Накопитель сигналов

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1,879665 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 27.03. 80 (21) 2907621/18-10 (5l)M. Кл. с присоединением заявки №

Н 01(j 9/22

9аударстваикый комитет

СССР дв делам кзобретенкй к, открыткй (23) Приоритет

Опубликовано 07.11.81. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 09.11 81 (53) УДК621 35 (088. 8) (72) Авторы изобретения

H. Н. Вершинин, 5. И. Малов и Е. А. Укше (71) Заявитель

Институт новых химических проблем АН СССР

I (54) НАКОПИТЕЛЬ СЫ НАЛОВ

Изобретение относится к электрохимическим приборам, а именно к накопителям электрической энергии, которые могут быть использованы в различных областях радиоэлектроники и.измерительной техники в качестве интеграторов, резервных источников питания или запоминающих элементов.

Известны твердоэлектролитные накопители, действие которых основано на способности некоторых электронноионных материалов изменять свой со-,. став по одному из элементов, который переносится через слой твердого электролита на противоположный электрод.

При этом возникает разность потенци15 алов между электродами, пропорциональная пропущенному количеству электри чества 0„ = 1 с.

Известно техническое решение, 20 включающее серебряный электрод, электролит Ag4Rblg и второй электрод, выполненный из халькогенида серебра, например, ф -AggTe. В процессе работы такого элемента при зарядном цикле серебро переносится с металлического электрода в теллурид серебра с образованием соединения нестехиометрического состава Ag е. При разрядном цикле серебро обратимо возвоащается на металлический электродГ13

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому оезультату является накопитель, включающий сеоебряный электрод, твеодый электоолит с проводимостью по ионам серебра и доугой электрод, выполнный из соединения, имеющего состав (AgJAg<>Te) (А94Р от)Ото-.Такое устройство имеет емкость до 80 Ф/см Е23 Существенными недостатками поототипа является относительно малая удельная емкость. низкое рабочее напряжение, а также использование в этом прибоое дефицитных и дорогостоящих материалов (серебоо и его соединения) .

Целью изобретения является создание такого твердоэлектролитного нако879665 пителя сигналов, который, обладает бо- лее высокой удельной накопительной емкостью, имеет более высокое рабочее напряжение и не содержит дорогостоящих и дефицитных материалов.

Цель достигается тем, что в электрохимической ячейке твердый электролит имеет состав CugRbC) lg (3, 25 р у

Ъ 3); один электрод выполнен из смеси порошков твердого электролита, угле- 10 рода и меди, а второй электрод выполнен из твердого электролита, углеро-, да и смеси соединений Со4 3 и Сих, где z = g) Я„д или их смеси. Массы исходных материалов взяты в соотношении: в первом электроде — твердый электролит . медь : углерод от 1:2:

:0,01 до 2:0,01:1; во втором электроде — твердый электролит : соли меди углерод от 1:9:2 до 9:1:0,01,причем соотношением масс Cu2S и Сих взято от 1:2 до 1:0,01. За счет изменения состава смеси первого и второго электродов в указанных пределах можно подобрать требуемый вид зарядно-разрядной кривой и оптимальный состав по удельной накопительной емкости.

При рабочем напряжении до 0,55 В достигается удельная емкость до

640 Кл/см

Ь

Работа накопителя сигналов осуществляется по следующему механизму.

В зарядном полуцикле электрод, содержащий металлическую медь, является катодом, а электрод, содержащий

Cu S + Cux, является анодом. Ионы меди при приложении внешней разносуи потенциалов частично переходят из анода в электролит, а частично окисляются до двухзарядного состояния с образова40 нием CuS+Cuxg. Перенос тока в электролите осуществляется за счет движения ионов С + к катоду, где они могут выделяться на частичках графита или меди в виде атомов. При разрядном полуцикле медный электрод является ано45 дом, а электрод, содержащий смесь сульфидов и галогенидов — катодом и процессы идут в обратном направлении.

Накопитель сигналов может быть использован как в дискретном, так и в непре- 0

pblsHoM режиме работы. После изготовления накопителя его приводят в рабочее состояние, замыкая электроды накоротко и выдерживая в таком состоянии несколько часов. После размыка- 55 ния электродов разность потенциалов на клеммах равна нулю и накопитель готов к работе. После зарядного лолуцикла разность потенциалов принимает конечное значение (не выше 0,5 В) .

В разрядном полуцикле ток пропускается до тех пор, пока разность потенциалов не упадет до нуля. В непрерывном режиме работы количество пропущенного при заряде электричества может быть определено по величине разности потенциалов электродов после размыкания цепи.

