CZ37107U1 - Prášek pro přípravu elektrolytu pro galvanický článek - Google Patents
Prášek pro přípravu elektrolytu pro galvanický článek Download PDFInfo
- Publication number
- CZ37107U1 CZ37107U1 CZ2020-38093U CZ202038093U CZ37107U1 CZ 37107 U1 CZ37107 U1 CZ 37107U1 CZ 202038093 U CZ202038093 U CZ 202038093U CZ 37107 U1 CZ37107 U1 CZ 37107U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- electrolyte
- powder
- hydrogen peroxide
- sulfuric acid
- galvanic cell
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims description 40
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims description 33
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 55
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 28
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 14
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 229910001335 Galvanized steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 2
- 239000008397 galvanized steel Substances 0.000 claims description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 21
- 239000000047 product Substances 0.000 description 18
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 7
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 7
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000002894 chemical waste Substances 0.000 description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- CHKVPAROMQMJNQ-UHFFFAOYSA-M potassium bisulfate Chemical compound [K+].OS([O-])(=O)=O CHKVPAROMQMJNQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910000343 potassium bisulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- FZCSCCVLIJOECE-UHFFFAOYSA-L dipotassium carbonate trihydrate Chemical compound O.O.O.[K+].[K+].[O-]C([O-])=O FZCSCCVLIJOECE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005108 dry cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- DLINORNFHVEIFE-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide;zinc Chemical compound [Zn].OO DLINORNFHVEIFE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000009428 plumbing Methods 0.000 description 1
- -1 polyethylene terephthalate) residues Polymers 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/42—Grouping of primary cells into batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
- H01M6/045—Cells with aqueous electrolyte characterised by aqueous electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
- H01M6/06—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid
- H01M6/12—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid with flat electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.
Prášek pro přípravu elektrolytu pro galvanický článek
Oblast techniky
Předkládané technické řešení se týká produktu vzniklého z ekologického zpracování směsi vzniklé z chemického odpadu obsahující kyselinu sírovou a peroxid vodíku. Produkt vytvořený tímto ekologickým zpracováním je možné využít jako součást elektrolytu vhodného pro galvanický článek. V dalším provedení se předkládané technické řešení týká elektrolytu pro galvanický článek, galvanického článku, a zejména primární baterii, poskytující elektrickou energii, přičemž elektrolyt pro galvanický článek i galvanický článek obsahuje výše zmíněný produkt.
Dosavadní stav techniky
Existuje celá řada elektrolytů, které jsou vhodné pro implementaci do galvanických článků.
US 6465124 B1 popisuje elektrochemický systém založený na hořčíkové anodě. Dokument dále zveřejňuje elektrolyt sestávající se z kyseliny sírové sloužící k rozpuštění pevné sraženiny, kterou je hydroxid hořečnatý nebo uhličitan hořečnatý. Galvanický článek dále obsahuje katalyzátor, který je složený z paladia a iridia. V jednom provedení je podle US 6465124 B1 koncentrace kyseliny v rozmezí od 0,01 M až 0,1 M. V dalším provedení je katolytovou částí peroxid vodíku. Dokument rovněž uvádí jedno konkrétní provedení elektrolytu, který obsahuje 40 g/l mořské vody, 0,5 M peroxidu vodíku a 0,1 M kyseliny sírové v celkovém objemu dvou litrů.
EP 2333884 A1 zveřejňuje primární baterii obsahující zápornou elektrodu obsahující hliník, hliníkovou slitinu nebo směs hliníkových slitin s kyselým elektrolytem. Kladná elektroda obsahuje peroxid vodíku nebo jakýkoliv jiný peroxid nebo směs peroxidů s kyselým elektrolytem. Záporná elektroda může být ve formě kyselinového gelu, který obsahuje peroxid vodíku. Jedna z možných kyselin je kyselina sírová. V jistém provedení je zveřejněné použití cíničitanu draselného jako stabilizátoru.
JP S58155656 A se týká způsobu výroby alkalické baterie s použitím oxidu stříbrného, oxidu manganičitého jako kladné elektrody. Záporná elektroda se sestává ze zinku. Dokument prezentuje alkalický elektrolyt a směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku.
