Спосіб модифікації властивостей електродного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму

Реферат: Спосіб модифікації властивостей електродного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму, який містить як основну речовину нанодисперсний діоксид титану, ацетиленову сажу, як струмопровідний компонент та зв'язуючу речовину, причому основну речовину піддають лазерному опроміненню енергія якого складає 0,02 Дж. UA 72405 U (12) UA 72405 U UA 72405 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки і стосується способу отримання катодних матеріалів для хімічних джерел струму, зокрема, джерел струму з літієвим анодом та неводним розчином електроліту. Отриманий катодний матеріал, може бути робочою речовиною електрохімічних джерел струму, що використовуються у пристроях і системах електроніки, які вимагають стабільного значення розрядної напруги. Сьогодні, однією із основних задач технології літієвих електрохімічних джерел струму є пошук нових, економічно дешевих та екологічно безпечних катодних матеріалів, які мають стабільну структуру і високі електрохімічні характеристики. Як варіант вирішення такої проблеми є використання як катодного матеріалу нанодисперсного ТiO2 [Апостолова Р. Д., Шапа Н. Н., Шембель Е. М., Мельников Б.И. Исследование диоксида титана, синтезированного эмульсионным методом, в литиевых источниках тока // Журн. прикл. хим.-2002.-Т.75.- Вып. 3. с. 428-432]. Однак, гальванічні елементи з літієвим анодом та катодом, активною основою якого є нанодисперсний діоксид титану Li | ТіО2, які досліджуються науковцями уже близько двох десятків років не продемонстрували суттєвих переваг в енергетичній спроможності у порівнянні з іншими первинними електрохімічними джерелами струму. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є патент України № 58507. Спосіб лазерної модифікації властивостей електродного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму. Остафійчук Б. К., Будзуляк І. М., Ільницький Р. В., Сегін М. Я. (Україна). У прототипі пропонується спосіб отримання катодного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму, основною речовиною якого є нанодисперсний діоксид титану, отриманий пірогенним методом із наступним відпалом ТіО2 при високих температурах у інертній атмосфері, який піддають лазерному опроміненню, що суттєво змінює енергетичну спроможність катодного матеріалу. Недоліком прототипу є недостатні для потреб сучасних систем електроніки значення питомої енергетичної ємності та питомої потужності матеріалу. Задачею корисної моделі є забезпечення високих значень питомої ємності та питомої потужності літієвих джерел струму через опромінення катодного матеріалу, для літієвого електрохімічного джерела струму на основі нанодисперсного ТіО 2, який збільшить ступінь "гостьового" навантаження ТіО2 з метою стабільного керування його електрохімічними властивостями. У корисній моделі пропонується спосіб модифікації властивостей катодного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму за допомогою лазерного опромінення протягом певного часу, що суттєво змінює енергетичну спроможність катодного матеріалу. Як показали дослідження, надзвичайно важливими з практичної точки зору для формування електродного матеріалу є часові параметри лазерного опромінення нанодисперсного ТіО 2, при яких утворюється канально-пориста морфологія поверхні частинки, що сприяє збільшенню "гостьового" навантаження при інтеркаляції ТіО2 іонами літію. Спосіб конкретного виконання Дослідні макети електрохімічних джерел на основі гальванічної пари Li | ТіО2 виготовляли за триелектродною схемою. Поляризаційний і порівняльний електроди розміром 10×5×0,5 мм виготовляли із металевого літію, а активний електрод формували шляхом намазування робочої суміші на нікелеву сітку з подальшим ущільненням суміші за допомогою преса. Робоча суміш містила 88 % ТіО2, 10 % ацетиленової сажі та 2 % зв'язуючої речовини. Як електроліт використовували одномолярний розчин LiBF4 в  - бутиролактоні. Як катодно-активний матеріал літієвого джерела струму використовувався нанодисперсний діоксид титану анатазної форми виробництва концерну "Aldrich" з середнім розміром полікристалічної частинки 80 нм. Вихідний діоксид титану опромінювався імпульсами Nd:YAG-лaзepa (=1.06 мкм), що працював в режимі модульованої добротності (тривалість імпульсу =15нс, частота слідування імпульсів f=28Гц) при енергії в імпульсі Е = 0,02 Дж та тривалосі опромінення 1, 3, 5, 7, 9, 11, 15 хв. Розряджання дослідних джерел струму здійснювали в гальваностатичному режимі при 2 густині струму 20 мкА/см . Енергетичні показники електрохімічного джерела з катодом на основі модифікованого ТіО 2 з різним часом опромінення наведені у таблиці. Найефективнішим серед представлених матеріалів є нанодисперсний ТіО2, який опромінювався протягом 5 хв. (зразок 4, таблиця). Також виявлено, що подальше збільшення часу опромінення веде до різкого зменшення ступеня впровадження літію. Це можна пояснити тим, що при подальшому збільшенні тривалості опромінення, очевидно, спостерігається швидке спікання окремих кристалітів та руйнування канальних напрямків у структурі ТіО 2 та утворення запірних шарів у приповерхневих 1 UA 72405 U 5 зонах кристалітів. Це підтверджується уширенням дифракційних ліній лазерно-опромінених зразків (фіг. 1). Лазерне опромінення пірогенного нанодисперсного ТіО2 з тривалістю опромінення 5 хв. призводить до збільшення ступеня "гостьового" навантаження у порівнянні з неопроміненими зразками. Таблиця Питома ємність та питома потужність електрохімічних джерел струму з катодами на основі лазерно опроміненого діоксиду титану при фіксованій енергії в імпульсі Е = 0,02 Дж № зразка 1 2 3 4 5 6 7 8 Гостьове Час впровадження опромінення, хв. + Li 0 3,5 1 1,5 3 2,75 5 4,31 7 2,15 9 1,65 11 1,7 15 1,88 Питома ємність, Агод./кг Питома енергія, Втгод./кг 1140 187 810 1270 630 485 560 630 3000 550 2050 3820 1730 1180 1560 1840 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 1. Спосіб модифікації властивостей електродного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму, який містить як основну речовину нанодисперсний діоксид титану, ацетиленову сажу, як струмопровідний компонент та зв'язуючу речовину, причому основну речовину піддають лазерному опроміненню, який відрізняється тим, що енергія опромінення складає 0,02 Дж. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що час опромінення складає 1-15 хв. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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