Спосіб покращення властивостей катодного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму

Реферат: Спосіб покращення властивостей катодного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму містить як основну речовину нанодисперсний діоксид титану, ацетиленову сажу як струмопровідний компонент та зв'язуючу речовину. Основну речовину піддають термічній модифікації у високому вакуумі. UA 77198 U (12) UA 77198 U UA 77198 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 високими електрохімічними характеристиками. Як варіант вирішення такої проблеми є використання як катодного матеріалу нанодисперсного ТіО 2 [Gigantic CapacitoEnergetic Parameters of Lithium-Intercalation Current Generation Reaction in Nanodispersed TiO 2 with Defective Structure / I. Grygorchak, I. Myronyuk, M. Micov [et. al.] // Acta physica polonica A. 2010. - V. 117, № 1. - P. 189-194.]. Однак, гальванічні елементи з літієвим анодом та катодом, активною основою якого є нанодисперсний діоксид титану Li | ТіО 2, 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) / Номер заявки № u201012781; дата подання 28.10.2010 р.; чинність 08.11.2010; публікації 11.04.2011, Бюл. № 7. У прототипі пропонується спосіб лазерної модифікації катодного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму, основною речовиною якого є пірогенний діоксид титану (суміші анатазу і рутилу у співвідношенні 7:3), що 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 збільшення наявності в матеріалі - "господарі" вакантних положень (структурних порожнин, пор тощо), які можуть займати іони літію та закріпленням рівня Фермі, який, у свою чергу, буде залежати від енергетичної топології системи власних дефектів. Одним із можливих способів збільшення таких положень є термічна модифікація досліджуваного матеріалу при високому вакуумі. Пропонується спосіб модифікації властивостей катодного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму за допомогою термічної обробки, що змінює енергетичну спроможність катодного матеріалу. Як показали дослідження, термічна модифікація матеріалу призводить до невеликого підвищення розрядної напруги даної електрохімічної комірки та збільшує ступінь впровадженого 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 γ - бутиролактоні. Як об'єкти дослідження був вибраний нанодисперсний діоксид титану анатазної модифікації концерну "Aldrich". Середній розмір частинок ТіО2 не перевищував 25 нм. -6 Процес термічної модифікації нанопорошкового матеріалу здійснювався в вакуумі (р~10 Їà) при температурах 300, 500, 700 та 900 °C протягом однієї години. Попередньо досліджуваний матеріал напресовували у вигляді таблеток діаметром Ø 1 см. Розряджання дослідних джерел струму здійснювали в гальваностатичному режимі при 2 густині струму 20 мкА/см . Енергетичні показники Електрохімічного джерела з катодом на основі термічно модифікованого ТіО2 з різною температурою обробки наведені у таблиці. Найефективнішим серед представлених матеріалів є нанодисперсний ТіО 2, який модифікувався при температурі 500 °C (зразок 3, таблиця). Розрядні криві експериментальних лабораторних літієвих джерел струму наведенні на фіг.. (крива 1 відповідає вихідному ТіО 2; крива 2 термічно модифікованому ТіО2 при температурі 300 °C, крива 3 термічно модифікованому ТіО2 при температурі 500 °C, крива 4 термічно модифікованому ТіО2 при температурі 700 °C, крива 5 термічно модифікованому ТіО2 при температурі 900 °C.) Вказано на можливість застосування термічної модифікації діоксиду титану анатазної модифікації концерну "Aldrich" як катодного матеріалу для гальванічних літієвих джерел струму. 1 UA 77198 U Таблиця Величини "гостьового" навантаження та питомої ємності електрохімічних джерел струму з катодами на основі термічно модифікованого діоксиду титану при різній температурі обробки. № зразка 1 2 3 4 5 Температура термічної обробки, °C. Вихідний 300 500 700 900 "Гостьове" + впровадження Li 1,8 1,6 2,9 2,4 1,4 Питома ємність, А·год./кг 620 535 971 802 481 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб покращення властивостей катодного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму, який містить як основну речовину нанодисперсний діоксид титану, ацетиленову сажу як струмопровідний компонент та зв'язуючу речовину, який відрізняється тим, що основну речовину піддають термічній модифікації у високому вакуумі. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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