ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА И СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ РАЗРЯДНОЙ МОЩНОСТИ

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА И СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ РАЗРЯДНОЙ МОЩНОСТИ


RU (11) 2313158 (13) C2

(51) МПК
H01M 6/18 (2006.01)
H01M 10/39 (2006.01)

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

Документ: В формате PDF
(21) Заявка: 2006100605/09
(22) Дата подачи заявки: 2006.01.10
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.01.10
(43) Дата публикации заявки: 2007.07.27
(45) Опубликовано: 2007.12.20
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: КУКОЗ Ф.И. и др. Тепловые химические источники тока. - Ростов-на-Дону: издательство Ростовского университета, 1989, с.51-51. RU 2187178 С1, 10.08.2002. US 6379841 B1, 30.04.2002. GB 1524126, 06.09.1078.
(72) Автор(ы): Потанин Александр Аркадьевич (RU)
(73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Высокоэнергетические батарейные системы" (RU)
Адрес для переписки: 607189, Нижегородская обл., г. Саров, ул. Силкина, 5, кв.40, ООО "Высокоэнергетические батарейные системы", А.А. Потанину


(54) ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА И СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ РАЗРЯДНОЙ МОЩНОСТИ

Изобретение относится к области электротехники, а именно к первичным и вторичным твердотельных химических источников тока. Техническим результатом изобретения является повышение разрядных характеристик. Согласно изобретению твердотельный химический источник тока состоит из корпуса с токовыводами, в котором размещены и подсоединены к токовыводам один или несколько твердотельных гальванических элементов, выполненных на основе твердых ионных проводников и в которых для повышения мощности разряда гальванические элементы являются тепловыделяющими и находятся в нагретом состоянии, а источник тока имеет внутри корпуса или (и) вне корпуса тепловую защиту, снижающую тепловые потери нагретых гальванических элементов. Способ повышения разрядной мощности твердотельного химического источника тока путем пропускания по гальваническим элементам электрического тока, их нагрева и сохранения нагретого состояния гальванических элементов в процессе разряда. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области электротехники, а именно к первичным и вторичным химическим источникам тока (аккумуляторам).

Изобретение может представлять интерес для использования в электротехнике и других областях техники, где необходимы высокоэнергоемкие безопасные источники тока с низким саморазрядом и высокой разрядной мощностью, к примеру в телекоммуникационных системах, в портативных компьютерах, а также в другой технике, для функционирования которой требуются приборы с такими характеристиками.

Настоящее изобретение касается устройства высокоэнергоемких и безопасных твердотельных источников тока с низким саморазрядом в процессе хранения и эксплуатации и способа повышения разрядной (генерации электрического тока повышенной) мощности такими источниками тока.

В настоящем изобретении под источником тока понимается как отдельный гальванический элемент, состоящий из отрицательного коллектора тока, анода, электролита, катода и положительного коллектора тока в указанной последовательности, так и источник тока, состоящий из нескольких гальванических элементов с различными вариантами коммутации коллекторов тока, которая может быть как последовательной, так и параллельной. При этом гальванические элементы размещены в корпусе с двумя изолированными друг от друга токовыводами и подсоединены к ним в соответствии с полярностью. При этом одним из токовыводов может быть корпус источника тока.

Известен твердотельный источник тока, который состоит из корпуса с токовыводами, в котором размещены и подсоединены к токовыводам один или несколько твердотельных гальванических элементов, которые могут соединяться последовательно и параллельно и состоят из анода, электролита и катода, выполненных на основе твердых ионных проводников, в частности на основе системы Li/LiI(Al 2О3)/соли металлов /1/ (аналог). 

Такой источник тока с твердым электролитом характеризуется следующими свойствами:

высокая удельная энергоемкость (600-1000 Вт·ч/дм3),

широкий рабочий диапазон температур,

низкий саморазряд и длительный срок хранения.

Этот источник тока относится к твердотельным источникам тока на основе твердого ионного проводника LiI с проводимостью ионов Li+, в которых твердофазные токообразующие реакции в аноде и катоде протекают с участием ионов лития.

