Расплавляемый электролит для химического источника тока

Авторы патента:

H01M6/36 - содержащие электролит и приводимые в действие физическими факторами, например термоэлементы (термоэлектрические приборы на твердом теле H01L 35/00,H01L 37/00)

H01M6/20 - работающим при высокой температуре (термоэлементы замедленного действия H01M 6/36)

Владельцы патента RU 2778349:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке составов, содержащих хлориды, бромиды, карбонаты и сульфаты лития, которые применяются в качестве расплавляемых электролитов в химических источниках тока. Техническим результатом является снижение удельной энтальпии и температуры плавления. Расплавляемый электролит для химического источника тока, включающий бромид лития, сульфат лития, дополнительно содержит карбонат лития Li₂CO₃ и хлорид лития, при следующем соотношении компонентов, мас. %: хлорид лития 12,5…13,7, бромид лития 25,1…26,1, карбонат лития 38,9…40,4, сульфат лития 20,9…22,4. 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке составов, включающих хлориды, бромиды, карбонаты и сульфаты лития, которые можно применять в качестве расплавляемых электролитов в химических источниках тока.

Существует состав, содержащий бромид калия и метаванадат лития. Температура плавления смеси 510°С, удельная энтальпий плавления 477 Дж/г (Золотухина Е.В., Губанова Т.В., Гаркушин И.К. Трехкомпонентная взаимная система Li,K//Br,VO₃ // «Журнал неорганической химии». - 2013. - Т. 52. - №12. - С. 2095-2098). Недостатками данного состава являются высокие значения удельной энтальпии и температуры плавления.

Также известна эвтектическая смесь, включающая фторид лития (5,50 мас. %), бромид лития (73,94 мас. %) и молибдат лития (20,56 мас. %) (Фролов Е.И., Губанова Т.В., Гаркушин И.К., Афанасьева О.Ю. Трехкомпонентные системы LiF-LiBr-Li₂MoO₄ и LiF-LiBr-Li2SO₄. // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. - 2009. Т. 52. - №12. - С. 129-131). Рабочая температура состава выше 444°С. Недостатком данного состава является высокая температура плавления.

В качестве прототипа выступает состав содержащий фторид, бромид и сульфат лития с температурой плавления смеси 421-426°С и удельной энтальпией плавления 232-249 Дж/г (Патент РФ №2326920).

Техническим результатом является снижение удельной энтальпии и температуры плавления.

Технический результат достигается тем, что в расплавляемый электролит для химического источника тока, включающий хлорид, бромид, карбонат и сульфат лития, введено соединение Li₂CO₃ и фторид заменен на хлорид, при следующем соотношении компонентов мас. %:

хлорид лития	12,5…13,7
бромид лития	25,1…26,1
карбонат лития	38,9…40,4
сульфат лития	20,9…22,4

Новизна заявляемого состава по сравнению с прототипом заключается в том, что в электролите, содержащем фторид, бромид и сульфат лития, заменен фторид лития, на хлорид лития и добавлен карбонат лития.

Примеры конкретного исполнения:

Пример 1.

Переплавляют в печи шахтного типа безводные соли 1,27 г (12,7 мас. %) хлорида лития + 2,61 г (26,0 мас. %) бромида лития + 2,93 г (39,4 мас. %) карбоната лития + 2,19 г (21,9 мас. %) сульфата лития. Температура плавления смеси 398°С, удельная энтальпия плавления 184 Дж/г.

Энтальпия плавления составов измерялась нами методом количественного ДТА. Снимали по три кривых охлаждения и нагревания исследуемого эвтектического состава и эталонного вещества (K₂Cr₂O₇, плавится при температуре 398°С, 125,7 Дж/г). Площади пиков дифференциальных кривых на диаграммах ограничивали в соответствии с рекомендациями Международного комитета по стандартизации в термическом анализе.

Расчет удельной энтальпии плавления состава проводили по формуле:

где Δ_tH_эт - удельная энтальпия фазового перехода эталонного вещества, близкого по температуре фазового перехода к исследуемому составу, Дж/г; S_E, S_эт. - площади пиков дифференциальных кривых, отвечающие плавлению эвтектического состава и фазовому переходу эталонного вещества соответственно; Т_Е, Т_эт - температуры плавления (К) эвтектического состава и фазового перехода эталонного вещества, соответственно.

