Матеріал на основі монокристалу йодид-пентаселеногерманату міді cu7gese5i для твердоелектролітичного джерела енергії

Реферат: Матеріал на основі монокристалу йодид-пентаселеногерманату міді Cu7GeSe5I для твердоелектролітичного джерела енергії, який має високу іонну електропровідність та низьку енергію активації провідності. UA 81137 U (54) МАТЕРІАЛ НА ОСНОВІ МОНОКРИСТАЛУ ЙОДИД-ПЕНТАСЕЛЕНОГЕРМАНАТУ МІДІ Cu7GeSe5I ДЛЯ ТВЕРДОЕЛЕКТРОЛІТИЧНОГО ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ UA 81137 U UA 81137 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 Cu7GeS5І[2]. 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 найближчого аналога [2] технологічності, хімічній стійкості та відносній дешевизні, мав би вище значення іонної електропровідності. Поставлена задача вирішується таким чином, що використовують матеріал на основі монокристалу йодид-пентаселеногерманату міді Cu7GeSe5I для твердоелектролітичного джерела енергії, який має високу іонну електропровідність та низьку енергію активації провідності. Використовують відому [3] хімічну сполуку - монокристала йодидпентаселеногерманату міді Cu7GeSe5I вперше як матеріалу, що має високу іонну електропровідність та низьку енергію активації провідності [4], для твердоелектролітичного джерела енергії. На кресленні наведено графік частотної залежності електропровідності монокристала Cu7GeSe5I, отриманої при температурі 295 К. Вимірювання проводилися в інтервалі температур 100-300 К за методикою та на установці, які описані в [5]. При температурі 295 К та частоті 3 × 6 -1 -1 10 Гц величина електропровідності складає ς=0,64 Ом ×см , а енергія активації дорівнює ΔEa=0,124 eB. Таким чином, дані монокристали Cu7GeSe5I мають достатньо високу електропровідність, порівняно з електропровідністю кращих мідьвмісних твердих електролітів. Перевага над найближчим аналогом полягає у тому, що при такій же технологічності, хімічній стійкості та відносній дешевизні вони характеризуються вищим, більш ніж у 20 разів, значенням іонної електропровідності та меншим значенням енергії активації. Приклад. Для одержання 10 г речовини Cu7GeSe5I брали 3,6692 г Сu, 3,7994 г Se, 0,6986 г Ge та 1,8328 г СuІ і поміщали у кварцову ампулу довжиною 160 мм та діаметром 20 мм. У ролі 3 транспортера завантажували додаткову кількість CuІ із розрахунку 20 мг на 1 см вільного -2 об'єму ампули. Ампулу відкачували до залишкового тиску 10 Па і далі проводили синтез. Протягом 9 годин проводили нагрівання до 720 К, витримували 12 годин при цій температурі, потім температуру піднімали до 1043 К і витримували протягом 48 годин. Далі у тих самих ампулах методом хімічних транспортних реакцій вирощувалися монокристали даної сполуки. Температура гарячої зони печі складала 1023 К, холодної - 983 К. Час вирощування монокристалів складав 15 діб. Із одержаних монокристалів виготовляють паралелепіпеди, на торцеві поверхні яких наносять електричні контакти. Монокристал сполуки Cu 7GeSe5I з нанесеними електричними контактами являє собою електролітичну комірку типу Cu|Cu7GeSe5I|C (С - графітовий порошок), яка є основним елементом твердоелектролітичного джерела енергії. Застосування монокристалів Cu7GeSe5I у пристроях для виробництва електричної енергії дозволяє покращити характеристики твердоелектролітичного джерела енергії, оскільки забезпечується їх висока технологічність, хімічна стійкість та відносна дешевизна. Використання монокристалів Cu7GeSe5I як матеріал для твердоелектролітичного джерела енергії дає можливість застосовувати його в різних промислових виробництвах, які потребують нових та ефективних джерел енергії. Планується використання монокристалів Cu7GeSe5I в лабораторіях УжНУ при виконанні фундаментальних досліджень нових твердоелектролітичних матеріалів. Джерела інформації: 1. Julien С. Technological applications of solid state ionics // Mat.Sci.and Engineering.-1990. - Vol. 86, - № 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 81137 U 5 10 Н01М 6/00 / Студеняк І.П., Кохан О.П., Панько В.В., Біланчук В.В., Мінець Ю.В. - № а200711576; заявлено 19.10.2007; опубл. 25.12.2008, бюл. № 6.-2 с. - найближчий аналог. 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 Cu 7Ge(S1-xSex)5I 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 A.C., 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 Матеріал на основі монокристалу йодид-пентаселеногерманату міді Cu7GeSe5I для твердоелектролітичного джерела енергії, який має високу іонну електропровідність та низьку енергію активації провідності. Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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