Недостатком этого источника тока является то, что при нормальных температурах он имеет очень высокое внутреннее сопротивление (при удельной ионной проводимости при 25°С 1·10 -4 Ом-1/ см-1 и толщине электролита в реальном гальваническом элементе 0,2 мм внутреннее сопротивление на единицу поверхности гальванического элемента составляет 200 Ом/см2), в результате чего:

- в условиях нормальных температур реализуется очень низкая мощность разряда, максимальная величина которой имеет уровень 1-10 мВт;

- область применения источников тока очень ограничена, и источники тока используются только там, где допустимо электрическое питание с мощностью на уровне микро- или милливатт. Это очень узкая область и источники тока не нашли широкого применения.

Эти недостатки характерны и для других твердотельных источников тока. При сочетании очень высоких параметров, таких как высокая удельная энергоемкость, безопасность, низкий саморазряд, твердотельные источники тока на основе твердых ионных проводников имеют низкую разрядную мощность при нормальных температурах (10-20 мкВт...1-10 мВт), что очень ограничивает область их применения. В частности, твердотельные источники тока на основе твердых фтор ионных проводников характеризуются удельной энергоемкостью до 1100 Вт·ч/дм3. Эти источники тока содержат твердые ионные проводники с проводимостью ионов F -, и твердофазные токообразующие реакции в аноде и катоде протекают с участием ионов фтора. При этом эти источники тока являются безопасными, так как состоят из термически устойчивых сложных фторидов. Но эти источники тока при нормальной температуре тоже имеют очень низкую мощность разряда - 10÷20 мкВт (при 25°С) /2/.

В настоящее время основным направлением решения задачи по повышению мощности разряда твердотельных источников тока для расширения области их практического использования является путь снижения внутреннего сопротивления ионных проводников (поиск материалов с высокой ионной проводимостью в твердой фазе) и улучшения технологии изготовления гальванических элементов для снижения их внутреннего сопротивления.

Настоящее изобретение касается другого направления решения задачи по повышению мощности разряда твердотельных источников тока на основе твердых ионных проводников - создания эффективного устройства таких источников и способа реализации высокой мощности.

Наиболее близким к заявляемым твердотельному источнику тока и способу повышения его разрядной мощности являются тепловые источники тока с высокой мощностью разряда и длительным временем сохранности электрической энергии, в которых генерация электрического тока происходит в результате нагрева твердотельных гальванических элементов /3/ (прототип).

Тепловые источники тока состоят из корпуса с токовыводами, в котором размещены и подсоединены к токовыводам скоммутированные между собой гальванические элементы, а также размещены нагревательные (тепловыделяющие) элементы. При этом блок из гальванических и тепловыделяющих элементов отделен от корпуса теплоизоляцией. Гальванические элементы тепловых источников тока состоят из твердого анода, электролита в виде солевой эвтектики и твердого катода. Работоспособность таких батарей обеспечивается тем, что в корпусе батареи размещаются пиротехнические нагреватели, в результате воспламенения и сгорания которых происходят разогрев гальванических элементов, расплавление твердой эвтектической смеси электролита, и получившийся расплав становится ионным жидким проводником, чем обеспечиваются протекание токообразующих электрохимических анодной и катодной реакций и генерация батареей электрического тока во внешнюю цепь. В таких источниках тока для повышения их длительности работы в корпусе, между корпусом и блоком из гальванических и нагревательных элементов, размещается тепловая защита, позволяющая поддерживать определенное время температуру плавления электролита в гальванических элементах, обеспечивая его работоспособность.

Тепловые источники тока имеют следующие недостатки:

- они являются только первичными и не могут быть использованы как вторичные (аккумуляторы), что ограничивает область их использования;

- использование пиротехнических нагревателей, системы их воспламенения делает конструкцию тепловых батарей очень сложной, которая не является унифицированной, и подобные батареи, как правило, специально разрабатываются и ориентированы на отдельные конкретные применения;

- тепловые источники тока вследствие сложности конструкции имеют очень низкие удельные энергетические характеристики: 10 Вт·ч/кг, 20-30 Вт·ч/дм3, которые в десятки и более раз уступают аналогичным параметрам первичных источников тока и в несколько раз параметрам вторичных источников тока, к примеру никель-кадмиевым или никель-металлгидридным аккумуляторам (25-30 Вт·ч/кг, 20-40 Вт·ч/дм3 ).