Пример 2.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли 1,37 г (13,7 мас. %) хлорида лития + 2,57 г (25,7 мас. %) бромида лития + 3,89 г (38,9 мас. %) карбоната лития + 3,14 г (21,7 мас. %) сульфата лития. Температура плавления смеси 402°С, удельная энтальпия плавления 187 Дж/г.

Пример 3.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли 1,25 г (12,5 мас. %) хлорида лития + 2,56 г (25,6 мас. %) бромида лития + 4,04 г (40,4 мас. %) карбоната лития + 2,15 г (21,5 мас. %) сульфата лития. Температура плавления смеси 402°С, удельная энтальпия плавления 186 Дж/г.

Пример 4.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли 1,27 г (12,7 мас. %) хлорида лития + 2,51 г (25,1 мас. %) бромида лития + 3,98 г (39,8 мас. %) карбоната лития + 2,24 г (22,4 мас. %) сульфата лития. Температура плавления смеси 403°С, удельная энтальпия плавления 188 Дж/г.

Пример 5.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли 1,26 г (12,6 мас. %) хлорида лития + 2,61 г (26,1 мас. %) бромида лития + 4,04 г (40,4 мас. %) карбоната лития + 2,09 г (20,9 мас. %) сульфата лития. Температура плавления смеси 401°С, удельная энтальпия плавления 185 Дж/г.

За указанными пределами концентраций наблюдается повышение температуры плавления и энтальпии плавления.

В таблице приведены сравнительные характеристики физико-химических свойств, предлагаемого состава и состава, выбранного в качестве прототипа.

Из результатов таблицы видно, что предлагаемый состав имеет более низкую температуру плавления на 23-28°С, а удельную энтальпию плавления по сравнению с прототипом ниже на 48-61 Дж/г, что значительно снижает энергозатраты на плавление состава и приведение его в рабочие состояние, при этом расширяет диапазон использования состава по температуре.

Расплавляемый электролит для химического источника тока, включающий бромид лития, сульфат лития, отличающийся тем, что дополнительно содержит карбонат лития Li₂CO₃ и хлорид лития, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

хлорид лития	12,5…13,7
бромид лития	25,1…26,1
карбонат лития	38,9…40,4
сульфат лития	20,9…22,4

Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ), и может быть использовано в качестве источника электропитания как для средств управления, так и для активного питания силовых электрических агрегатов. Элемент содержит диск катодного полуэлемента с активным компонентом из галогенидов, оксидов переходных металлов или их смесей, помещенный в металлическую сетчатую обечайку, литийсодержащий анодный полуэлемент, а также электролит.

Электролит для химического источника тока // 2768250

Изобретение относится к разработке электролитов для среднетемпературных химических источников тока на основе галогенидов и хроматов лития и рубидия. Согласно изобретению, электролит химического источника тока, включающий бромиды лития и рубидия, дополнительно содержит хромат лития при следующем соотношении компонентов (мас.

Пиротехническая смесь для нагревателя теплового химического источника тока // 2767493

Изобретение относится к малогазовым средствам обогрева тепловой батареи, а именно к пиротехническим нагревателям, используемым для разогрева тепловых химических источников тока. Пиротехническая смесь для нагревателя теплового химического источника тока в виде таблетки содержит, мас.%: железо 67-85, перхлорат калия 10-18, молибден 5-15.

Энергоемкий тепловой химический источник тока // 2751538

Изобретение относится к области электротехники, а именно к резервным химическим источникам тока, и может быть использовано для изготовления теплового химического источника тока (ТХИТ) для питания приборов и систем электрической энергией. Энергоемкий ТХИТ содержит блок электрохимических элементов (ЭХЭ) в корпусе с теплоизоляцией, размещенный в стальном цилиндрическом корпусе, выполненном из нескольких частей и со сформированными в них ребрами, с разнополюсными выводами, при этом содержит в своем составе увеличенное количество в 1,5-2 раза ЭХЭ, по меньшей мере, один горизонтальный фиксатор (упор), выполненный в виде диска с выступающими за его контур стопорящими по меньшей мере 3 выступами, упирающимися на внутреннюю поверхность ребер корпуса блока ЭХЭ, что обеспечивает промежуточное поджатие каждой дополнительной группы ЭХЭ, образующей блок.

