации ПИТ;

- асбеста менее 3 масс.% не обеспечиваются оптимальная структура, прочность и гибкость воспламенительной ленты, что приводит к нестабильности скорости ее горения и времени активации ПИТ.

Критическая толщина (при которой горение любых зарядов из пиротехнических композиций невозможно) для заявляемого ПИТ в виде ВГЭ не превышает 1,2 мм, что значительно меньше суммы критических значений для толщин электродов и сепараторной пластины благодаря экзотермическому взаимодействию их между собой после воспламенения и сгорания. Это дает возможность миниатюризации изделий в виде батарей ВГЭ.

Толщину (массу) анода выбирают из условия обеспечения необходимого соотношения между металлическим цирконием в аноде и окислителем в катоде для протекания высокотемпературного электрохимического процесса (генерирования тока и обеспечения анодного потенциала). Цирконий по этой причине содержится в аноде в избытке, он является одновременно горючим в катоде и сепараторе, обеспечивает минимальное электрическое сопротивление как продуктов сгорания анода, так и внутреннее сопротивление источника тока.

Продуктами окислительно-восстановительных реакций в сепараторе (пластине, контактирующей с катодом) являются оксиды циркония, хрома и бария, а также цирконат бария и силикат магния (продукт термической деструкции асбеста), исключающие электронный контакт между электродами во время генерирования тока. Толщину (массу) упомянутой пластины и сепаратора в целом выбирают из условия исключения перегрева расплава фторидов металлов (электролита) и нештатной работы источника тока из-за вытекания расплавов.

В катоде основным продуктом как сгорания, так и электрохимических реакций является медь - один из лучших электронных проводников. При избыточной толщине (массе) катода происходит укрупнение капель расплавленной меди, температура плавления которой ниже температуры горения. Вытекающий расплав может замыкать электроды и ячейки. При оптимальной толщине (массе) катода медь в виде микроскопических капель распределяется в объеме композиции, обеспечивая высокую электрическую проводимость катодных элементов и минимальное внутреннее сопротивление источника тока.

Заявленное соотношение толщин пластинчатых пиротехнических электродов и сепаратора (и их масс) экспериментально оптимизировано в диапазоне 2:(5…6):1. Этим обеспечено необходимое соотношение количества активных электродных материалов (горючего и окислителя в продуктах сгорания электродов) и электролита, а также соотношение тепла, выделяющегося при сгорании пиротехнических зарядов и тепла, необходимого для быстрого плавления электролита в сепараторе и нагрева ВГЭ до рабочей температуры для длительного функционирования заявляемого источника тока и стабилизации характеристик.

Соотношение толщин (масс) сепаратора и катода более 6 не обеспечивает оптимальных показателей назначения источника тока из-за выделения избыточного количества тепла при сгорании сепаратора, которое вызывает термическое разложение оксида меди в катоде на металлическую медь и газообразный кислород. Это приводит также к ухудшению электрических характеристик источника тока за счет образования крупных капель меди с электронной проводимостью, вызывающих нестабильность внутреннего сопротивления и неупорядоченность структуры высокотемпературных продуктов взаимодействия сепаратора и электродов, термическим повреждениям (проплавлению) токовыводов и нештатному режиму работы источника тока.

При соотношении толщин (масс) сепаратора и катода менее 5 недостаточно тепла для протекания высокотемпературных электрохимических процессов между анодом и катодом в оптимальном режиме. Сгорание пиротехнических композиций может сопровождаться нестабильностью горения и неполным расплавлением электролита в сепараторной пластине.

При соотношении толщин (масс) анода и катода более 2 в ВГЭ содержится избыточное количество анодного материала, являющегося балластом, снижающим удельные характеристики ПИТ. При соотношении толщин (масс) анода и катода менее 2 недостаточно анодного материала для протекания высокотемпературных электрохимических процессов между анодом и катодом в оптимальном режиме, что уменьшает время работы ПИТ.

Смеси фторидов металлов в качестве электролита имеют более низкую температуру плавления, чем у индивидуальных солей, что обеспечивает уменьшение времени активации и увеличение длительности работы источника тока (до плавления электролита и после его кристаллизации генерирование тока невозможно).

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная техническая задача в изобретении решена не суммой эффектов, а новым «сверхэффектом» суммы признаков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема прав совокупности существенных признаков формулы. На чертеже схематично изображены:

на фиг.1 - заявляемый источник тока в форме ВГЭ (элементарной ячейки);

на фиг.2 - ПИТ в виде батареи ВГЭ с торцевыми пиронагревателями и воспламенительной лентой.

Каждый ВГЭ (фиг.1) толщиной 1,25 мм выполнен в виде набора из пластинчатых пиротехнического анода 1 толщиной 0,3 мм и катода 3 толщиной 0,15 мм, разделенных двухслойным сепаратором 2 толщиной 0,8 мм.