Задачей настоящего изобретения является создание устройства высокоэнергоемких, безопасных первичных и вторичных источников тока для широких областей использования с низким саморазрядом и длительным временем сохранности электрической энергии в процессе хранения и эксплуатации и способа повышения разрядной мощности таких источников.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого устройства твердотельного источника тока, заключается в следующем:

- повышение удельных энергетических характеристик (600 Вт·ч/дм3 и выше вместо 20-30 Вт·ч/дм3 у прототипа), безопасности, низкого саморазряда (на уровне 1-3% в год) и длительной сохранности электрической энергии;

- широкое использование в различных областях техники в качестве как первичных, так и вторичных источников тока, в частности в электронных и микроэлектронных приборах, в телекоммуникационных системах и т.п.;

- достижение мощности разряда до уровня и выше тепловых источников тока в ряду первичных и широко используемых Ni-Cd, Ni-MH в ряду вторичных (аккумуляторов).

Для достижения указанной задачи и технического результата, а именно устройства как первичного, так и вторичного твердотельного источника тока с высокими удельными энергетическими характеристиками, мощностью разряда и низким саморазрядом и высокой сохранностью электрической энергии предлагается следующее устройство.

1. В известном твердотельном источнике тока, состоящем из корпуса с токовыводами, в котором размещены и подсоединены к токовыводам твердотельные гальванические элементы, состоящие из анода, электролита и катода, нагревательные элементы и тепловая защита, снижающая тепловые потери нагретых гальванических элементов, согласно изобретению, гальванические элементы выполнены на основе твердых ионных проводников и одновременно совмещающих функцию нагревательных элементов.

Использование в источнике тока твердотельных гальванических элементов, выполненных на основе твердых ионных проводников, в нагретом состоянии приводит к повышению ионной проводимости твердых ионных проводников и к повышению скорости протекания токообразующих электродных реакций в твердофазном аноде и катоде. В результате этого снижается внутреннее сопротивление твердотельного источника тока и повышается его разрядная мощность. Из примера, приведенного в /2/, следует, что при нагреве гальванических элементов до 100°С разрядная мощность возрастает в 20 раз, при нагреве до 200°С - в 500 раз.

Использование в источнике тока твердотельных гальванических элементов, выполненных на основе твердых ионных проводников, которые выполняют и функцию нагревательных элементов, позволяет исключить из устройства источника тока наличие специальных, характерных для тепловых химических источников тока нагревательных элементов, систему их воспламенения и использование стойких при высоких температурах специальных конструкционных элементов. Это приводит к значительному упрощению конструкции источника тока и позволяет достичь высоких удельных энергетических характеристик (600 Вт·ч/дм 3 и выше) в отличие от тепловых химических источников тока (20-30 Вт·ч/дм3) /3/.

Твердотельные гальванические элементы, выполненные на основе твердых ионных проводников, при этом выполняют две функции: генерируют электрический ток и являются нагревательными элементами, к примеру, в результате прохождения по ним электрического тока и выделения джоулиевого тепла. При этом для твердых ионных проводников, как правило, характерен экспоненциальный рост ионной проводимости при повышении температуры, что является благоприятным фактором использования твердотельных гальванических элементов на основе твердых ионных проводников в качестве нагревательных элементов при прохождении по ним электрического тока. Использование тонкопленочных гальванических элементов позволяет снизить внутреннее сопротивление твердотельного источника тока и повысить эффективность гальванических элементов как нагревательных элементов для твердотельных химических источников тока высокой мощности. Использование твердотельных гальванических элементов на основе термостойких ионных проводников позволяет их использовать в качестве нагревательных до более высоких температур, что является эффективным для значительного повышения мощности разряда. Использование дополнительного внешнего теплового источника, который нагревает твердотельный химический источник тока на основе твердых ионных проводников, также является эффективным.

