Застосування йодид-пентатіофосфату міді cu6ps5і для твердоелектролітичного джерела енергії

Застосування йодид-пентатіофосфату міді Сu6PS5І як матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії. Винахід 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 ефективних 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 винаходу полягає у розширенні діапазону використання йодид - пентатіофосфату міді Сuб РS5І, 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 Сuб РS5І 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 Сuб РS5І. Вимірювання повної електропровідності s проводилися в діапазоні частот n =10-109Гц в інтервалі температур 77-320 К за методикою та на установці, які описані в [4]. При температурі Т=295 К та частоті n =102Гц повна електропровідність складає s =1.12х10-3Ом -1 хсм -1 та енергію активації D Еа=0.22еВ. Слід відзначити, що в Сuб РS5І 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 Сuб РS5І. В температурному інтервалі 140-295 К на залежності s (Т) (19) UA (11) 83930 (13) (21) a200612767 (22) 04.12.2006 (24) 26.08.2008 (46) 26.08.2008, Бюл.№ 16, 2008 р. (72) СТУДЕНЯК ІГОР ПЕТРОВИЧ, UA, БІЛАНЧУК ВАСИЛЬ ВАСИЛЬОВИЧ, U A, КОПЕРЛЬОС БОГДАН МИ ХАЙЛОВИЧ, UA, ПАНЬКО ВАСИЛЬ ВАСИЛЬОВИЧ, UA (73) УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA (56) UA 63599, C2, 15.01.2004 UA 44584, C2, 15.02.2002 UA 77297, C2, 15.11.2006 SU 688058, 23.09.1982 SU 817821, A, 15.04.1983 SU 919555, A, 30.08.1983 US 4434216, 28.02.1984 US 4550066, 29.10.1985 C2 1 3 83930 спостерігається декілька ділянок з різними енергіями активації D Еа. В області стр уктурного сегнетоеластичного фазового переходу при Т=Т С спостерігається злам на залежності s (Т), 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 Т=Т5 спостерігається особливість у вигляді невеликого максимуму. На Фіг. 2 наведено частотну залежність повної електропровідності в діапазоні частот n =10-109Гц при температурі Т=295 К. 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 Сuб РS5І мають достатньо високу провідність, порівняно з провідністю кращих мідевмісних твердих 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 Сuб РS5І брали 4.5428г Сu, 2.2920г S, 0.4428г Р та 3.7228г СuІ і загружали у кварцеву ампулу довжиною 160мм та діаметром 20мм. Ампулу відкачували до залишкового тиску 10-2Па і далі проводили синтез. Протягом 12 годин спочатку нагрівали до 600 К, далі температуру піднімали до 973 К і витримували протягом 24 годин. Далі у тих самих ампулах методом хімічних транспортних реакцій (ХТР) вирощувалися монокристали даної сполуки. Температура гарячої зони печі складала 973 К , холодної - 923 К. Час вирощування монокристалів складав 15 діб. Із одержаних монокристалів виготовляють паралелепіпеди, на торцеві поверхні 4 яких наносять електричні контакти. Монокристал йодид - пентатіофосфату міді Сuб РS5І з нанесеними електричнимиконтактами представляє собою електролітичну комірку тип у Си|Сuб РS5І|С, де С графітовий порошок, яка є основним елементом твердоелектролітичного джерела енергії. Застосування монокристалів йодид - пентатіофосфату міді Сuб РS5І 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 Сuб РS5І 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. Рішення про видачу патенту України від 14.08.2006р. Заявка №20041109517, дата подання 22.11.2004р.-прототип. 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 Сuб РS(Se)5Наl. - Изв. АН: сер. физическая. - 1992, т.56, №10, с.86-93. 3. Studenуак І.Р. Ізоаbзоrрtion аnd еlесtrical studies of Сuб РS5X(X=Br,I) сгуstals аt thе fеrrоеlаstic рhаsе tгаnsition // Fizika А (Zagreb).- 2002.- Vоl.11, №1.- Р.43-50. 4. Орлюкас А.С., Кеженис А.П., Микученис В.Ф., Вайткус Р.А. НЧ-, ВЧ- и СВЧ-методы исследования суперионных проводников // Злектрохимия. - 1987.-Т.23,№1.-С.98-104. 5 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83930 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601