Хімічне джерело струму з неводним електролітом

Химический источник тока с неводным электролитом, содержащий корпус, анод из металлического лития, катод, сепаратор и апротонный электролит на основе смесей органических растворителей пропиленкарбоната, диметоксиэтана и ионогенной соли перхлората лития, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что электролит дополнительно содержит конденсированный полициклический ароматический углеводород и макроциклический полиэфир при следующем соотношении компонентов, мас.%1 Перхлорат лития 5,1-8,0 Пропиленкарбонат 43,0-48,0 Конденсированный полициклический ароматический углеводород 0,05-0,4 Макроциклический полиэфир 0.02-0,6 Диметоксиэтан Остальное С > сл 00 (Л Изобретение относится к химическим источникам тока (ХИТ) с литиевым анодом и электролитом на основе апротонных органических растворителей и может быть использовано для автономного питания электронных устройств, в частности, часов, микрокалькуляторов, кинофотоаппаратуры и др. В качестве прототипа выбран источник тока [2], который содержит литиевый анод, сепаратор из полипропилена, композиционный катод на основе диоксида марганца и электролит состава: 1,0 М раствор LICIO4 в смеси пропиленкарбоната и диметоксиэтана (1:1). Перечисленные компоненты помещены в герметичный металлический корпус. При экспериментальном разряде элемента источника тока до остаточного напряжения перед началом очередного импульса не ниже 2,0 В при t° = - 15°С реализуется лишь примерно 11% заложенной емкости (1100 импульсов в режиме).' Основными причинами ухудшения работы литиевых ХИТ при низких температурах являются: - снижение растворимости фоновых солей (LJCIO4, LiBF/j): - уменьшение электропроводности электролита; - снижение скорости электрохимического растворения лития, О 15856 - уменьшение коэффициента диффузии лития через пассивирующую (защитную пленку). Недостатком такого источника является значительное снижение эксплуатационных 5 характеристик (разрядного напряжения, плотности тока, коэффициента эффективно* сти и др.) при пониженных температурах по сравнению с таковыми для комнатной температуры. 10 В основу изобретения поставлена задача, путем введения в электролит новых химических веществ, создать химический источник тока с неводным электролитом, который обладает повышенными электроли- 15 тическими характеристиками в области низких температур. Поставленная задача решается тем, что в химическом источнике тока, содержащем 20 корпус, анод из металлического лития, катод, сепаратор и апротонный электролит на основе смесей органических растворителей, пропиленкарбоната, диметоксиэтана и ионогенной соли перхлората лития, соглас- 25 но изобретению, электролит дополнительно содержит конденсированный полициклический ароматический углеводород и макроциклический полиэфир при следующем соотношении компонентов,'мае. %: 30 Перхлорат лития 5,1 -8,0 Пропиленкарбонат 43,0-48,0 Конденсированный полициклический ароматический углево35 дород 0,05-0,4 Макроциклический полиэфир 0,02-0,6 Диметоксиэтан - остальное до 100. Исследования показали, что введение а 40 электролит, содержащий перхлорат лития, пропиленкарбонат, диметоксиэтан и конденсированное ароматическое соединение, дополнительно макроциклического полиэфира, позволяет существенно усилить эф- 45 фект, достигнутый при введении только лишь ароматического соединения. Совместное введение в электролит добавок макроциклических ароматических углеводородов и полициклических ароматических углеводо- 50 родов обеспечивает синергизм их воздействия на рабочие параметры ХИТ, особенно в условиях разряда при пониженных температурах. Одновременное введение в электролит добавок, относящихся к двум названным 55 классам органических соединений, позволяет резко повысить значения реализуемой емкости. Это относится к результатам, полученным при сравнительных испытаниях экспериментальных элементов, в которых использовали электролиты, не содержащие модифицирующие добавки и содержащие лишь одну из них. В качестве добавок к электролиту изучены атрацен и фенантрен, выбранные из класса конденсированных полициклических углеводородов, и макроциклические полиэфиры: дибензо 18-краун-6(ДБ18К6), 18-краун-6 (18К6) и бензо-15-краун-5 (Б15К5). Изобретение иллюстрируется приведенными конкретными примерами. Испытания проводили на базе элеменM тов системы "Li-MnO2 со спиральной намоткой электродов. Габариты элемента соответствовали международному стандарту CR 1/3N (диаметр (11,6 мм, высота - 10,8 мм). Испытания проводили в импульсном режиме разряда при плотности тока в импуль2 се 3-4 мА/см . В качестве базы сравнения использовали элементы с электролитами, не содержащими модифицирующих добавок. Базовые электролиты: 1. 