Использование в источнике тока гальванических элементов на основе твердых ионных проводников, выполняющих функцию нагревательных элементов и тепловой защиты, снижающей тепловые потери нагретых гальванических элементов, позволит поддерживать гальванические элементы в нагретом состоянии. При этом выполнение этой необходимой функции может быть реализовано при размещении тепловой защиты внутри корпуса или (и) вне корпуса. Размещение тепловой защиты в корпусе источника тока может быть реализовано различными способами, к примеру для случаев, когда гальванические элементы скоммутированы и собраны в виде столба (фиг.1) или в виде пластины для источников тока высокой мощности разряда, отвечающих уровню мощности тепловых первичных источников тока или Ni-Cd, Ni-MH вторичных (аккумуляторов) (фиг.2).

2. Для широкого использования в различных областях техники твердотельного химического источника как вторичного (аккумулятора) его гальванические элементы содержат обратимые электроды, а как первичного - необратимые электроды, а использование тонкослойных гальванических элементов на основе твердых ионных проводников позволяет снизить внутреннее сопротивление и, соответственно, повысить мощность разряда в обоих случаях. Твердотельный химический источник тока содержит твердотельные гальванические элементы, при этом отсутствует выделение газов и появление жидких фаз, поэтому источник безопасный, имеет низкий саморазряд вследствие низкой электронной проводимости твердого электролита, и длительный срок хранения энергии.

3. Для обеспечения высоких удельных энергетических характеристик гальванические элементы содержат твердые проводники ионов фтора, и твердофазные токообразующие реакции в аноде и катоде протекают с участием ионов фтора, как например в /2/, либо проводники ионов лития и твердофазные токообразующие реакции в аноде и катоде протекают с участием ионов лития, как например в /1/. Использование указанных вариантов устройства гальванических элементов в заявляемом источнике тока позволит обеспечить высокие удельные энергетические характеристики источника тока, так как электрохимические токообразующие реакции с участием наиболее электроотрицательного аниона F- или электроположительного катиона Li+ имеют наибольшие энергетические характеристики и практически реализуемы вследствие существования большой группы твердых проводников этих ионов.

4. Для повышения длительности разряда повышенной мощности тепловая защита размещена внутри или (и) вне корпуса. В качестве тепловой защиты используются пористые теплоизоляционные материалы, содержащие оксид алюминия, или оксид кремния, или асбест, или стекловолокно, или композиции их включающие, или (и) используются тепловые экраны, снижающие тепловые потери из-за излучения нагретых гальванических элементов, или (и) другие эффективные устройства тепловой защиты, при этом тепловая защита, снижающая тепловые потери нагретых гальванических элементов, может быть использована в качестве корпуса твердотельного источника тока.

5. Для увеличения длительности разряда повышенной мощности твердотельный химический источник тока внутри корпуса или (и) вне корпуса содержит тепловые аккумуляторы с повышенной теплоемкостью для термостабилизации нагретых гальванических элементов и стабилизации разряда повышенной мощности.

Работоспособность заявляемого устройства источника тока состоит в следующем.

При подключении токовыводов на внешнюю нагрузку источник тока, содержащий высокоэнергоемкие твердотельные гальванические элементы на основе твердых ионных проводников, генерирует электрический ток. При этом твердые гальванические элементы нагреваются вследствие переноса заряда ионами в гальванических элементах на основе твердых ионных проводников, и гальванические элементы выполняют дополнительную функцию нагревательных элементов. Выполнение твердотельными гальваническими элементами на основе твердых ионных проводников функции тепловыделяющих элементов очень эффективно, так как при нагревании ионная проводимость твердых ионных проводников и скорость электродных токообразующих реакций повышается, вследствие чего снижается внутреннее сопротивление гальванических элементов и повышается мощность разрядного тока. Величина, обратная сопротивлению гальванического твердотельного элемента на основе твердых ионных проводников, возрастает экспоненциально с повышением температуры, так как она, в основном, определена экспоненциальной температурной зависимостью ионной проводимости твердых ионных проводников (зависимость Аррениуса-Френкеля). Вследствие этого дальнейший разогрев гальванических элементов приводит к дальнейшему снижению внутреннего сопротивления и росту разрядной мощности источника тока. При этом скорость возрастания мощности разряда твердотельного химического источника тока будет определяться, с одной стороны, характеристиками твердотельных гальванических элементов (исходное сопротивление при нормальной температуре, зависимость сопротивления от температуры), с другой, наличием и эффективностью тепловой защиты, снижающей тепловые потери гальванических элементов и величиной сопротивления нагрузки. Чем ниже тепловые потери, тем выше мощность источника тока.

