Застосування монокристалу твердого розчину cu7ge(s0,7se0,3)5i як матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії

Реферат: Застосування монокристалу твердого твердоелектролітичного джерела енергії. розчину Cu7Ge(S0,7Se0,3)5I як матеріалу для UA 72245 U (12) UA 72245 U UA 72245 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить 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. Сучасні твердоелектролітичні батареї характеризуються питомою густиною енергії порядку 200-300 Вт×год./кг, яка майже у 8 разів більша, ніж у свинцевих батарей. На сьогоднішній день їх виробляють такі відомі фірми як Wilson Greatbatch Ltd, Catalyst Research Corp., Union-Carbide і т.д. [1]. Відоме використання як твердоелектролітичного джерела енергії таких матеріалів як йодидпентатіогерманат міді Cu7GeS5I [2] - прототип. Недоліком даного матеріалу, попри його технологічність, хімічну стійкість та відносну дешевизну, є недостатньо високе значення іонної електропровідності. Задача корисної моделі полягає у виборі такого матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії, який при таких же як у прототипу технологічності, хімічній стійкості та відносній дешевизні, володів би вищим значенням іонної електропровідності. Поставлена задача вирішується таким чином, що використовують відому [3] хімічну сполуку - твердий розчин Cu7Ge(S0,7Se0,3)5I на основі купрум йодид-пентатіогерманату міді Cu7GeS5I вперше як матеріал, що має високу іонну електропровідність та низьку енергію активації провідності [4], для твердоелектролітичного джерела енергії. На кресленні наведено частотну залежність електропровідності монокристала твердого розчину Cu7Ge(S0,7Se0,3)5I, отриману при температурі 295 К. Вимірювання проводилися в інтервалі температур 100-300 К за методикою та на установці, які описані в [5]. При температурі 6 -1 -1 T=295 К та частоті f=3×10 Гц величина електропровідності складає  =52,3 Ом ×м , енергія активації дорівнює Ea=0,055 eB. Таким чином, дані монокристали твердого розчину Cu7Ge(S0,7Se0,3)5I мають достатньо високу електропровідність, порівнянну з електропровідністю кращих мідевмісних твердих електролітів. Перевага над прототипом полягає у тому, що при такій же технологічності, хімічній стійкості та відносній дешевизні вони характеризуються вищим, більше ніж у 15 разів, значенням іонної електропровідності та меншим значенням енергії активації. Приклад. Для одержання 10 г речовини Cu7Ge(S0,7Se0,3)5I брали 4,3576 г Сu, 0,8296 г Ge, 1,2826 г S, 1,3536 г Se та 2,1766 г СuІ і завантажували у кварцову ампулу довжиною 160 мм та діаметром 3 20 мм. Як транспортер завантажували додаткову кількість СuІ із розрахунку 20 мг на 1 см -2 вільного об'єму ампули. Ампулу відкачували до залишкового тиску 10 Па і далі проводили синтез. Протягом 7 годин її спочатку нагрівали до 700 К і витримували 12 годин, далі температуру піднімали до 800 К і витримували протягом 24 годин, після чого температуру підвищували до максимального значення 1030 К і витримували протягом 48 годин. Далі у тих самих ампулах методом хімічних транспортних реакцій вирощувалися монокристали даної сполуки. Температура гарячої зони печі складала 980 К, холодної - 930 К. Час вирощування монокристалів складав 15 діб. Із одержаних монокристалів виготовляють паралелепіпеди, на торцеві поверхні яких наносять електричні контакти. Монокристал твердого розчину Cu7Ge(S0,7Se0,3)5I з нанесеними електричними контактами являє собою електролітичну комірку типу Cu|Cu7Ge(S0,7Se0,3)5I|C, де С - графітовий порошок, яка є основним елементом твердоелектролітичного джерела енергії. Застосування монокристалів твердого розчину Cu7Ge(S0,7Se0,3)5I у пристроях для виробництва електричної енергії дозволяє покращити характеристики твердоелектролітичного джерела енергії, оскільки забезпечується їх висока технологічність, хімічна стійкість та відносна дешевизна. Використання монокристалів твердого розчину Cu7Ge(S0,7Se0,3)5I як матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії дає можливість застосовувати його в різних промислових виробництвах, які потребують нових та ефективних джерел енергії. Планується використання кристалів твердого розчину Cu7Ge(S0,7Se0,3)5I в лабораторіях Ужгородського національного університету при виконанні фундаментальних досліджень нових твердоелектролітичних матеріалів. 55 60 Джерела інформації: 1. Julien С. Technological applications of solid state ionics // Mat.Sci.and Engineering. - 1990. Vol. B6, № 1-2. - P. 9-28. 2. Застосування йодид-пентатіогерманату міді Cu7GeS5I як матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії: Патент України № 85146, МПК (2006) Н01М 6/18, 1 UA 72245 U 5 10 Н01М 6/00 / Студеняк І.П., Кохан О.П., Панько В.В., Біланчук В.В., Мінець Ю.В. – а 200711576; заявл. 19.10.2007; опубл. 25.12.2008, бюл. № 6. - 2 с. - прототип. 3. Studenyak I.P., Kokhan O.P., Kranjcec M., Bilanchuk V.V., PankoV.V. Influence of SSe substitution on chemical and physical properties of Cu7Ge(S1-xSex)5l superionic solid solutions // J. Phys. Chem. Solids. - 2007. - Vol. 68. - P. 1881-1884. 4. Studenyak I.P., Kranjcec M., Bilanchuk V. V., Kokhan O.P., Orliukas A.F., Kezionis A., Kazakevicius E., Salkus T. Temperature and compositional behaviour of electrical conductivityand optical absorption edge in Cu7Ge(S1-xSex)5I mixed superionic crystals // Solid State Ionics. - 2010. Vol.181. - P. 1596-1600. 5. 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. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Застосування монокристалу твердого твердоелектролітичного джерела енергії. розчину Cu7Ge(S0,7Se0,3)5I як матеріалу Комп’ютерна верстка M. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2 для