Nepatentová literatura Shimin, Z., Jianhong, J. and Debi, Z. (2012), Exploration of aqueous zinchydrogen peroxide batteries. Int. J. Energy Res., 36: 953-962.
doi:10.1002/er.1847 se týká elektrolytu na bázi chloridu amonného. Kyselina sírová a peroxid vodíku jsou použity pro aktivaci na opačných elektrodách.
Nevýhodou výše uvedených řešení je agresivita elektrolytu a jeho možné dopady na životní prostředí. Další nevýhodou je jejich chemická nestabilita s rostoucím časem.
Výsledkem experimentů v laboratořích bývá často chemický odpad vzniklý ze silných kyselin nebo louhů používaných k čištění chemických nádob. Konkrétněji je odpadem myšlena směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku v poměru od 3:1 do 7:1, která se používá k odstranění organických usazenin, plastových pouzder integrovaných obvodů apod. Protože výše uvedená směs (běžně označována odborným termínem Piraňa) je znečištěná organickými zbytky, nelze ji dále jednoduše použít jako běžnou kyselinu, resp. silný oxidační roztok. Nastoleným technickým problémem, který se předkládané technické řešení snaží vyřešit, je účinné a ekologické zpracování odpadu vzniklého výše uvedeným způsobem za vzniku produktu, který má druhotné využití.
- 1 CZ 37107 U1
Podstata technického řešení
Předkládané technické řešení představuje produkt vzniklý ze zpracování chemického odpadu, který lze použít jako elektrolyt pro galvanický článek. Podstatou technického řešení je tedy prášek, kterým je produktem neutralizace znečištěné směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku hydroxidem draselným za vzniku bílé sraženiny (pasty) obsahující hydrogensíran draselný. Již samotná sraženina je v jistém přiblížení vhodná pro použití jako elektrolyt pro galvanický článek. Protože však pH vzniklé sraženiny je srovnatelné s původní kyselinou sírovou, a navíc pozvolným vysycháním mění své vlastnosti, je výhodnější jí vysušit za vzniku granulí a dalším pražením změnit produkt na směs obsahující stabilní síran draselný. Po rozdrcení vzniklých granulí a smícháním s rozpouštědlem, např. vodou, dosáhne vzniklý elektrolyt požadovaných vlastností vhodných pro využití v galvanických článcích. Navrhovanou formu elektrolytu na bázi síranu draselného lze skladovat ve formě bílého krystalického prášku neomezeně dlouhou dobu v suchém prostředí. Pro aktivaci elektrolytu pak stačí přidat rozpouštědlo, např. obyčejnou vodu.
V jistém provedení tak předkládané technické řešení představuje produkt vzniklý z ekologického způsob zpracování chemického odpadu. Způsob obsahuje kroky:
- poskytnutí roztoku znečištěné směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku vzniklé z chemického čištění, přičemž se roztok:
- zneutralizuje hydroxidem draselným za vzniku sraženiny obsahující hydrogensíran draselný; způsob dále obsahuje kroky
- separace vzniklé sraženiny od zbytku roztoku;
- sušení separované sraženiny za vzniku krystalicky pevné látky; a
- mletí krystalicky pevné látky na prášek.
Výsledný prášek tak představuje produkt vytvořený výše uvedeným způsobem, přičemž poskytuje technickou výhodu ve snadné přenositelnosti, uskladnění a chemické stability.
Směs kyseliny sírové (H2SO4), vody a peroxidu vodíku (H2O2) se v průmyslové praxi používá k čištění organických zbytků ze substrátů, jako např. skleněných nádob. Takovouto výslednou směs s organickými nečistotami, resp. produktů kyseliny s organickými látkami pak nelze dále použít, neboť je již kontaminovaná. Pro předkládané technické řešení představuje takováto „znečištěná“ směs výchozí látku pro výrobu prášku vhodného jako součást elektrolytu. V jiných provedení je možné využít „znečištěnou“ směs vzniklou z čištění tištěných spojů v elektrotechnice. V dalším provedení lze využít „znečištěnou“ směs vzniklou z čištění zbytků fotorezistu z křemíkových destiček.