Чем ниже величина сопротивления нагрузки, тем выше мощность источника тока.

Дополнительный разогрев твердотельных гальванических элементов может происходить при нагреве твердотельного химического источника тока от внешних источников тепла, в частности от нагретых частей оборудования или аппаратуры, где используется источник тока, или от других внешних источников тепла. Этот разогрев является благоприятным для повышения мощности разрядного тока, так как внутреннее сопротивление гальванических элементов снижается с повышением температуры. Использование тепловой защиты позволяет снизить тепловые потери тепловыделяющих гальванических элементов и поддерживать их в нагретом состоянии. Такое устройство твердотельного источника тока позволяет генерировать электрический ток высокой мощности.

Заявляемое устройство твердотельного химического источника тока может широко использоваться в различных областях техники в качестве как первичных, так и вторичных источников тока, позволяет достичь высоких удельных энергетических характеристик (600 Вт·ч/дм3 и выше), безопасности, низкого саморазряда (на уровне 1-3% в год) и повышения мощности разряда в 10-100 раз по сравнению с известными твердотельными источниками тока, что позволит достичь уровень мощности существующих мощных химических источников тока, таких как Ni-Cd, Ni-MH аккумуляторов и тепловых химических источников тока.

Для достижения указанных задач и технического результата предлагается также способ повышения разрядной мощности твердотельного химического источника тока путем нагрева твердотельных гальванических элементов и сохранения их в нагретом состоянии в процессе разряда, в котором, согласно изобретению, гальванические элементы выполняют на основе твердых ионных проводников, а для их нагрева используют тепло, образующееся при пропускании по гальваническим элементам электрического тока.

Повышение мощности разряда твердотельного химического источника тока, согласно изобретению, представляет следующую последовательность операций, которая может быть реализована до начала процесса разряда или (и) в процессе разряда:

- выполняют гальванические элементы на основе твердых ионных проводников;

- нагревают гальванические элементы;

- для их нагрева используют тепло, образующееся при пропускании по гальваническим элементам электрического тока;

- сохраняют в процессе разряда нагретое состояние гальванических элементов.

Предлагаемый способ повышения разрядной мощности и, соответственно, генерации твердотельным химическим источником тока электрической энергии повышенной мощности, согласно изобретению, заключается в следующем.

1. Для повышения разрядной мощности твердотельного химического источника тока гальванические элементы выполняют на основе твердых ионных проводников и по гальваническим элементам пропускают электрический ток.

При пропускании электрического тока по твердотельным гальваническим элементам происходит тепловыделение в источнике тока. Величина этой тепловой энергии определяется величиной тока и внутренним сопротивлением гальванических элементов. Это характерно не только для твердотельных химических источников тока, содержащих гальванические элементы на основе твердых ионных проводников, но для всех других источников тока. Для всех других химических источников тока такое тепловыделение, как правило, негативно сказывается на их работоспособность, так как разогрев может привести к их разрушению, а в ряде случаев - к взрыву. Поэтому, к примеру, для предотвращения внутреннего перегрева и безопасности Li-ионных химических источников тока используются термопредохранители и электронные схемы защиты.

2. Для твердотельных химических источников тока, содержащих гальванические элементы на основе твердых ионных проводников, подобный нагрев является благоприятным, так как гальванические элементы находятся в твердофазном состоянии и при нагреве не разрушаются, нет газовыделения, и источники тока безопасны. При этом рост температуры гальванических элементов приводит к значительному снижению их внутреннего сопротивления и, соответственно, к повышению мощности разряда источника тока. Рост температуры гальванических элементов является также благоприятным для повышения мощности заряда вторичных твердотельных источников тока, что представляет практический интерес в тех случаях, когда требуется проводить заряд источника тока за короткое время.

3. Для реализации глубокого разряда повышенной мощности в процессе разряда сохраняют нагретое состояние гальванических элементов, например, используя различные варианты тепловой защиты.