Пример 1. В цилиндрическую форму из оргстекла последовательно за— прессованы первый электрод, состоящий из смеси порошков твердого электро— лита следующего состава, r: CU4RbC) 12

0,08, Си25 0,1, CuBr 0,0), графита

0,02, слой твердого электролита Cu4RbCl I 0,08, второй электрод со— става, r: Cu4RbCI 2 0,03, металли-. ческой меди 0,05, графита 0,01, К наружным поверхностям обоих электродов прижаты графитовые токоотводы, Пло2 щадь ячейки 0,2 см . Общая масса активных материалов — 0,38 г. Объем ячейки 0,075 см . Ток заряда 1З =

10 А. Время заряда С = 4,5 104 с, количество электричества при заряде

О g = 45 Кл. Ток разряда Ip = 10 А, 3 время разряда Ср = 4,47-10 с, коли4 чество электричества р = 44,7 Кл. удельная накопительная емкость Q> =

= 590 Кл/см . Рабочее напряжение в интервале 0...0,55 В, КПД 9 9,3Х.

Пример 2. Накопитель изготовлен аналогично примеру 1. Состав первого электрода, r: Cu+RbC 1 Д 7 0, 09, Cu2S 0,14, Cul 0,014, CuCI — 0,014; состав электролита Cu4 RbC l)g4) gg0, 08, состав второго электрода, г: Си4КЬС1 фх

0,03, меди 0,01 и графита 0,01. Объем ячейки 0,075 см, масса 0,39 r. Pe3 жим заряда: ) = 4 10 А, (V

1,26.104 с, Я = 50,4 Кл. Режим разряда: Лр = 10 ЗА, р = 4,86-)ОЧ с, Яр = 48,6 Кл. Рабочее напряжение в ин— тервале 0...0,5 В. Удельная накопительная емкость Ryp = 640 Кл/см, КПД

Ь

96,47.

Пример 3. Накопитель изготовлен аналогично примеру ). Состав первого электрода, г: Cu4RbC 1 /<>@,54, Си25 0,06, Cul 0,0006, графита:.

0,0006, .состав электролита CuqRbCIgggg

0,08 r, состав второго электрода, г:

Cu4RbC1ô4 0,03, меди 0,0003, графита О 015. Объем ячейки 0,15 см, мас3

-Ь са 0,73 г. Режим заряда: I y = !0 А, Г = 4-10 1 с, Qg = 40 Кл. Режим разря3= да: р = 10 А, ip = 3,8 10 с,йд =

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе щ . 1. Такахаши Т., Ямамото О. J. of

the Electrochem. Soc., М- 7, т. 118, 1971, с. 1051.

2. Авторское свидетельство СССР

У 684628, кл. H 01 g. 9/22, 05.09.79 (прототип) .

5 8796 — 38 Кл. Рабочее напряжение 0...0,5 В.

Удельная накопительная емкость Яр, 280 Кл/см, КПД 957..

Пример 4. Накопитель изготовлен прессованием аналогично примеру 1. Состав первого электрода, г:

CuI 0,02, Cu

0,12, графит 0,04, твердый электролит Си4КЬС1 1y — 0,08, второй электрод, г: .Со4ВЬС1 l > 0,03, меди 0,06, . 10 графита О, 0003. Объем ячейки 0, 0 7 см масса 0,33 г. Режим заряда:,Л = 10 А, 4

3 ° 10 с, Q. = 30 Кл. Режим разряда: р = 0,5 10 А, р = 5,7 104 с, Йр = 28,5 Кл, КПД вЂ” 95X, Я д = 450 Кл/ is

/см . Интервал напряжения 0...0,55 В.

Предлагаемый твердоэлектролитный накопитель сигналов обладает рядом достоинств. Удельная накопительная емкость его в 30-40 раз выше по срав- gp нению с указанным прототипом. Соот1 ветственно в 2,5 раза шире диапазон рабочих напряжений. Кроме того, в предложенном накопителе не использовано серебро. Все применяемые мате- 25 риалы (медь и ее соединения, графит) производятся промышленностью химреактивов и недороги. Перечисленные преимущества позволяют широко использовать предлагаемый накопитель сигналов в запоминающих устройствах с длительной памятью, резервных источниках энергии, счетчиках машинно. го времени, реле и т.п. устройствах.

Накопитель несложен в изготовлении и его производство может быть освоено в короткие сроки.

Накопитель сигналов, содержащий два электрода и твердый электролит, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности накопления электрической энергии, один из электродов выполнен из смеси твердого электролита с углеродом и металлической медью, соотношение масс которых взято в пределах от 1:2:0,01 до 2:0,01:1, второй электрод выполнен из твердого электролита, углерода, и смеси солей меди, соотношение масс которых взято в пределах от

1:2:9 до 9:0,01:1, причем смесь солей составлена из сульфидов и галогенидов меди, взятых в соотношении от

1:2 до 1:0,01 по массе, а в качестве твердого электролита взято соединение состава Cu4RbCl lg у где у взято в пределах от 3,0 до 3,25.

Составитель Н.. Федотов

Редактор Т. Кузнецова Техреп И.Асталош Корректор М. Пожо

Заказ 9731/23 Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раупская наб. g. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4