Батарея термоактивируемых химических источников тока // 2746268

Изобретение относится к электротехнике, в частности к тепловым химическим источникам тока (ТХИТ), которые могут быть использованы в качестве автономных резервных источников питания с повышенным ресурсом работы, активируемых от внешнего источника тепла. Батарея содержит герметичный металлический корпус, внутри которого на центральном изолированном стягивающем стержне собраны последовательно и установлены вертикально в блоке первичные электрохимические элементы, каждый из которых содержит анодный и катодный полуэлементы, состоящие из активной массы соответствующего электродного материала, запрессованного в чашеобразный металлический корпус.

Способ изготовления компонентов электрохимического элемента для тепловых химических источников тока и конструкция оснастки для их изготовления // 2745745

Изобретение относится к изготовлению компонентов электрохимического элемента для тепловых химических источников тока (ТХИТ) и используемой оснастке. Порошкообразный материал порциями засыпают в полость цилиндрической матрицы, прессуют путем перемещения подвижного пуансона, передающего усилие на формуемую порошкообразную массу.

Тепловая батарея // 2744416

Изобретение относится к области электротехники, а именно к тепловой батарее, содержащей блок электрохимических элементов, снабженных твердыми слоями анода, катода и расположенного между ними электролита, ограниченных с внешней стороны корпусом с теплоизоляцией. Блок электрохимических элементов размещен в цилиндрическом корпусе из нержавеющей стали с крышкой и токовыводами батареи, при этом с внутренних боковых и торцевых сторон корпуса выполнены слои изоляции, а между электрохимическими элементами введены твердые слои нагревательных элементов, между которыми размещены токоотводы.

Электролитная масса и способ изготовления электролита для тепловых химических источников тока // 2732080

Изобретение относится к технологии изготовления электролитов для тепловых (твердотельных) химических источников тока (ТХИТ) и может быть использовано для получения электролитов на основе соединений лития. Согласно изобретению электролитная масса для ТХИТ содержит смесь галогенидов лития и загустителя, при этом в составе смеси галогенидов лития содержится трехкомпонентная смесь солей Li (Cl, Br, F), а в качестве загустителя - высокодисперсный порошок γ-LiAlO2 при следующем соотношении ингредиентов, % масс.: Li(Cl,Br,F) 45-55, γ-LiAlO2 - остальное.

Тепловой источник тока // 2686661

Изобретение относится к электротехнической промышленности, а именно, к резервным химическим источникам тока в широком диапазоне начальных температур и устойчивым к механическим нагрузкам. Тепловой источник тока содержит электровоспламенитель, смонтированный на токопроводящей печатной плате, закрепленной на крышке термоизолированного корпуса, внутри которого установлен и зафиксирован блок электрохимических элементов, выполненных в виде последовательно соединенных дисковых пиронагревателей, имеющих анодную и катодную пластины, примыкающие к продольным огнепроводящим лентам, при этом электровоспламенитель выполнен в виде мостика накаливания, связанного с печатной платой через контактные площадки, и помещен внутри воспламенительного заряда, заполняющего осевой канал, покрытый продольными огнепроводящими лентами.

Тепловая батарея // 2683585

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции энергоемкой тепловой батареи, и может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока. Техническим результатом изобретения является повышение энергоемкости и устойчивости тепловой батареи к внешним механическим воздействиям.

Тепловой химический источник тока // 2717089

Изобретение относится к области электротехники, а именно к тепловым химическим источникам тока, обладающим повышенным временем работы, мощностью и надежностью, которые могут найти применение в системах сигнализации и специальной технике. Тепловой химический источник тока содержит корпус с термоизоляцией и внешними токовыводами двух и более электрически соединенных параллельно и расположенных друг за другом блоков элементов термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых состоит из катода, электролита и анода, чередующихся последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами, тепловой химический источник тока содержит катодный и анодный токоотводы концевых катодов и анодов параллельно соединенных блоков элементов, зафиксированные на соответствующих внешних токовыводах.