V jistém provedení je možné využít „znečištěný“ roztok vzniklý ze směsi koncentrované kyseliny sírové (výhodně 96% roztok) a peroxidu vodíku (výhodně 35% roztok) za účelem čištění chemických nádob nebo jiným běžným účelem, například odstraňování pouzder integrovaných obvodů.
V jistém provedení lze jako výchozí směs pro výsledný produkt ve formě prášku vhodného pro výrobu elektrolytu použít Piraňu vzniklou ze smíchání kyseliny sírové s peroxidem vodíku v hmotnostním poměru 3:1. V dalším provedení lze využít i Piraňu v hmotnostním poměru kyseliny sírové a peroxidu vodíku 7:1. Poměr lze měnit podle účelu, přičemž na technologii likvidace, resp. neutralizace, se nic nemění.
V následujícím kroku dochází k neutralizaci výše uvedené směsi s roztokem hydroxidu draselného, přičemž meziproduktem je sraženina obsahující hydrogensíran draselný.
- 2 CZ 37107 U1
V dalším kroku předkládaného technického řešení dochází k separaci sraženiny od zbytku roztoku a sušení separované sraženiny, přičemž se tvoří krystalicky pevná látka; a vodní pára, případně oxidy uhlíku a dusíku z organických zbytků. Po vzniku sraženiny, zbývá v roztoku kromě vody také kyselina sírová. Tento zbytek kyseliny (již zředěné s nově vzniklou vodou) je možné smísit s doposud nepoužitou Piraňou a použít jako výchozí látku. Separovaná sraženinu se dále suší, a poté praží. Konečným krokem je mletí krystalicky pevné látky na prášek.
Výsledný produkt podle toho technického řešení, tj. prášek, je chemicky stabilní a poskytuje možnost vytvářet elektrolyt, po smíchání s rozpouštědlem, např. vodou. Vhodným poměrem lze měnit fýzikální vlastnosti, zejména viskozitu. V jistém příkladu uskutečnění lze např. použít 50 pl vody s 0,5 ml prášku vzniklého podle předkládaného technického řešení.
V jistém výhodném provedení probíhá krok sušení při teplotě do 150 °C. Sušení je výhodné zejména z hlediska stabilizace vlastností elektrolytu. Při teplotě nad 150 °C může dojít k reakci stopových organických zbytků s materiálem Petriho misky použité k sušení (vznik karbidů a nitridů na povrchu austenitické oceli).
Další provedení předkládaného technického řešení představuje galvanický článek obsahující:
- výše popsaný elektrolyt podle předkládaného technického řešení;
- zápornou elektrodu sestávající se z pozinkovaného ocelového plechu, přičemž je na elektrodě nanesen výše uvedený elektrolyt ve formě pasty, nebo gelu;
- kladnou elektrodu sestávající se z měděné folie; a
- izolantu mezi elektrodami, přičemž izolant je dále opatřen otvorem umožňující průchod elektrických nosičů.
Galvanický článek má napětí 1,1 V a lze jej sériově spojovat za účelem dosažení vyššího napětí (například tři až čtyři články pro napájení LED diody). Galvanický článek tak může představovat baterii. Galvanický článek, resp. baterie, představuje levný a přenositelný zdroj elektrické energie, přičemž je výsledným produktem ekologické likvidace nebezpečného chemického odpadu.
Objasnění výkresů
Obr. 1 představuje schématický nákres galvanického článku.
Obr. 2 představuje difraktorgram vzorku získaného podle předkládaného technického řešení.
