Застосування йодид-пентатіофосфату міді cu6ps5i як матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії

Корисна модель відноситься до таких областей приладобудування як космічна техніка, інтегральна мікроелектроніка, біомедична електроніка, зокрема до пристроїв для виробництва електричної енергії і може знайти застосування в різних промислових виробництвах, які потребують нових та е фективних джерел енергії. Відоме використання йодид-пентатіофосфату міді CU6PS5I як матеріалу для оптичного реле температур [1]. Але вказаний матеріал не використовувався для твердоелектролітичного джерела енергії. Завдання корисної моделі полягає у розширенні діапазону використання йодид-пентатіофосфату міді CU6PS5I, тобто такого матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії, який при наявності необхідних високої іонної провідності та низької енергії активації був би більш технологічним, хімічно стійким та дешевшим у виготовленні. Поставлене завдання досягається таким чином, що використовують відому [2] хімічну сполуку - йодид пентатіофосфат міді CU6PS5I вперше у якості матеріалу, що має високу іонну провідність та низьку енергію активації провідності [3], для твердоелектролітичного джерела енергії. Перевагою даного матеріалу є його те хнологічність, хімічна стійкість та відносна дешевизна при наявності необхідних для твердоелектролітичного джерела енергії високої іонної провідності та низької енергії активації. На Фіг.1 наведено температурну залежність електропровідності кристалу СU6РS5І. Вимірювання повної електропровідності s проводилися в діапазоні частот n=10-109Гц в інтервалі температур 77-320К за методикою та на установці, які описані в [4]. При температурі Т=295К та частоті n=102Гц повна електропровідність складає s=1.12´10-3Oм -1´см -1 та енергію активації DЕа=О.22еВ. Слід відзначити, що в Сu6РS5І діркова складова електропровідності, визначена за допомогою поляризаційного методу Вагнера [4], становить близько 1% від повної електропровідності. На Фіг.1 наведено температурну залежність електропровідності для кристалу Сu6РS5І. В температурному інтервалі 140-295К на залежності s(Т) спостерігається декілька ділянок з різними енергіями активації DЕа. В області структурного сегнетоеластичного фазового переходу при Т=Т с спостерігається злам на залежності s(7), що є характерним для фазового переходу II роду. Лінійний характер температурної залежності електропровідності в арреніусівських координатах вказує на термоактиваційний характер електропровідності. В області суперіонного фазового переходу при T=Ts спостерігається особливість у вигляді невеликого максимуму. На Фіг.2 наведено частотну залежність повної електропровідності в діапазоні частот n=10-109Гц при температурі Т=295К. Видно, що в діапазоні частот n=10-108Гц має місце слаба дисперсія електропровідності. Тільки при n=108Гц починається збільшення електропровідності, причому в інтервалі n=108-109Гц вона збільшується більше ніж у 2 рази. Таким чином, дані кристали Сu6РS5І мають достатньо високу провідність, порівнянне з провідністю кращих мідевмісних тверди х електролітів. Перевага над відомими матеріалами, що використовуються в сучасних твердоелектролітичних батареях полягає у тому, що при наявності необхідних для твердоелектролітичного джерела енергії високої іонної провідності та низької енергії активації вони характеризуються технологічністю, хімічною стійкістю та відносною дешевизною. Приклад. Для одержання 10г речовини СU6РS5І брали 4.5428г Сu, 2/2920 u S, 0.4428г Р та 3.7228г СuI і загружали у кварцеву ампулу довжиною 160мм та діаметром 20мм. Ампулу відкачували до залишкового тиску 102 Па і далі проводили синтез. Протягом 12 годин спочатку нагрівали до 600К, далі температуру піднімали до 973К і витримували протягом 24 годин. Далі у тих самих ампулах методом хімічних транспортних реакцій (ХТР) вирощувалися монокристали даної сполуки. Температура гарячої зони печі складала 973К , холодної - 923К. Час вирощування монокристалів складав 15 діб. Із одержаних монокристалів виготовляють паралелепіпеди, на торцеві поверхні яких наносять електричні контакти. Монокристал йодид-пентатіофосфату міді Сu6РS5І з нанесенеми електричними контактами представляє собою електролітичну комірку типу Cu|Cu6PS5I|C, де С графітовий порошок, яка є основним елементом твердоелектролітичного джерела енергії. Застосування монокристалів йодид-пентатіофосфату міді Сu6РS5І у пристроях для виробництва електричної енергії дозволяє покращити характеристики твердоелектролітичного джерела енергії, оскільки забезпечується їх висока технологічність, хімічна стійкість та відносна дешевизна. Використання йодид-пентатіофосфату міді Сu6РS5І у ролі матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії дає можливість застосовувати його в різних промислових виробництвах, які потребують нових та ефективних джерел енергії. Планується використання кристалів Сu6РS5І в лабораторіях УжНУ при виконанні фундаментальних досліджень нових твердоелектролітичних матеріалів. Джерела інформації: 1. Застосування твердих розчинів на основі йодид-пентатіофосфату міді як матеріалу для оптичного реле температур. Студеняк І.П. та ін. Патент України №77297. 2. Студеняк И.П., Ковач Д.Ш., Орлюкас А.С., Ковач Е.Т. Температурные изменения диэлектрических и оптических свойств в области фазовых переходов в супериониках-сегнетоэластиках Cu6PS(Se)5Hal. - Изв. АН: сер. физическая. - 1992, т.56, №10, с.86-93. 3. Studenyak I.P. Isoabsorption and electrical studies of Cu 6PS5X (X=Br,I) crystals at the ferroelastic phase transition // Fi zika A (Zagreb). - 2002. - Vol.11, №1. - P.43-50. 4. Орлюкас А.С., Кеженис А.П., Микученис В.Ф., Вайткус Р.А. НЧ-, ВЧ- и СВЧ-методы исследования суперионных проводников // Электрохимия. - 1987. - Т.23, №1. - С.98-104.