Гальванічний елемент

Гальванічний елемент, що містить ЛІТІЄВИЙ анод і катод із твердофазного активного матеріалу з розміщеним між ними сепаратором з електролітом із електропровідної солі в органічному розчиннику, який відрізняється тим, що як активний матеріал беруть синтетичні цеоліти загальної формули депдратованої фази Nan[AlnSi96 пОідг] (п < 27) з регулярною пористою структурою, а електролітом служить 1М розчин L1BF4 в у - бутиролактоні зьке значення максимального гостьового навантаження(Хт) та значні матеріально енергетичні затрати Завданням даного винаходу є підвищення питомих енергоємнісних характеристик та потужності, а також розширення класу тривольтових елементів, які допускають можливість подальшого вдосконалення і розвитку перспективних технологій у галузі ХІМІЧНИХ джерел струму, передбачаючи застосування дешевих, екологічно безпечних катодно-активних речовин Завдання винаходу зводиться до знаходження такого катодного матеріалу, який би володів більшим ступенем "гостьового" навантаження при розряді до певного значення напруги та характеризувався більшими струмами обміну у застосовуваних електролітичних системах Поставлене завдання досягається тим, що в джерелі електричного струму в якості аноду служить Li, розчином електроліту є 1М розчин L1BF4 в у-бутиролактоні, а в якості активного компоненту катоду вибрано синтетичні цеоліти загальної формули депдратованої фази Nan[AlnSi96 пОідг] з п < 27, а саме цеоліти марки ZSM - 5 і У(фожазит), які О ю відрізняються значенням параметра к = SiO 2 АІ 2 О 3 54904 середньому, 3 - 4мкм(питома поверхня становила що вказує на мольне співвідношення компонентів у сполуці(для цеоліту ZSM - 5 k - 13,а для Y к~2,5) [3] Вибір катодного матеріалу базується як на ентропійних засадах, згідно з якими слід очікувати слабшої зміни вільної енергії Гіббса, як функції ступеня оборотного "гостьового" навантаження, оскільки запропоновані матеріали володіють більш складною молекулярною будовою, ніж МпОг, так і виходячи з експериментальних результатів, які показали значно вищий максимальний ступінь ЛІТІЄВОГО "гостьового" навантаження Використання 1М розчину L1BF4 в у -бутиролактоні в якості електроліту забезпечує одночасно хімічну та електрохімічну СТІЙКІСТЬ анод - катодної пари в процесі всієї служби елементу Сформована таким способом електрохімічна система гальванічного елементу дала змогу зменшити КІЛЬКІСТЬ електропровідної добавки і в'яжучого агента(тефлонового порошку), масовий процентний вміст яких в складі катодної суміші не перевищує 10 і 2% ВІДПОВІДНО Гальванічний елемент, створений на основі вищеописаних ключових засад, характеризувався високим ступенем "гостьового" навантаження х(0,95 для ZSM - 5 і 0,95 для Y при розряді гальванічного елемента до 1,4В), високим значенням питомої ємност і ( 4 3 0 м А ' Г О Д ) та питомої енерги(1100 В т ' Г 0 Д ) , г кг що суттєво перевищує ВІДПОВІДНІ значення для відомих, широко застосовуваних у ЛІТІЄВИХ елементах катодних матеріалів [4] Слід зазначити, що збільшення розміру вікон в алюмосилікатних цеолітах(для ZSM - 5 розмір вікон становить ~бА, для Y - 7,4А у 12 - членних кільцях та 2,2А - у 6 - членних) призводить до слабшої залежності UG від х в усьому інтервалі 0 < х < 1, що забезпечує більшу розрядну питому енергію Крім цього, доведена можливість більш ефективного використання в джерелах струму низькорозмірних твердих фаз складної атомномолекулярної будови, що стимулюватиме подальший розвиток даних технологій Приклад конкретного виконання Активні матеріали з регулярною пористою структурою ZSM-5 і Y синтезувалися гідротермальним методом із застосуванням темплатутетрапропіламонію бромистого і силікатним методом без застосування автоклаву на основі рідкого скла(ГОСТ 13 078-81 с ) ВІДПОВІДНО Розмір частинок цеоліту ZSM - 5 складав, в 4 0 0 — , вільний об'єм - 0,32—-г ), а для фожазиг см' .3 ту вільний об'єм - 0,48см Із одержаного матеріалу формували намазнии електрод, додаючи ацетиленову сажу(струмопровідна добавка) і розчинний в ацетоні тефлоновий порошофв'язуючий компонент) в КІЛЬКОСТІ ВІДПОВІДНО 10 і 2 вагових % загальної ма си катодної суміші Анод виготовлявся із літієвої фольги товщиною 1 - 1,2мм Розчин електроліту готувався із висушеної протягом 2год при температурі 130°С і тиску Змм рт ст солі в L1BF4 і попередньо ректифікованого при пониженому тиску(~ 4ммртст) в атмосфері аргону у-бутиролактону ЛІТІЄВИЙ анод і катод, розділені сепаратором із нетканого пропілену товщиною 0,1мм, поміщують в корпус, з 1М розчином L1BF4 в у-бутиролактоні і герметизують Операції проводять в сухому боксі Після герметизації гальванічні елементи витримувалися при кімнатній температурі протягом 24год На фіг 1 приведено розрядні криві запропонованих елементів, на якій через х позначено концентрацію впровадженого в цеоліт ЛІТІЮ Техніко-економічна ефективність запропонованого рішення у вузькому розумінні 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 технологи ЛІТІЄВИХ джерел струму з широкими можливостями їх подальшого вдосконалення Література 1 Кедринский И А , Дмитренко В Е , Поваров Ю М , Грудянов И И Химические источники тока с литиевым электродом // Изд Красноярского унта 1983 247с 2 Modern Battery Technology // editor chve J S Tech , Ellis Horwood Limited, 1991 3 К Tanabe, W F Holdench Industrial application of solid aced - base catalust // Appl Catal 181, p 399-434(1999) 4 A S Nagelberg, W L Worrell Alkali metal intercalated transition metal disulfides a thermodynamic model // J Solid State Chem 38 (3), p 321 334(1981) 54904 30 N,—.--—.___._„. • 25^ •^o____ ZSM-5 \ 20 Y \ \ \ 15 00 02 04 X Фіг.1 06 Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24