Příklady uskutečnění technického řešení
V jistém provedení předkládaného technického řešení vznikl nebezpečný odpad po čištění skleněných Petriho misek z čisticího prostředku ve formě směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku v hmotnostním poměru 3:1 a rozpuštěných usazenin na dně výše zmiňovaných Petriho miskách. Tato organická sraženina vznikla po odpaření znečištěné demineralizované vody z čistých prostor po umytí technických součástek. V jistém konkrétním příkladu uskutečnění vznikla organická nečistota z technické součástky pracující ve vakuu, která obsahovala gumové těsnění (fluorokarbonový O-kroužek). V jiném příkladu obsahovaly Petriho misky i zbytky PET (polyethylentereftalátu). Demineralizovaná voda na čištění občas obsahuje i 25 % propanolu. Za experimentálních podmínek, např. s vysoko-výkonovými lasery, může dojít k chemické reakci čistící směsi s PET nebo gumovým těsněním a rozpuštěním do čistící směsi, což je obecně
- 3 CZ 37107 U1 nežádocí. Během odpaření znečištěné směsi demineralizované vody a propanolu vznikly na dně Petriho misky organické usazeniny. Tyto usazeniny nebylo možné vyčistit čistým propanolem, přičemž nastala tudíž potřeba použít nejsilnějšího rozpouštědla, Pirani. Výsledná „znečištěná směs“ kyseliny sírové a peroxidu vodíku byla ve formě roztoku. V některých provedeních lze výhodně využít Piraňu sestávající se z 98% roztoku kyseliny sírové a 35% roztoku peroxidu vodíku. Roztok „znečištěné“ kyseliny sírové a peroxidu vodíku se zneutralizoval hydroxidem draselným za vzniku sraženiny. Sraženina byla následovně separována od zbytku roztoku. Zbytek roztoku lze následně použít jako výchozí látku pro výrobu elektrolytu podle předkládaného technického řešení. Následně došlo k vysušení sraženiny tak, že se vytvořila krystalická bílá látka, která obsahovala síran draselný. Krystalická látka byla rozemleta na prášek, přičemž tento prášek představuje chemicky stabilní formu elektrolytu schopného vytvořit galvanický článek a nabíjet např. LED.
Sraženina byla sušena při optimální teplotě maximálně do 150 °C. Při teplotě nad 150 °C se rychleji uvolňovaly organické zbytky ve formě oxidu uhelnatého, případně jiných potenciálně nebezpečných oxidů. Aby nedošlo k nebezpečné koncentraci ve vzduchu, teplotu byla heuristicky optimalizována do 150 °C. Při nižších teplotách by vysoušení bylo mnohem bezpečnější, ale doba pro vysoušení byla příliš dlouhá. 150 °C je optimální z hlediska bezpečnosti a času. Po vysušení byla výsledná sraženina rozemleta na prášek. Podle RTG difrakční tomografie, který je zobrazen na obr. 2, výsledný prášek obsahoval síran draselný.
Výsledný prášek poskytuje chemickou stabilitu a je rovněž přenositelný, což bylo prokázáno experimentem, při kterém byl prášek uschován v suchém prostředí po dobu 14 dní. Po této době byl prášek smíchán s vodou a vytvořen elektrolyt, který se ve formě pasty nanesl na příslušné elektrody 1a 5. Kladná elektroda 5 se sestávala z měděného plíšku, záporná elektroda 1 se sestávala z pozinkovaného plechu z elektroinstalatérského odpadu. Po přiložení voltmetru dosahovala hodnota elektromotorického napětí stabilních 1,1 V.
V dalším příkladu uskutečnění vznikl nebezpečný odpad po čištění polovodičových desek s integrovaným elektrickým obvodem. Polovodičová deska obsahovala organické nečistoty ve formě plastů vzniklých z tavící pistole. K odstranění těchto zbytku byla použita směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku (Piraňa) v hmotnostní koncentraci 4:2. Výsledná „znečištěná směs“ kyseliny sírové a peroxidu vodíku byla ve formě roztoku. V tomto konkrétním příkladu uskutečnění se Piraňa sestávala z 60% roztoku kyseliny sírové a 35% roztoku peroxidu vodíku. Roztok „znečištěné“ kyseliny sírové a peroxidu vodíku se zneutralizoval hydroxidem draselným za vzniku sraženiny. Sraženina byla následovně separována od zbytku roztoku. Následně došlo k vysušení sraženiny při teplotě 120 °C tak, že se vytvořila krystalická bílá látka, která obsahovala síran draselný. Krystalická látka byla rozemleta na prášek, přičemž tento prášek představuje chemicky stabilní formu elektrolytu schopného vytvořit galvanický článek a nabíjet např. LED. S výsledným práškem byly provedeny dva experimenty, první část vzorku byla uschována do nádoby a uskladněna do místnosti beze světla se suchým prostředím po dobu 14 dní. Druhá část vzorku se druhý den spotřebovala pro vytvoření elektrolytu, který vznikl smícháním prášku s vodou. V tomto příkladu uskutečnění bylo smícháno 50 g prášku s 5 cl vody za vytvoření pasty. Pasta se nanesla na elektrody 1 a 5, měděnou a pozinkovanou, přičemž změřené elektromotorické napětí dosahovalo hodnoty kolem 1,3 V. Stejný experiment byl proveden se vzorkem uskladněným v suchém prostředí po dobu 14 dní, přičemž výsledné elektromotorické napětí dosahovalo 1,2 V.