067 М раствор LiCICM в смеси пропиленкарбонат-диметоксиэтан (1:1 по массе). 2. 0.5 М раствор LiCICM в смеси пропиленкарбонат-диметоксиэтан (1:1 по массе). Верхний предел концентрации вводимых добавок обусловлен их растворимостью в области низких (t =-15--20° С) температур, а нижний определен из соображений проявления положительного эффекта по сравнению с базовым электролитом. Результаты испытаний электролитов представлены в таблице. Как следует из приведенных данных, введение в базовый электролит как конденсированного полициклического углеводорода, так и макроциклического полиэфира значительно повышает разрядную емкость, эффективность и количество импульсов разряда элементов. Это выражается в увеличении числа разрядных циклов, причем в большей степени это проявляется при пониженных температурах. . Наиболее явственно такое влияние проявляется при совместном присутствии добавок. Анализ экспериментальных данных показывает, что синергический эффект от применения модифицирующих добавок проявляется во всем изученном интервале концентраций. Нижний предел, при котором обнаружено возрастание количества разрядных циклов экспериментальных ХИТ, составляет 0,05% для полициклических ароматических углеводородов и 0,02% для макроциклических полиэфиров. Верхний предел ограничен наличием положительного эффекта. Уже при значениях 0,45% для полициклических 15856 ароматических углеводородов и 0,65% для макроциклических полиэфиров удельные электри ческие характеристики ХИТ резко падают, что видно из приведенных примеров. Разрядные характеристики элементов, испытанных при различных температурах п/п Наименование и количество введенной добавки Полициклический ароматический угМакроцилиндрический леводород Наименование 1.1. 1.2 1.3. 1.4. 1.5 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10 1.11. 1.12 1.13. 1.14 1.15 1.16 1.17. 1.18. 1.19. 1.20. Разрядная емкость. мА - ч Эффективность Qp/Он, % Количество импульсов приТ~15°С +20°С +20°С -15°С -15°С полиэфир НаименоваКол-во ние 1. Состав базового электролита: 0.7 М раствор LJCI04 в смеси ЦК-ДМЭ Без добавок (прототип) 190 28.5 Антрацен 190 28.5 0.025 Антрацен 0.05 190 28.5 Антрацен 190 0.1 30 Антрацен 0.2 191 32 Антрацен 0.4 191 32 Фенангрем 0.2 191 32 190 0,2ДБ1ВК6 0.01 28.5 ДБ18К6 0,02 190 28.5 ДБ18К6 192 0.05 29 ДБ18К6 194 0,1 29.5 ДБ18К6 0,2 198 51.8 • 0,4 ДБ18К6 200 58.3 ДБ18К6 200 0.6 59.5 Антрацен ДБ18К6 0.03 0.1 199 52,6 Антрацен 0.05 ДБ18К6 0.1 200 60.3 Антрацен 0,2 ДБ18К6 0.01 195 31 Антрацен 0.2 ДБ18К6 0.02 200 60 Антрацен 0.2 ДБ18К6 200 0.1 62 Антрацен 0.2 ДБ18К6 200 0.2 70 Кол-во (11) 75 75 75 75 77 77 76.5 75 75.2 76,2 76,5 78,8 80 80 79.2 80 78 80.5 80.5 81.5 11,4 11.4 11,5 14,4 15,4 15.4 15.3 11.4 11.6 15,0 15.2 21,0 23.3 24,0 21,6 24.2 19.5 1100 1100 1150 1800 2000 2000 1950 1100 1200 1600 1800 2500 2800 2900 2600 3000 2350 24,0 25.8 27,5 3000 3250 более 4000 Продолжение таблицы п/п 1.21. 1.22 1.23 1.24. 1.25 1.26. 2.1. 2.1. Разрядная емкость. мА * ч Эффективность Qp/Он, % Наименование и количество введенной добавки Полициклический ароматический уг- Макроцилиндрический полиэфир леводород Кол-во НаименоваКол-во Наименование +20°С -15°С +20°С -15,°С ние Антрацен 0.4 84 0.2 210 77.8 31 Антрацен 0,2 0.6 210 75 84 29.8 Антрацен 0.2 0.4 200 76 80 30,2 04 Антрацен 77 0,2 200 80 30.7 Антрацен 30.1 0.45 0.4 195 77,5 15.8 Антрацен 0,2 51.9 0.65 196 78.5 21.0 2 Состав базового электролита 0,5 М UCIO< в смеси ПК-ДМЭ I 1:1) Без добавок (прототип) 30 77 195 14.1 0.2 ДБ18К6 0.4 116 Антрацен 84 210 45 Техред М.Моргентал Упорядник Замовлення 4204 Коректор О.Кравцова Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101 Количество импульсов при Т—15°С более 4000 более 4000 более 4000 более 4000 1950 2500 1500 более 5000