Эликтролитная смесь для теплового химического источника тока


 


Владельцы патента RU 2607471:

Акционерное общество АО "Энергия" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве тепловых химических источников тока. Повышение ионной проводимости электролитной смеси для теплового химического источника тока, а также уменьшение деформации электролитной таблетки и ее коррозионной активности, что позволяет увеличить продолжительность работы источника тока, является техническим результатом изобретения. Электролитная смесь содержит, масс %: эвтектику LiCl-KCl - 10-40, ортосиликат-ортофосфат лития - 60-90. 1 табл.

 

Настоящее изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока.

Электролитная смесь или электролит является ионопроводящей средой электрохимического элемента и обеспечивает тактико-технические характеристики источника тока. В отличие от других гальванических элементов электролитная смесь для теплового химического источника тока в нормальных условиях не должна проводить электрический ток, а при нагревании, оставаясь в твердом состоянии, приобретать чисто ионную проводимость электрического тока, высокое напряжение электролитического разложения, низкую температуру плавления.

Известен электролит для химического источника тока [SU Авторское свидетельство №641860, кл. H1M 6/18 от 20.11.1999 г.], в котором использован твердый раствор ортосиликатов и ортофосфатов щелочных металлов. Этот электролит обладает достаточной термической устойчивостью, что позволяет использовать источник тока с данным электролитом для работы при высоких температурах. Однако такой источник тока обладает низкой разрядной емкостью и энергией, обусловленной высоким удельным электросопротивлением электролита. При использовании подобного электролита для теплового химического источника тока возникают технические проблемы поддержания высокой температуры, необходимой для работы в автономном режиме.

Известна электролитная смесь для теплового химического источника тока на основе эвтектики хлоридов лития и калия и загустителя порошка окиси алюминия Al2O3 [SU Авторское свидетельство №1840266, кл. H1M 6/36 от 27.08.2008 г.].

Эвтектическая смесь LiCl-KCl имеет достаточно высокую ионную проводимость при температуре ее плавления 352°C. Введение в нее загустителя в виде порошков оксида алюминия препятствует вытеканию электролита при перегрузках, уменьшает деформацию электролитной таблетки, допускает большие токи на нагрузку в течение длительного времени, уменьшает коррозионную активность и испарение электролита, позволяет снизить подвижность жидкой фазы эвтектики и расширить рабочий интервал температур электролитной смеси. Однако за счет связывания жидкой фазы эвтектики LiCl-KCl частицами инертного порошка оксида алюминия ионная проводимость смеси уменьшается.

Внесение в эвтектику LiCl-KCl порошков оксидов таких металлов, как магний, кремний, торий, бор, тантал, так и оксидных соединений - алюминатов лития и магния, бентонита, каолина и т.п. также не позволяет получить композиции с минимальным омическим сопротивлением при достаточной механической прочности электролитной таблетки.

Целью настоящего технического решения является получение электролитной смеси, обладающей высокой ионной проводимостью и механической прочностью изготавливаемой из нее электролитной таблетки в широком интервале рабочих температур.

С этой целью предлагается электролитная смесь для теплового химического источника тока на основе эвтектики хлоридов лития и калия и загустителя, отличающаяся тем, что в качестве последнего взяты материалы на основе ортосиликат-ортофосфата лития при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Эвтектика LiCl-KCl 10-40
Ортосиликат-ортофосфат лития 60-90

Введение в эвтектическую смесь хлоридов лития и калия ионнопроводящего загустителя, которым является материал на основе ортосиликат-ортофосфатов лития (твердый электролит), позволяет в сравнении с непроводящими загустителями существенно увеличить ионную проводимость и расширить интервал рабочих температур при сохранении высокой механической прочности электролитной таблетки. Высокая ионная проводимость предлагаемой электролитной смеси обеспечивается как структурой, дисперсностью и адсорбционной особенностью поверхностно-активного слоя загустителя, так и за счет переноса ионов лития по жидкой и твердой фазам.

Важной особенностью предлагаемого загустителя Li4SiO4-Li3PO4 на основе кристаллической решетки Li3PO4 является его термодинамическая стабильность и химическая стойкость к электродным материалам, в частности к широко используемому в тепловых источниках тока в качестве анодного материала высокоактивному металлическому литию, реагирующему с большинством применяемых загустителей.

Соотношение твердой и жидкой фаз обеспечивает надежное заполнение пространства между частицами твердого электролита жидкостью (при рабочих температурах).