V jistých provedeních lze prášek vytvořit reakcí Pirani obsahující kyselinu sírovou a peroxid vodíku v hmotnostním poměru od 3:1 do 7:1, v závislosti na potřebě chemického čištění. Na postupu přípravy a vytvořeném elektrolytu bylo dosaženo obdobných výsledků.
Obr. 1 představuje schématický nákres galvanického článku. Jak je uvedeno výše, záporná elektroda 1 může být např. pozinkovaný plech. Kladná elektroda 5 může být např. měděný plíšek nebo tenká vrstva mědi. Tenkou vrstvou je myšlena tloušťka vrstvy v řádově několika desetin mm. Mezi elektrodami 1 a 5 je izolant 4, který se může sestávat z papíru. Izolant 4 je dále opatřen
- 4 CZ 37107 U1 otvorem 3, do kterého lze nasypat prášek a následně jej rozpustit v rozpouštědle. V dalším provedení lze rovnou opatřit otvor gelem 2 obsahující elektrolyt podle předkládaného technického řešení. Bylo zjištěno, že galvanický článek poskytuje elektromotorické napětí okolo 1,1 V.
V jiném přikladu uskutečnění byl mezi elektrodami 1 a 5 byl umístěn elektrický izolant ve formě tlustého plastu s otvorem uprostřed. Do otvoru byla nanesena pasta z elektrolytu, kterou tentokrát tvořil prášek s organickým rozpouštědlem, etanolem. V dalším příkladu bylo vyzkoušeno i vytvoření pasty z prášku podle technického řešení a glycerolu. Po přiložení voltmetru bylo naměřeno elektromotorické napětí kolem 1,3 V.
V dalším příkladu uskutečnění byla vytvořena primární baterie o elektromotorickém napětí 2,6 V ze čtyř článků výše uvedených galvanických článků sestavených ze zinkové záporné elektrody 1 a měděné kladné elektrody 5. Baterie napájela LED diodu o startovacím napětí 1,8 V a jmenovitém proudu 2 mA deset minut. Na každý článek bylo použito 0,5 ml práškového elektrolytu rozpuštěného v 80 μl vody. Kapacita prototypu je tedy 2 mA x 1/6 hod = 1/3 mAh. Pro větší množství elektrolytu a lepší kontakty lze dosáhnout kapacity větší. Po zhasnutí LED diody bylo zbytkové elektromotorické napětí 1,6 V.
Obr. 2 představuje difraktogram výsledného praženého produktu neutralizační reakce hydroxidu draselného se „znečištěnou“ směsí kyseliny sírové a peroxidu vodíku, přičemž produkt je formě prášku. Na difraktogramu bylo odhaleno, že výsledný produkt obsahuje přibližně 80 % hmotn. K2SO4 a 20 % hmotn. tri-hydrátu uhličitanu draselného.
Paralelně byl proveden experiment s čistým K2SO4, přičemž bylo zjištěno, že elektromotorické napětí je v rámci chyby měření stejné.
Průmyslová využitelnost
Předkládané technické řešení je možné využít jako ekologicky zpracovaný produkt vzniklý ze způsobu nakládání s odpadem chemických laboratoří, přičemž výsledný produkt lze snadno a levně použít pro výrobu galvanických článků, zejména primárních baterií.
Claims (6)
1. Prášek pro výrobu elektrolytu pro galvanický článek, vyznačující se tím, že sestává z produktu vzniklého reakcí roztoku odpadní znečištěné směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku vzniklé z chemického čištění s roztokem hydroxidu draselného, přičemž prášek je ve formě rozdrcené vysrážené a vysušené krystalické látky.