Электроды 1, 3 и сепаратор 2 изготовлены методом вакуумного осаждения водной взвеси компонентов (шликерным литьем). Композиция анода 1 содержит, масс.%: 80 цирконий, 17 оксид меди и 3 асбест. Композиция катода 3 содержит, масс.%: 13 цирконий, 82 оксид меди и 5 асбест. Пластина сепаратора, контактирующая с анодом 1, содержит, масс.%: 22 цирконий, 74 барий хромовокислый, 4 асбест. Пластина сепаратора, контактирующая с катодом 3, содержит, масс.%: 48 фториды металлов, 48 диоксид циркония, 4 асбест. Анод 1 и катод 3 контактируют с металлическими токовыводами 6 и 4 соответственно, которые замкнуты на сопротивление (нагрузку) 5.

Батарея (фиг.2) представляет собой набор ВГЭ, соединенных между собой последовательно, т.е. между ВГЭ укладывают адекватной формы металлические фольговые диски из нержавеющей стали 9 (токоотводы), которые обеспечивают последовательное соединение ВГЭ в батарею. На торцах батареи смонтированы токовыводы 4 и 6 из нержавеющей стали, на которых размещены пиронагреватели 7, связанные между собой воспламенительной лентой 8 шириной 10 мм.

Пиронагреватели 7 и воспламенительная лента 8 толщиной 0,5 мм изготовлены вакуумным осаждением водной взвеси из следующих компонентов при соотношении (масс.%): 39 цирконий, 57 барий хромовокислый, 4 асбест.

Функционирует предложенный источник тока следующим образом. От инициирующего импульса (электровоспламенитель, продукты сгорания пороха и т.п.) воспламеняются и сгорают пиронагреватели 7 и пиротехническая воспламенительная лента 8, обеспечивая одновременное воспламенение и сгорание анодов 1, сепараторов 2 и катодов 3 во всех ВГЭ. При этом плавится электролит, содержащийся в сепараторах 2, полученный расплав обеспечивает ионный контакт продуктов сгорания электродов 1 и 3 друг с другом, и возможность генерирования электрического тока.

Результатом электрохимического окислительно-восстановительного процесса является перенос электронов по внешней цепи от анода 1 через токовывод 6, сопротивление (нагрузку) 5 и токовывод 4 к катоду 3. Движение электронов в металле и ионов в расплавленном электролите обусловлено электрохимическим окислением циркония в анодах 1 и электрохимическим восстановлением оксида меди в катодах 3, контактирующих с общим электролитом в сепараторе 2.

Результаты испытаний образцов заявляемого ПИТ подтвердили более высокие показатели назначения по сравнению с известными аналогами. Установлено, что чем больше число ВГЭ в батарее, тем меньше время выхода на режим, больше длительность работы и меньше скорость снижения электрических параметров во времени при прочих равных условиях.

Продукты сгорания заявляемого ПИТ сравнительно с прототипом имеют меньшее электрическое сопротивление и дают меньшую усадку, что улучшает потребительские свойства предложенного источника тока за счет уменьшения возможности ослабления электрических контактов. Например, батарея из 16 ВГЭ с диаметром 25 мм обеспечивает напряжение не менее 5 В на нагрузке 1 кОм в течение 180 с (не менее), время выхода на режим (до 5 В) не превышает 0,05 с (такая же батарея-прототип обеспечивает напряжение не менее 5 В на нагрузке 1 кОм в течение 120 с (не более), время выхода батареи на режим после подачи инициирующего импульса не менее 0,15 с). Уменьшение толщины продуктов сгорания заявляемого источника тока не превышает 4-6% (у прототипа - 10-15%), что пропорционально увеличивает стабильность электрических характеристик. Заявляемая батарея сохраняет характеристики при вращении со скоростью 8000 об./мин. В этих условиях параметры батареи-прототипа уменьшились на 15%. Следовательно, параметры заявляемого устройства существенно превышают показатели прототипа.

Предложенный источник тока предназначен для использования преимущественно в виде батарей ВГЭ, обеспечивает автономное задействование и питание бортовой аппаратуры, приборов и устройств, а также автономных автоматических систем пожаротушения, сигнализации, блокировки и т.д.

Проведенный сопоставительный анализ уровня техники предложенного технического решения с выявленными аналогами показал, что изобретение не следует явно для специалиста отрасли, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления автономных батарей, можно сделать вывод о соответствии ПИТ критериям патентоспособности.

