ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА

ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА


RU (11) 2057381 (13) C1

(51) 6 H01M4/48, H01M6/16 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.03.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94004138/07 
(22) Дата подачи заявки: 1994.02.08 
(45) Опубликовано: 1996.03.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Заявка Японии N 59-108268, Япония кл. H 01M 4/48, 1984. 2. Заявка Японии N 5987760, кл. H 01M 4/48, 6/16, 1984. 3. Заявка Японии N 62-123659, кл. H 01M 4/48, 1987. 4. Заявка Японии 1307163, кл. H 01M 4/48, 4/06, 1989. 
(73) Патентообладатель(и): Куксенко Сергей Петрович 

(54) ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА 

Использование: литиевые источники тока с органическим электролитом. Сущность изобретения: химический источник тока с литиевым анодом, органическим электролитом и катодом на основе оксида меди. В составе катода содержится добавка в количестве 2 - 8 мас.%. Добавка выбрана из группы, содержащей Pb3O4, PbO и двойные оксиды PbO - Bi2O3 в виде твердых растворов и химических соединений, содержащих не менее 40 мол.%. PbO. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству литиевых источников тока с органическим электролитом.

Известны химические источники тока (ХИТ) с литиевым анодом, органическим электролитом и катодом на основе СuO, в которых для предотвращения падения напряжения в начале разряда в состав активной катодной массы вводят 5-15 мас. Вi2O3 MoO3 [1] или 20-40 мас. ВiCoO3 [2] Характеристики таких ХИТ находятся в диапазоне между характеристиками ХИТ систем Li Bi2O3 и Li MoO3, Li Co2O3 соответственно. Это приводит к тому, что на разрядной кривой ХИТ с оксидномедным катодом и добавкой Вi2O3 MoO3 или ВiCoO3 появляется высокопотенциальная площадка напряжения по отношению к напряжению ХИТ Li CuO без добавки, особенно при низкотоковом разряде. Таким образом литиевые ХИТ с оксидномедным катодом и добавками в катод Вi2O3 / MoO3 или ВiCoO3 не обеспечивают стабильного рабочего напряжения, что является их недостатком.

Известен ХИТ с литиевым анодом, органическим электролитом и катодом на основе СuO, в котором для устранения провала напряжения в начальный период разряда и стабилизации разрядного напряжения в катод вводят 10-50 мас. Мn2O3 [3] Недостатком этого ХИТ является высокое, по сравнению с предыдущими аналогами, разбухание ХИТ при разряде. Это связано с тем, что объем продуктов разряда Мn2O3 в 1,69 раза больше объема Мn2O3 (теоретически), а для Вi2O3 MoO3, например, объем продуктов разряда больше объема исходного вещества в 1,39 раза.

В качестве прототипа заявляемого изобретения выбран ХИТ с литиевым анодом, органическим электролитом и катодом на основе СuO, в котором для устранения падения напряжения на начальной стадии разряде предложено в катод добавляют FeS2 [4]

Добавка 20 мас. FeS2 позволяет существенно увеличить разрядную емкость ХИТ (элемент GR 920 габарита 9,5 х 2,05 мм отдает емкость 40 мАч) и улучшить разрядные характеристики при повышенных токах разряда. Разрядные характеристики такого ХИТ более пологие. При добавлении в активную массу катода 5-40 мас. FeS2 повышается разрядное напряжение ХИТ и улучшается сохраняемость за счет растворения части добавки и образования осадка серы в виде пленки на поверхности литиевого анода. Катод из смеси СuO и FeS2 уменьшает разбухание ХИТ при разряде: в пуговичном элементе FR 1130 (11,6 х 3,05 мм) разбухание при разряде составляет 0,18 мм.

Недостатками прототипа являются: относительно низкая емкость ХИТ; ухудшение разрядных характеристик ХИТ в связи с медленным спадом напряжения в начале разрядной кривой, т. е. относительно низкая стабильность разрядного напряжения; относительно высокое разрядное напряжение ХИТ; снижение мощности ХИТ при хранении; относительно высокое разбухание ХИТ при разряде.