2. Prášek pro výrobu elektrolytu pro galvanický článek podle nároku 1, vyznačující se tím, že odpadní znečištěná směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku obsahuje 96% kyselinu sírovou a 35% peroxid vodíku.
3. Prášek pro výrobu elektrolytu pro galvanický článek podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že odpadní znečištěná směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku obsahuje kyselinu sírovou a peroxid vodíku v hmotnostních poměrech od 3:1 do 7:1.
4. Elektrolyt pro galvanický článek, vyznačující se tím, že obsahuje prášek podle nároků 1 až 3 a rozpouštědlo, výhodně vodu.
5. Galvanický článek, vyznačující se tím, že obsahuje:
- elektrolyt podle nároků 4;
- zápornou elektrodu (1) sestávající se z pozinkovaného ocelového plechu, přičemž je na elektrodě nanesen elektrolyt podle nároku 4 ve formě pasty nebo gelu (2);
- kladnou elektrodu (5) sestávající se z měděné folie; a
- izolant (4) mezi elektrodami (1) a (5), přičemž izolant (4) je dále opatřen otvorem (3) umožňující průchod elektrických nosičů.
6. Baterie, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dva galvanické články podle nároku 5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-38093U CZ37107U1 (cs) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Prášek pro přípravu elektrolytu pro galvanický článek |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-38093U CZ37107U1 (cs) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Prášek pro přípravu elektrolytu pro galvanický článek |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ37107U1 true CZ37107U1 (cs) | 2023-06-08 |
Family
ID=86766566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020-38093U CZ37107U1 (cs) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Prášek pro přípravu elektrolytu pro galvanický článek |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ37107U1 (cs) |
-
2020
- 2020-10-12 CZ CZ2020-38093U patent/CZ37107U1/cs not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108370011B (zh) | 可充电式铝离子电池 | |
| Revel et al. | Non-aqueous aluminium–air battery based on ionic liquid electrolyte | |
| Zhao et al. | A reversible Br 2/Br− redox couple in the aqueous phase as a high-performance catholyte for alkali-ion batteries | |
| EP3571165B1 (en) | Bismuth-based chloride-storage electrodes | |
| US8911612B2 (en) | Method of operating metal-bromine cells | |
| ES2937060T3 (es) | Generadores electroquímicos secundarios alcalinos con ánodo de zinc | |
| JP6716364B2 (ja) | リチウム−空気電池用液相触媒 | |
| CN107017450A (zh) | 铝空气电池 | |
| US20240088467A1 (en) | Methods and systems for discharging spent batteries | |
| CN104205459B (zh) | 生物燃料电池 | |
| CN107069133B (zh) | 一种回收锂电池负极材料中的锂的方法 | |
| US8304121B2 (en) | Primary aluminum hydride battery | |
| Qu et al. | Anionic Chemistry Modulation Enabled Environmental Self‐Charging Aqueous Zinc Batteries: The Case of Carbonate Ions | |
| Chotipanich et al. | Electronic and ionic conductivities enhancement of zinc anode for flexible printed zinc-air battery | |
| CZ37107U1 (cs) | Prášek pro přípravu elektrolytu pro galvanický článek | |
| CZ309703B6 (cs) | Způsob zpracování chemického odpadu pro následnou výrobu elektrolytu pro galvanický článek | |
| US20150214590A1 (en) | Microbial Batteries with Re-oxidizable Solid-State Electrodes for Conversion of Chemical Potential Energy into Electrical Energy | |
| Mori | Semi-rechargeable aluminum–Air battery with a TiO2 internal layer with plain salt water as an electrolyte | |
| CN101286567B (zh) | 一种电解质 | |
| ES2790253T3 (es) | Procedimiento de recuperación selectiva de plata en presencia de aluminio, por vía electroquímica y en solución acuosa | |
| Chitrada et al. | Nanoporous anodic bismuth oxide photo-anodes | |
| Adaxamjonovich | GALVANIC CELLS AND ELECTRODE PROCESSES: PRACTICAL APPLICATIONS AND COMMON SYSTEMS | |
| US408287A (en) | Secondary battery | |
| RU2282917C1 (ru) | Гальванический источник постоянного тока | |
| Sobirovich | THE CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY IN GALVANIC CELLS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20230608 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20241012 |