Пиротехнический источник тока, содержащий изолированные токовыводы и батарею высокотемпературных гальванических элементов, выполненных в виде многослойных пиротехнических зарядов с избытком окислителя в катоде и избытком горючего в аноде, разделенных сепаратором из асбеста, диспергированного в электролите, включающем фториды металлов и диоксид циркония, соединенных последовательно посредством токоотводов из металлической фольги и связанных с воспламенителем огневой цепью, включающей торцевые пиро-нагреватели, соединенные воспламенительной лентой,
отличающийся тем, что структурные составляющие высокотемпературных гальванических элементов содержат соответственно (масс.%):

анод - цирконий - 74-80
оксид меди - 17-21
асбест - 3-5
катод - цирконий - 13-17
оксид меди - 77-85
асбест - 3-5,

сепаратор, выполненный двухслойным, в виде набора из двух пластин, компоненты которых взяты в следующем соотношении (масс.%):
пластина, контактирующая с анодом - фториды металлов - 47-51
диоксид циркония - 46-49
асбест - 3-4
пластина, контактирующая с катодом - цирконий - 21-24
барий хромовокислый - 71-76
асбест - 3-5,

при соотношении толщин (масс) анода, сепаратора и катода 2:(5-6):1, а торцевые пиронагреватели и воспламенительная лента в составе батареи изготовлены вакуумным осаждением водной взвеси компонентов, взятых в соотношении (масс.%):
цирконий 36-40
барий хромовокислый 56-60
асбест 3-5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики, в частности к разработке составов солей лития, которые могут быть использованы в качестве расплавляемых электролитов для химического источника тока.
Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для химических источников тока на основе солей лития и калия.
Изобретение относится к области энергетики, в частности к разработке составов, содержащих фторид, бромид, молибдат лития, при этом для расширения диапазона концентраций с низкой температурой плавления дополнительно введен вольфрамат лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: фторид лития 6,34-7,03, бромид лития 76,28-79,61, вольфрамат лития 4,85-9,59, молибдат лития 4,47-11,84.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для высокотемпературных тепловых химических источников тока.

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам электрического тока одноразового действия, предназначенным для работы в режиме ожидания.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ), и может быть использовано в источниках электропитания как средств управления, так и активного питания силовых электрических агрегатов.

Изобретение относится к области электротехники, к области резервных химических источников тока на твердом теле и может быть использовано для изготовления теплового источника тока с ионной проводимостью.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к электролитам для высокотемпературных химических источников тока. .

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии электродных пиротехнических составов в электрическую энергию, в частности к батареям высокотемпературных резервных источников электрического тока одноразового действия, предназначенных для работы в режиме ожидания.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для высокотемпературных тепловых химических источников тока.

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам электрического тока одноразового действия, предназначенным для работы в режиме ожидания - автономного задействования и питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств, например в виде мостиков накаливания, пиротехнических энергодатчиков, микроэлектродвигателей, реле, и т.д., систем оповещения, автоматического пожаротушения, блокировки и т.п. В предложенном пиротехническом источнике электрического тока (ПИТ) толщины пластин анода, сепаратора и катода выполнены в соотношении 1:(1,2-1,3):(1,4-1,5) при следующем содержании компонентов в них, в мас.%: в аноде: цирконий 71-75, сплав или смесь фторидов металлов 20-26, асбест 3-5; в сепараторе: цирконий 24-30, барий хромовокислый 59-63, диоксид циркония 6-10, асбест 3-5; в катоде: цирконий 7-9, оксид меди 29-33, сплав или смесь фторидов металлов 47-50, диоксид циркония 7-10, асбест 3-5. Повышение надежности пиротехнического источника электрического тока, увеличение времени генерирования тока при уменьшении толщины элементарной ячейки, а также увеличение стабильности токовых характеристик является техническим результатом предложенного изобретения. 2 ил.

Заявленное изобретение относится к резервным источникам тока, а именно к тепловым химическим источникам тока (ТХИТ). Повышение надежности работы, исключение риска появления коротких замыканий между элементами активных масс электрохимических элементов (ЭХЭ), образующих блок устройства, является техническим результатом заявленного изобретения. Снаружи блока расположена составная теплоизоляция, выполненная из композиционного материала на основе силикатной композиции и слюды. Для выравнивания теплового режима в краевых ЭХЭ между внутренней поверхностью слоя электроизоляции и боковой поверхностью ЭХЭ установлены пластины, выполненные из материала, удельная теплоемкость которого не менее 0,11 кал/г·град, а между изоляцией и поверхностью поджигающих пиротехнических лент выполнены воздушные зазоры. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для химических источников тока на основе солей лития и калия. Расплавляемый электролит для химического источника тока, включающий фторид, метаванадат лития и другие соединения калия, отличающийся тем, что в качестве солей калия электролит содержит хлорид, бромид и метаванадат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фторид лития 1,06…1,30 Метаванадат лития 32,99…33,92 Хлорид калия 1,24…1,88 Бромид калия 5,58…6,58 Метаванадат калия 58,13…58,74 Заявляемый электролит имеет существенное преимущество по сравнению с известными аналогичными расплавами, поскольку на 36-42°C обеспечивает снижение температуры плавления, что позволяет снизить энергозатраты на приведение электролита в рабочее состояние и расширяет температурный диапазон использования электролита. 1 табл.
Наверх