ХИТ системы Li FeS2 при низких токовых нагрузках имеют напряжение в диапазоне 1,70-1,45 В. Этим объясняется относительно высокое разрядное напряжение ХИТ по прототипу и его низкая стабильность (медленный спад напряжения в начале разряда или высокопотенциальная площадка напряжения при низких токах разряда, отвечающая восстановлению FeS2, по отношению к площадке, отвечающей восстановлению СuO). Относительно низкая емкость ХИТ по прототипу и его разбухание при разряде связаны с тем, что молярный объем Li2S (27,7 см3/моль) значительно больше, чем молярный объем Li2O (14,9 см3/моль), поэтому при отборе равной емкости от катодных материалов FeS2 теоретически разбухает на 36% против 18% для CuO. Для снижения разбухания ХИТ по прототипу увеличивают пористость катодного материала (до 40-75%), что снижает емкость ХИТ. Осаждение серы на поверхности анода приводит к пассивации анода продуктом взаимодействия осадка серы и лития, что повышает внутреннее сопротивление ХИТ по прототипу, особенно после длительного хранения.

Цель изобретения повышение емкости ХИТ с литиевым анодом, органическим электролитом и катодом на основе СuO, стабилизация разрядного напряжения, в том числе импульсного, снижения роста внутреннего сопротивления при хранении, снижение разбухания ХИТ при разряде.

Заявляемый химический источник тока с литиевым анодом, органическим электролитом и катодом на основе СuO отличается тем, что в состав катода вводят добавку, выбранную из группы Рb3O4, PbO и двойных оксидов РbO Bi2O3 в виде твердых растворов и химических соединений, содержащих не менее 40 мол. РbO, в количестве 2-8 мас.

Оксиды Рb3O4, PbO и Вi2O4 PbО при восстановлении в литиевых ХИТ разбухают незначительно: Pb3O4 на 49% РbO 24% Вi2Pb2O5 (например) 53% против 78% для СuO (теоретически при отборе равного количества электричества). Это способствует снижению разбухания и повышению емкости заявляемого ХИТ по сравнению с прототипом. Кроме того, вышеуказанные оксиды стабилизируют разрядное напряжение в заявляемом ХИТ, по сравнению с прототипом, что может быть связано с близостью их восстановительных потенциалов к восстановительным потенциалам СuO и образованием частиц, которые служат центрами восстановления СuO. Оксиды Рb3O4, PbO и Вi2O3 PbO и продукты их восстановления не растворяются в электролите, что обеспечивает низкое и стабильное внутреннее сопротивление заявляемого ХИТ после длительного хранения.

П р и м е р 1. В оксидномедный катод вводят 5 мас. Рb3O4. Собирают серию литиевых элементов типа GR 921 (диаметр 9,5-0,3 мм, высота 2,05-0,2 мм). Разряд проводят на нагрузку 30 кОм с периодическим подключением нагрузки 1 кОм в течение 1 с.

Емкость элементов до конечного напряжения 1,0 В составляет 46,8 + 0,2 мАч.

Напряжение на 30 кОм: через 10 ч 1,42 В, 100 1,41 В, 400 1,41 В, 800 ч 1,29 В, 950 ч 1,14 В.

Время выхода на напряжение 1,8 В 2-3 мин.

Напряжение в импульсе 1 кОм 1 с: через 10 ч 1,20 В, 100 ч 1,12 В, 400 ч 1,12 В, 800 ч 1,12 В, 950 ч 1,02 В.

Внутреннее сопротивление: свежеизготовленных элементов не более 190 Ом, после хранения при 45оС в течение 3 мес не более 260 Ом.

Разбухание элементов после 150 ч разряда отсутствует. Разбухание за предел габаритных размеров после разряда до 1,0 В отсутствует.

Элементы, собранные по прототипу с введением в оксидномедный катод 20 мас. FeS2, в тех же условиях имели: емкость 43,1 + 0,8 мАч; время выхода на 1,8 В от 8 до 10 мин; напряжение на 30 кОм: 10 ч 1,61 В, 100 ч 1,57 В, 400 ч 1,42 В, 800 1,28 В, 950 ч 1,00 В; напряжение в импульсе: 10 ч 1,44 В, 100 ч 1,40 В, 400 ч 1,27 В, 800 ч 1,14 В, 950 ч 0,88 В; внутреннее сопротивление: свежеизготовленных 120 Ом, после хранения 540 Ом; разбухание: 150 ч 0,06 мм, за предел габаритных размеров после разряда 0,03 мм.