4. При этом нагрев гальванических элементов на основе твердых ионных проводников твердотельного химического источника тока при пропускании по ним электрического тока может быть реализован различными способами:

- нагрев гальванических элементов производят при пропускании по ним электрического тока при разряде источника тока;

- производят предварительный или (и) периодический разряд при замыкании источника на внешнюю нагрузку с сопротивлением ниже, чем внутреннее сопротивление источника тока;

- производят предварительный или (и) периодический разряд в режиме короткого замыкания твердотельного химического источника тока;

- нагрев гальванических элементов производят при пропускании по ним электрического тока от другого источника тока при заряде твердотельного химического источника тока.

- нагрев гальванических элементов производят при пропускании по ним предварительно или (и) периодически переменного электрического тока от другого источника.

5. Для повышения мощности разряда твердотельного химического источника тока такой источник тока может быть дополнительно нагрет от внешнего источника тепла или постоянно получать тепловую энергию от внешнего источника тепла, к примеру, если он расположен близко к нагретым частям оборудования, где он используется. В этом случае у нагретых гальванических элементов снижается внутреннее сопротивление, и нагрев гальванических элементов при пропускании по ним электрического тока, в частности при разряде, приводит к значительному повышению эффективности способа повышения мощности генерации электрической энергии. Внешнее тепловое воздействие в заявляемом способе может проводиться как одновременно с разрядом твердотельного химического источника тока, так и до начала разряда как дополнительная операция, приводящая к достижению поставленных задач и технического результата.

На фиг.1 и фиг.2 схематично представлено заявляемое устройство для случаев, когда гальванические элементы скоммутированы и собраны в виде столба (фиг.1) или в виде пластины (фиг.2). На фиг.1 и 2 в корпусе 2 с токовыводами 1 размещены гальванические элементы 4 и тепловая защита 3, расположенная между корпусом и гальваническими элементами. Гальванические элементы 4 могут быть выполнены на основе термостойких твердых проводников ионов фтора или ионов лития и могут содержать твердотельные как обратимые, так и не обратимые электроды, способные к твердофазным токообразующим реакциям.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При пропускании по гальваническим элементам 4 электрического тока происходит их нагрев и выделение тепла, в связи с чем гальванические элементы выполняют функцию нагревательных (тепловыделяющих) элементов. Тепловая защита 3 снижает тепловые потери от гальванических элементов, и их нагрев приводит к снижению внутреннего сопротивления и к повышению мощности разряда твердотельного источника тока.

Промышленная применимость заявляемого изобретения была установлена расчетным путем в адиабатических условиях, а затем опытным путем.

Из результатов расчетов следует, что при пропускании электрического тока через твердые гальванические элементы на основе твердых ионных проводников имеет место повышение температуры гальванических элементов и повышение мощности разряда источника тока, что приводит к достижению поставленных задач и технического результата. Повышение мощности разряда определяется величиной тока, проходящего через гальванические элементы, предэкспоненциальным коэффициентом и показателем экспоненты в экспоненциальной зависимости внутреннего сопротивления гальванических элементов от температуры, и величиной сопротивления нагрузки.

Опытным путем был испытан твердотельный источник тока, содержащий гальванические элементы с параллельной и последовательной коммутацией, состоящие, согласно /4/, из анода на основе свинца, катода, содержащего фторид серебра, и твердого фтор-ион проводящего электролита на основе трифторида лантана и из высокоэффективной тепловой защиты на основе оксида кремния, окружающей гальванические элементы со всех сторон. По гальваническим элементам пропускался электрический ток, производился нагрев гальванических элементов и происходило сохранение в процессе разряда нагретого состояния гальванических элементов.

В результате получено, что при пропускании по гальваническим элементам электрического тока его температура возрастает и электрическая мощность разряда с 0,0028 Вт при 25°С повышается до 0,02 Вт при 70°С и до 0,85 Вт при 170°С, что подтверждает достижение поставленных задач и технического результата. В этих опытах общая поверхность твердотельных гальванических элементов в источнике тока составляла 200 см2. При увеличении этой поверхности в твердотельном источнике тока и использовании заявляемого устройства и способа повышения разрядной мощности может быть достигнут более высокий уровень мощности разряда твердотельными химическими источниками тока, необходимый для различных применений.