Минимальное количество загустителя в электролитной смеси составляет 60 масс. %. Дальнейшее уменьшение этого количества приводит к значительной подвижности жидкой фазы эвтектики LiCl-KCl, что значительно сокращает диапазон рабочих температур электрохимического элемента и снижает механическую прочность электролитной таблетки, изготавливаемой из этой смеси. Деформация таблетки приводит к потере работоспособности источника тока.

Возможность внесения загустителя до 90 масс. % позволяет существенно повысить верхний предел рабочей температуры электролитной смеси и тем самым увеличить продолжительность работы источника тока. Однако увеличение загустителя свыше 90 масс.% из-за недостаточности количества эвтектики LiCl-KCl ведет к прерыванию ионопроводящих мостиков по жидкой фазе (при работе элемента), что ухудшает электроконтакты между частицами загустителя. В результате ионная проводимость электролитной смеси значительно уменьшается, ухудшаются электрические характеристики источника тока, возникают технологические трудности обеспечения механической прочности электролитной таблетки.

Оценка предложенного технического эффекта производилась путем испытаний электрохимических элементов диаметром 35 мм с анодами из композита Li-B толщиной 0,6 мм и катодами на основе FeS2 массой 2,3 г.

Масса электролитных таблеток, изготовленных из заявленной смеси, и электролитных таблеток по прототипу составляла 1,3 г.

Разряды электрохимических элементов проводились в электронагревателе постоянными токами 3 и 5 А при температуре плюс 600°C.

Данные испытаний представлены в таблице 1.

Как видно из результатов испытаний, электролит, изготовленный из предложенной электролитной смеси, при прочих равных условиях испытаний имеет более высокое максимальное напряжение разряда и более продолжительное время работы до фиксированного напряжения, чем электролит по прототипу. Такой эффект достигается за счет высокой ионной проводимости и механической стойкости к воздействию высоких температур предложенной электролитной смеси.

Электролитная смесь для теплового химического источника тока на основе эвтектики хлоридов лития и калия и загустителя, отличающаяся тем, что в качестве последнего взяты материалы на основе ортосиликат-ортофосфата лития при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Эвтектика LiCl-KCl 10-40
Ортосиликат-ортофосфат лития 60-90



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве тепловых литиевых источников тока. Упрощение технологии изготовления энергоемкого литий-железного композита, обладающего повышенной механической устойчивостью при воздействии высоких температур и механических нагрузок, а также увеличение продолжительности работы литиевого источника тока, является техническим результатом изобретения.

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.
Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемого электролита для химических источников тока, включающего метаванадат лития и соли лития, калия, при этом в качестве солей лития электролит содержит фторид и бромид, а в качестве соли калия его бромид при следующем соотношении компонентов, мас.%: фторид лития 2,18…2,52, бромид лития 50,86…52,83, метаванадат лития 3,60…4,81, бромид калия 41,38…43,35.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве тепловых химических источников тока. Техническим результатом изобретения является сокращение технологического цикла изготовления электролитных таблеток и повышения их механической прочности при сохранении низкого внутреннего омического сопротивления.

Предложенное изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно, к технологии изготовления композитных пластин с сотовым асбестовым каркасом, полученных шликерным литьем, для последующего их заполненных пиротехническим порошковым материалом, из которых составляются автономные электролитические источники питания.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока. Согласно изобретению в тепловом литиевом источнике тока между запальным устройством капсюльного типа и пиротехнической полосой Z-образной формы установлен металлический диск диаметром, равным диаметру блока электрохимических элементов, и отверстием в центре диаметром, равным 0,25-0,50 ширины пиротехнической Z-образной полосы.
Настоящее изобретение относится к теплоаккумулирующему составу, включающему фторид лития, бромид лития, бромид калия, при этом для расширения диапазона концентраций с низкой температурой плавления в состав теплоаккумулирующего состава был добавлен молибдат лития, при следующем отношении компонентов, мас.%: Бромид лития 52,75 Бромид калия 45,03 Молибдат лития 0,87 Фторид лития остальное Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение работы при температуре 318 °С в качестве теплоаккумулирующего состава.

Предложенное изобретение относится к тепловым химическим источникам тока (ТХИТ), имеющим плотность энергии порядка 60 Вт·час/кг, которые могут быть использованы для питания электрической энергией автономных приборов и систем.

Изобретение относится к области электротехники, может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока. Технический результат - повышение надежности работы и уменьшение времени выхода на режим.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к разработке составов солей лития, которые могут быть использованы в качестве расплавляемых электролитов для химического источника тока.
Наверх