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1, но в оксидномедный катод вводят 5 мас. РbO.

Характеристики элементов: емкость 46,5 + 0,3 мАч; время выхода на 1,8 В от 3 до 5 мин; напряжение на 30 кОм: 10 1,45 В, 100 ч 1,42 В, 400 ч 1,42 В, 800 ч 1,27 В, 950 -4 1,10 В; напряжение в импульсе: 10 ч 1,22 В, 100 ч 1,15 В, 400 ч 1,15 В, 800 ч 1,11 В, 950 ч 1,00 В; внутреннее сопротивление: свежеизготовленных 200 Ом, после хранения 250 Ом; разбухание: 150 ч отсутствует, за предел габаритных размеров после разряда отсутствует.

П р и м е р 3. Аналогично примеру 1, но в оксидномедный катод вводят 5 мас. твердого раствора (Вi2O3)0,445 (PbO)0,555.

Характеристики элементов: емкость 47,0 + 0,3 мАч; время выхода на 1,8 В от 5 до 6 мин; напряжение на 30 кОм: 10 ч 1,49 В, 100 ч 1,42 В, 400 ч 1,41 B, 800 ч 1,29 В, 950 ч 1,18 В; напряжение в импульсе: 10 ч 1,20 В, 100 ч 1,17 В, 400 ч 1,17 В, 800 ч 1,17 В, 950 ч 1,06 В; внутреннее сопротивление: свежеизготовленных 210 Ом, после хранения 230 Ом; разбухание: после 150 ч отсутствует, за предел габаритных размеров после разряда отсутствует.

П р и м е р 4. Аналогично примеру 1, но в оксидномедный катод вводят 5 мас. химического соединения Вi8Pb5O17.

Характеристики элементов: емкость 47,0 + 0,3 мАч; время выхода на 1,8 В от 3 до 4 мин; напряжение на 30 кОм: 10 ч 1,48 В, 100 ч 1,42 В, 400 ч 1,41 В, 800 ч 1,29 В, 950 ч 1,18 В; напряжение в импульсе: 10 ч 1,16 В, 100 ч 1,17 В, 400 ч 1,17 В, 800 ч 1,17 В, 950 ч 1,06 В; внутреннее сопротивление: свежеизготовленных 230 Ом, после хранения 240 Ом; разбухание: после 150 ч отсутствует, за предел габаритных размеров после разряда отсутствует.

П р и м е р 5. Аналогично примеру 4, но в оксидномедный катод вводят 2 мас. Вi8Pb5O17.

Характеристики элементов: емкость 46,6 + 0,2 мАч; время выхода на 1,8 В от 5 до 6,5 мин; напряжение на 30 кОм: 10 ч 1,40 В, 100 ч 1,41 В, 400 ч 1,39 В, 800 ч 1,27 В, 950 ч 1,13 В; напряжение в импульсе: 10 ч 1,10 В, 100 ч 1,12 В, 400 ч 1,12 В, 800 ч 1,12 В, 950 ч 1,00 В; внутреннее сопротивление: свежеизготовленных 290 Ом, после хранения 310 Ом; разбухание: после 150 ч отсутствует, за предел габаритных размеров после разряда до 1,0 В отсутствует.

П р и м е р 6. Аналогично примеру 4, но в оксидномедный катод вводят 8 мас. Вi8Pb5O17.

Характеристики элементов: емкость 46,9 + 0,5 мАч; время выхода на 1,8 от 6 до 7 мин; напряжение на 30 кОм: 10 ч 1,50 В, 100 ч 1,41 В, 400 ч 1,39 В, 800 ч 1,26 В, 950 ч 1,14 В; напряжение в импульсе: 10 ч 1,24 В, 100 ч 1,14 В, 400 ч 1,10 В, 800 ч 1,10 В, 950 ч 1,02 В; внутреннее сопротивление: свежеизготовленных 200 Ом, после хранения 215 Ом; разбухание: после разряда 150 ч отсутствует, за предел габаритных размеров после разряда до 1,0 В отсутствует.

