Джерело електричного струму

Джерело електричного струму, що містить літієвий анод, катод із нанодисперсного кремнезему і розміщений між ними сепаратор в електроліті із електропровідної солі в органічному розчиннику (1М розчин LіBF4 в g - бутиролактоні ), яке відрізняє ться тим, що як активний катодний матеріал використовується карбоаеросилогель (КАСГ) або карбосилікагель (КСГ) з вмістом струмопровідних частинок сажі відповідно 20 і 30 мас. %. (19) (21) a200511901 (22) 12.12.2005 (24) 25.10.2007 (72) МИРОНЮК ІВАН ФЕДОРОВИЧ, UA, ОСТАФІЙЧУК БОГДАН КОСТЯНТИНОВИЧ, UA, МАНДЗЮК ВОЛОДИ МИР ІГОРОВИЧ, U A, БУДЗУЛЯК ІВАН МИХАЙЛОВИЧ, UA, ГРИГОРЧАК ІВАН ІВАНОВИЧ, UA, ЧЕЛЯДИН ВОЛОДИМИР ЛЮБОМИРОВИЧ, UA (73) ПРИКАРПАТСЬКИЙ НАЦІОН АЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. ВАСИЛЯ СТЕФАНИКА, U A (56) UA 46973, A, 17.08.2002 RU 2144244, C1, 10.01.2000 UA 54904, A, 17.03.2003 RU 2095310, C1, 10.11.1997 RU 2187177, C2, 10.04.2002 3 80761 електролітом - одномолярний (1М) розчин тетрафторборату літію (LiBF4) в g-бутиролактоні, який забезпечують одночасно хімічну і електрохімічну стійкості анод-катодної пари в процесі всієї служби елементу. Гальванічний елемент, створений на основі вищеописаних ключових засад, характеризувався: а) високим ступенем "гостьового" навантаження х (2,20-2,23 для КАСГ-20 і 2,39-2,41 для КСГ-30 при розряді гальванічного елемента до 1,5В); б) високим значенням питомої ємності (~1000мА×год./г і 1150мА×год./г відповідно) та питомої енергії (~2150Вт×год./кг і 2400Вт×год./кг), що суттєво перевищує відповідні значення для відомих, широко застосовуваних у літієвих елементах, катодних матеріалів. Крім цього, доведена можливість більш ефективного використання в джерелах струму низькорозмірних твердих фаз, що стимулюватиме подальший розвиток даних те хнологій. Приклад конкретного виконання Карбоаеросилогель КАСГ-20 та карбосилікагель КСГ-30 є дрібнозернистими пористими матеріалами, які сформовані із нанорозмірних частинок рентгеноаморфного SiO2 та струмопровідної сажі (числа вказують на процентний вміст сажі). Карбоаеросилогель одержували диспергуванням пірогенного кремнезему аеросилу А-300 (ДСТ 14922-77) та ацетиленової сажі в дистильованій воді на протязі 8год. з допомогою ультразвуку. Приготовлену рідку суспензію (вміст частинок 20мас.%) витримували 72год. при температурі 20°С для утворення твердої гелевидної маси, яку заморожували при температурі -22°С. Під час заморожування мікрокристали льоду формувалися за рахунок води, що постачалася із міжчастинкового об'єму гелю. Утворення мікрокристалів льоду приводило до інтенсивного концентрування наночастинок гелю. Після розморожування гель висушували на протязі 6год. при температурі 140°С. Під час висушування великі куски карбоаеросилогелю самовільно розсипалися на дрібні зерна розміром 100-150мкм. Для одержання карбосилікагелю використовували як прекурсор тетрахлорид кремнію (SiCl2). В прекурсор замішували ацетиленову сажу. В одержану рідку суспензію при неперервному перемішуванні вливали невеликими порціями концентровану соляну кислоту. Використання в якості гідролізуючого агента соляної кислоти сповільнює реакцію утворення Si(OH)4. Солянокислотний гідроліз SiCl4 у порівнянні з водним був не екзотермічний, а ендотермічний, і супроводжувався зменшенням температури реакційного середовища з +20°С на початку до -15°С на завершенні процесу. Поліконденсація Si(OH)4 у присутності сажі приводила до утворення після 30хв. порошкоподібного карбосилікагелю. Одержаний продукт відмивали від адсорбованого НС1 дистильованою водою до рН=5,5-6,5 і сушили протягом 6 год. при температурі 140°С. 4 Вміст домішок в кремнеземах КАСГ та КСГ не перевищував 0,1мас.% і складав для Fe2О3, Аl2 О3 і ТіО2 відповідно менше 0,003, 0,05 і 0,02мас.%. Намазний електрод на нікелевій сітці (катод) формували із суміші одержаного матеріалу з розчиненим в ацетоні тефлоновим порошком (зв'язуючий компонент) у співвідношенні 98 і 2мас.%. Анод виготовлявся із літієвої фольги товщиною 1-1,2мм. Розчин електроліту готувався із висушеної протягом 2год. при температурі ~130°С і тиску ~3мм рт.ст. солі в LIBF4 і попередньо ректифікованого при пониженому тиску (~4мм рт.ст.) в а тмосфері аргону gбутиролактону. Літієвий анод і катод, розділені сепаратором із нетканого пропілену товщиною 0,1мм, помішують в корпус з 1М розчином UBF4 в g-бутиролактоні і герметизують. Операції проводять в сухому боксі. Після герметизації гальванічні елементи витримувалися при кімнатній температурі протягом 24год. На рис. 1 приведено розрядні криві запропонованих елементів, на якій через х позначено концентрацію впровадженого в діоксиди кремнію (КАСГ-20 і КСГ-30) літію. Техніко-економічна ефективність запропонованого рішення у вузькомурозумінні полягає в досягненні вищих за відомі на сьогоднішній день значень питомої розрядної енергії активного матеріалу катоду, підвищенні потужності літієвих елементів, одночасно понижуючи вартість одиниці ємності та енергії. В широкому аспекті - це очевидне розширення класу тривольтових хімічних джерел струму з обґрунтуванням нового напряму технології літієвих джерел струму з широкими можливостями їх подальшого вдосконалення.