Использованная литература

1. И.А.Кедринский и др. Литиевые источники тока. М.: Энергоатомиздат, 1992, с.230-233. (аналог).

2. Патент США №6379841 B1, H01M 4/58, 30.04.2002.

3. Ф.И.Кукоз и др. Тепловые химические источники тока. Ротов-на-Дону, Издательство Ростовского университета, 1989 (прототип).

4. Патент РФ №2187178, H01M 6/18, 10/36, опубл. 10.08.2002.


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Твердотельный химический источник тока, состоящий из корпуса с токовыводами, в котором размещены и подсоединены к токовыводам твердотельные гальванические элементы, состоящие из анода, электролита и катода и тепловой защиты, снижающей тепловые потери нагретых гальванических элементов, отличающийся тем, что гальванические элементы выполнены на основе твердых ионных проводников с совмещением функции нагревательных элементов.

2. Твердотельный химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что тепловая защита размещена внутри или (и) вне корпуса.

3. Твердотельный химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что для функционирования источника тока как первичного гальванические элементы содержат необратимые электроды.

4. Твердотельный химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что для функционирования источника тока как вторичного гальванические элементы содержат обратимые электроды.

5. Твердотельный химический источник тока по п.1, или 3, или 4, отличающийся тем, что твердые ионные проводники гальванических элементов содержат ионы фтора и твердофазные токообразующие реакции в аноде и катоде протекают с участием ионов фтора.

6. Твердотельный химический источник тока по п.1, или 3, или 4, отличающийся тем, что твердые ионны гальванических элементов содержат ионы лития и твердофазные токообразующие реакции в аноде и катоде протекают с участием ионов лития.

7. Твердотельный химический источник тока по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве тепловой защиты использованы пористые теплоизоляционные материалы, содержащие окись алюминия, или оксид кремния, или асбест, или стекловолокно, или композиции их включающие.

8. Твердотельный химический источник тока по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве тепловой защиты использованы тепловые экраны, снижающие тепловые потери из-за излучения.

9. Твердотельный химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из материалов тепловой защиты, снижающей тепловые потери нагретых гальванических элементов.

10. Твердотельный химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тепловые аккумуляторы с повышенной теплоемкостью, расположенные в корпусе или (и) вне корпуса источника тока.

11. Способ повышения разрядной мощности твердотельного химического источника тока путем нагрева твердотельных гальванических элементов и сохранения их в нагретом состоянии в процессе разряда, отличающийся тем, что гальванические элементы выполняют на основе твердых ионных проводников, а для их нагрева используют тепло, образующееся при пропускании по гальваническим элементам электрического тока.

12. Способ повышения разрядной мощности твердотельного химического источника тока по п.11, отличающийся тем, что для нагрева гальванических элементов используют тепло, образующееся при пропускании по ним электрического тока при разряде источника тока.

13. Способ повышения разрядной мощности твердотельного химического источника тока по п.12, отличающийся тем, что для нагрева используют тепло, образующееся при предварительном или (и) периодическом разряде при замыкании источника на внешнюю нагрузку с сопротивлением ниже, чем внутреннее сопротивление источника тока.

14. Способ повышения разрядной мощности твердотельного химического источника тока по п.13, отличающийся тем, что для нагрева гальванических элементов используют тепло, образующееся при предварительном или (и) периодическом разряде в режиме короткого замыкания.

15. Способ повышения разрядной мощности твердотельного химического источника тока по п.11, отличающийся тем, что для нагрева гальванических элементов используют тепло, образующееся при пропускании по ним электрического тока при заряде источника тока.

16. Способ повышения разрядной мощности твердотельного химического источника тока по п.11, отличающийся тем, что для нагрева гальванических элементов используют тепло, образующееся при пропускании по ним предварительно или (и) периодически переменного электрического тока от другого источника.

17. Способ повышения разрядной мощности твердотельного химического источника тока по п.11, отличающийся тем, что дополнительно для нагрева гальванических элементов используют тепло тока от внешнего теплового источника.




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