П р и м е р 7. Аналогично примеру 5, но в оксидномедный катод вводят химическое соединение Вi6Pb2O11 (40 мол. РbO).

Характеристики элементов: емкость 46,5 + 0,5 мАч; время выхода на 1,8 В от 6 до 7 мин; напряжение на 30 кОм: 10 ч 1,42 В, 100 ч 1,41 В, 400 ч 1,40 В, 800 ч 1,28 В, 950 ч 1,14 В; напряжение в импульсе: 10 ч 1,11 В, 100 ч 1,12 В, 400 ч 1,12 В, 800 ч 1,12 В, 950 ч 1,00 В; внутреннее сопротивление: свежеизготовленных 290 Ом, после хранения 305 Ом; разбухание: после разряда 150 ч отсутствует, за предел габаритных размеров после разряда до 1,0 В отсутствует.

Введение в оксидномедный катод добавки в количестве менее 2 мас. приводит к снижению стабильности импульсного напряжения ХИТ (медленное повышение импульсного напряжения с течением разряда).

П р и м е р 8. Аналогично примеру 4, но в оксидномедный катод вводят 1 мас. Вi8Pb5O17.

Характеристики элементов: емкость 46,8 " 0,3 мАч; время выхода на 1,8 В от 2 до 4 мин; напряжение при разряде на 30 кОм: 10 ч 1,38 В, 100 ч 1,38 В, 400 ч 1,38 В, 800 ч 1,30 В, 950 ч 1,14 В; напряжение в импульсе: 10 ч 1,00 В, 100 ч 1,03 В, 400 ч 1,14 В, 800 ч 1,14 В, 950 ч 1,00 В; внутреннее сопротивление: свежеизготовленных 395 Ом, после хранения 410 Ом; разбухание: после 150 ч отсутствует, за предел габаритных размеров после разряда до 1,0 В отсутствует.

Введение в оксидномедный катод добавки в количестве более 8 мас. приводит к снижению стабильности разрядного напряжения ХИТ (медленный выход на стабильное рабочее напряжение).

П р и м е р 9. Аналогично примеру 4, но в оксидномедный катод вводят 9 мас. Вi8Pb5O17.

Характеристики элементов: емкость 46,8 + 0,4 мАч; время выхода на 1,8 В от 7 до 8 мин; напряжение при разряде на 30 кОм: 10 ч 1,56 В, 100 ч 1,42 В, 400 ч 1,40 В, 800 ч 1,24 В, 950 ч 1,12 В; напряжение в импульсе: 10 ч 1,30 В, 100 ч 1,15 В, 400 ч 1,11 В, 800 ч 1,11 В, 950 ч 1,02 В; внутреннее сопротивление: свежеизготовленных 200 Ом, после хранения 225 Ом; разбухание: после 150 ч отсутствует, за предел габаритных размеров после разряда до 1,0 В отсутствует.

Введение в оксидномедный катод добавки двойного оксида Вi2O3 PbO с содержанием менее 40 мол. РbO приводит ке снижению стабильности импульсного напряжения ХИТ (появление "ямы").

П р и м е р 10. Аналогично примеру 10, но в оксидномедный катод вводят 2 мас. химического соединения Вi12PbO19.

Характеристики элементов: емкость 46,9 + 0,2 мАч; время выхода на 1,8 В от 8 до 9 мин; напряжение при разряде на 30 кОм: 10 ч 1,52 В, 100 ч 1,39 В, 400 ч 1,39 В, 800 ч 1,31 В, 950 ч -1,14 B; напряжение в импульсе: 10 ч 1,21 B, 100 ч 1,00 B, 400 ч 1,06 B, 800 ч 1,14 B, 950 ч 1,00 В; внутреннее сопротивление: свежеизготовленных 270 Ом, после хранения 330 Ом; разбухание: 150 ч 0,01 мм, за габариты 0,01 мм. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА, содержащий литиевый анод, органический электролит и катод на основе CuO, отличающийся тем, что в состав катода введена в количестве 2 - 8 мас.% добавка, выбранная из группы, содержащих Pb3O4, PbO и двойные оксиды PbO - Bi2O3 в виде твердых растворов и химических соединений, содержащих не менее 40 мол.% PbO.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru