EA041601B1 - ACTIVE MATERIAL AND ELECTRIC ENERGY GENERATOR INCLUDING IT - Google Patents

ACTIVE MATERIAL AND ELECTRIC ENERGY GENERATOR INCLUDING IT Download PDF

Info

Publication number
EA041601B1
EA041601B1 EA201990469 EA041601B1 EA 041601 B1 EA041601 B1 EA 041601B1 EA 201990469 EA201990469 EA 201990469 EA 041601 B1 EA041601 B1 EA 041601B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
epg
power generator
electric power
active material
agar
Prior art date
Application number
EA201990469
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лука Маганьин
Симона Еффа
Алессандра Аккольи
Габриэле Панцери
Франческо Либерале
Винченцо Тирелла
Лука Сукка
Симоне Брунетти
Original Assignee
Термо-Инд С.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Термо-Инд С.А. filed Critical Термо-Инд С.А.
Publication of EA041601B1 publication Critical patent/EA041601B1/en

Links

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к активному материалу, используемому для изготовления электрического генератора, а также к способу получения такой среды. Как следствие, настоящее изобретение относится также к электрическому генератору, включающему упомянутый активный материал.The present invention relates to an active material used for the manufacture of an electrical generator, as well as to a method for obtaining such a medium. As a consequence, the present invention also relates to an electrical generator comprising said active material.

Уровень техникиState of the art

Широко известно применение термоэлектрических генераторов энергии и термоионных генераторов энергии для преобразования тепловой энергии непосредственно в электрическую энергию.The use of thermoelectric power generators and thermionic power generators for converting thermal energy directly into electrical energy is widely known.

Термоэлектрические генераторы энергии представляют собой устройства на основе термоэлектрического эффекта, а именно эффекта Зеебека, включающего взаимодействия потока тепла и электричества между твердыми телами. Примеры таких устройств раскрыты в патенте ЕР 2521192 и заявке на патент ЕР 2277209. В широком смысле термоэлектрические генераторы энергии состоят из трех основных компонентов: термоэлектрического материала, термоэлектрических модулей и термоэлектрической системы, которая обеспечивает сопряжение с источником тепла.Thermoelectric power generators are devices based on the thermoelectric effect, namely the Seebeck effect, which includes the interaction of heat and electricity flow between solids. Examples of such devices are disclosed in patent EP 2521192 and patent application EP 2277209. In a broad sense, thermoelectric power generators consist of three main components: thermoelectric material, thermoelectric modules and a thermoelectric system that provides interface with a heat source.

Термоэлектрические материалы вырабатывают мощность непосредственно из тепла путем преобразования разностей температур в электрическое напряжение. В частности, указанные материалы обычно имеют как высокую электропроводность, так и низкую теплопроводность. Низкая теплопроводность гарантирует, что в случае когда одна сторона становится горячей, другая сторона остается холодной. Это помогает генерировать высокое напряжение при наличии температурного градиента.Thermoelectric materials generate power directly from heat by converting temperature differences into electrical voltage. In particular, these materials typically have both high electrical conductivity and low thermal conductivity. The low thermal conductivity ensures that when one side gets hot, the other side stays cold. This helps to generate a high voltage in the presence of a temperature gradient.

Термоэлектрический модуль представляет собой цепь, включающую в себя термоэлектрические материалы, которые генерируют электричество непосредственно из тепла. Модуль состоит из двух разнородных термоэлектрических материалов, соединяющихся на концах, а именно отрицательно заряженного полупроводника и положительно заряженного полупроводника. В цепи будет протекать постоянный электрический ток при наличии градиента температуры между двумя этими материалами. Такой градиент обеспечивается термоэлектрической системой, которая обычно включает в себя теплообменники, используемые на обеих сторонах модуля для подвода соответственно нагрева и охлаждения.A thermoelectric module is a circuit including thermoelectric materials that generate electricity directly from heat. The module consists of two dissimilar thermoelectric materials connected at the ends, namely a negatively charged semiconductor and a positively charged semiconductor. A constant electric current will flow in the circuit if there is a temperature gradient between these two materials. Such a gradient is provided by a thermoelectric system which typically includes heat exchangers used on both sides of the module to supply respectively heating and cooling.

Термоионные генераторы энергии, также называемые термоионными преобразователями энергии, преобразуют тепло непосредственно в электричество. Термоионный генератор энергии обычно заключает в себе два электрода, размещенных в защитной оболочке. Один из них нагревается до высокой температуры, достаточной для того, чтобы стать термоионным эмиттером электронов или горячей пластиной. Другой электрод называется коллектором, поскольку он принимает испускаемые электроны. Коллектор работает при значительно более низкой температуре. Пространство между электродами может представлять собой вакуум или в альтернативном варианте оно может быть заполнено газообразными парами при низком давлении. Тепловая энергия может подаваться химическим, солнечным или ядерным источниками.Thermionic power generators, also called thermionic power converters, convert heat directly into electricity. Thermionic energy generator usually contains two electrodes placed in a protective sheath. One of them is heated to a high temperature, sufficient to become a thermionic electron emitter or hot plate. The other electrode is called the collector because it receives the emitted electrons. The collector operates at a much lower temperature. The space between the electrodes may be a vacuum, or alternatively it may be filled with gaseous vapors at low pressure. Thermal energy can be supplied by chemical, solar or nuclear sources.

Термоэлектрические генераторы энергии, а также термоионные генераторы энергии имеют много недостатков, среди которых низкая эффективность преобразования и необходимость обеспечения градиента температуры. В дополнение к этому такие генераторы требуют относительно постоянного источника тепла.Thermoelectric power generators, as well as thermionic power generators, have many disadvantages, including low conversion efficiency and the need to provide a temperature gradient. In addition to this, such generators require a relatively constant source of heat.

С учетом вышесказанного основная задача настоящего изобретения заключается в получении генератора электрической энергии, способного преобразовывать часть тепловой энергии в электрическую энергию, и создании возможности для преодоления недостатков устройств предшествующего уровня техники.In view of the foregoing, the main object of the present invention is to provide an electric power generator capable of converting a portion of thermal energy into electrical energy, and making it possible to overcome the shortcomings of the prior art devices.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили новый активный материал, который можно наносить на один из электродов и вырабатывать ток при его размещении между по меньшей мере двумя электродами без первоначальной зарядки и независимо от температуры.The present inventors have surprisingly found a new active material that can be applied to one of the electrodes and generate current when placed between at least two electrodes without initial charging and regardless of temperature.

С учетом вышесказанного настоящее изобретение относится к активному материалу, содержащему по меньшей мере одно кислородсодержащее соединение, выбранное из группы, состоящей из MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi2O3, Al2O3 и TiO2, по меньшей мере одну загущающую добавку, выбранную из группы, состоящей из агар-агара, ксантановой камеди, метилцеллюлозы и аравийской камеди, и по меньшей мере одну пластифицирующую добавку, при этом размер частиц по меньшей мере одного соединения на основе кислорода характеризуется средним диаметром в диапазоне от 10 нм до 40 мкм.In view of the foregoing, the present invention relates to an active material containing at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of MgO, ZnO, ZrOCl 2 , ZrO 2 , SiO 2 , Bi 2 O 3 , Al 2 O 3 and TiO 2 , at least one thickening additive selected from the group consisting of agar-agar, xanthan gum, methylcellulose and gum arabic, and at least one plasticizing additive, wherein the particle size of at least one oxygen-based compound is characterized by an average diameter in the range from 10 nm to 40 µm.

В настоящем изобретении при использовании термина пластифицирующая добавка подразумевается вещество, способное при его добавлении обеспечивать или повышать пластичность, например силикон, силоксаны или карнаубский воск, но можно также рассматривать нафталин, ПВДФ, парилен, ПТФЭ, ФЭП и ПДМС.In the present invention, when using the term plasticizing additive, it is meant a substance capable of providing or increasing plasticity when added, such as silicone, siloxanes or carnauba wax, but naphthalene, PVDF, parylene, PTFE, FEP and PDMS can also be considered.

В настоящем изобретении при упоминании размера частиц по меньшей мере одного соединения на основе кислорода подразумевается средний диаметр указанной частицы, измеренный при помощи сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) или динамического рассеяния света (ДРС).In the present invention, when referring to the particle size of at least one oxygen-based compound, it refers to the average diameter of said particle as measured by a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), or dynamic light scattering (DLS).

В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения активный материал содержит MgO, ZnO и ZrO2 в качестве кислородсодержащих соединений; агар-агар, ксантановую камедь, метил- 1 041601 целлюлозу в качестве загущающих добавок и силикон в качестве пластифицирующей добавки.In a preferred embodiment of this invention, the active material contains MgO, ZnO and ZrO 2 as oxygen-containing compounds; agar-agar, xanthan gum, methyl cellulose as thickening additives and silicone as a plasticizing additive.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения касается способа получения активного материала, включающего следующие стадии:Another embodiment of the present invention relates to a method for producing an active material, comprising the following steps:

a) получают раствор по меньшей мере одного кислородсодержащего соединения, выбранного из группы, состоящей из MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi2O3, Al2O3 и TiO2, с использованием растворителя, выбранного из группы, состоящей из воды, этиленгликоля, глицерина, диметилсульфоксида и соответствующих смесей;a) preparing a solution of at least one oxygenate selected from the group consisting of MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi 2 O 3 , Al2O 3 and TiO2 using a solvent selected from the group consisting of water, ethylene glycol , glycerin, dimethyl sulfoxide and appropriate mixtures;

b) нагревают раствор, полученный на стадии а), до температуры в диапазоне от 75 до 90°;b) heating the solution obtained in step a) to a temperature in the range from 75 to 90°;

c) добавляют по меньшей мере одну загущающую добавку, выбранную из группы, состоящей из агар-агара, ксантановой камеди, метилцеллюлозы и аравийской камеди, получая таким образом гомогенный раствор;c) adding at least one thickening agent selected from the group consisting of agar-agar, xanthan gum, methylcellulose and gum arabic, thus obtaining a homogeneous solution;

d) охлаждают гомогенный раствор, полученный на стадии с), до температуры в диапазоне от 30 до 15°C, позволяя формироваться гелю, с получением таким образом гелеобразного материала;d) cooling the homogeneous solution obtained in step c) to a temperature in the range of 30 to 15° C., allowing a gel to form, thereby obtaining a gel-like material;

e) добавляют по меньшей мере один пластификатор к гелеобразному материалу с получением таким образом активного материала, при этом размер частиц по меньшей мере одного соединения на основе кислорода характеризуется средним диаметром в диапазоне от 10 нм до 40 мкм.e) adding at least one plasticizer to the gelled material, thereby obtaining an active material, wherein the particle size of the at least one oxygen-based compound has an average diameter in the range of 10 nm to 40 µm.

Еще один вариант осуществления настоящего изобретения касается альтернативного способа получения активного материала, включающего следующие стадии:Another embodiment of the present invention relates to an alternative method for producing an active material, comprising the following steps:

i) готовят первый раствор по меньшей мере одного кислородсодержащего соединения, выбранного из группы, состоящей из MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi2O3, Al2O3 и TiO2, с использованием растворителя, выбранного из группы, состоящей из воды, этиленгликоля, глицерина, диметилсульфоксида и соответствующих смесей;i) preparing a first solution of at least one oxygenate selected from the group consisting of MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi2O3, Al2O3 and TiO2 using a solvent selected from the group consisting of water, ethylene glycol, glycerol, dimethyl sulfoxide and related mixtures;

ii) нагревают первый раствор, полученный на стадии i), до температуры в диапазоне от 90 до 110°C;ii) heating the first solution obtained in step i) to a temperature in the range from 90 to 110°C;

iii) охлаждают гомогенный раствор, полученный на стадии ii), до температуры в диапазоне от 50 до 30°C;iii) cooling the homogeneous solution obtained in step ii) to a temperature in the range from 50 to 30°C;

iv) готовят второй раствор по меньшей мере одной загущающей добавки, выбранной из группы, состоящей из агар-агара, ксантановой камеди, метилцеллюлозы и аравийской камеди, с использованием растворителя, выбранного из группы, состоящей из воды, этиленгликоля, глицерина, диметилсульфоксида и соответствующих смесей;iv) preparing a second solution of at least one thickening agent selected from the group consisting of agar-agar, xanthan gum, methylcellulose and gum arabic using a solvent selected from the group consisting of water, ethylene glycol, glycerol, dimethyl sulfoxide and appropriate mixtures ;

v) нагревают второй раствор, полученный на стадии iv), до температуры в диапазоне от 90 до 120°C;v) heating the second solution obtained in step iv) to a temperature in the range of 90 to 120°C;

vi) смешивают первый раствор с раствором, полученным на стадии v), при 45°C;vi) mixing the first solution with the solution obtained in step v) at 45°C;

vii) охлаждают гомогенный раствор, полученный на стадии vi), до температуры в диапазоне от 30 до 20°C и подвергают его воздействию циклов охлаждения от температуры окружающей среды до -18°C;vii) cooling the homogeneous solution obtained in step vi) to a temperature in the range of 30 to 20°C and subjecting it to cooling cycles from ambient temperature to -18°C;

viii) добавляют по меньшей мере одну пластифицирующую добавку к раствору со стадии vii), получая таким образом гомогенный раствор материала;viii) adding at least one plasticizer to the solution from step vii), thus obtaining a homogeneous material solution;

ix) необязательно удаляют растворитель и получают желаемый активный материал, при этом размер частиц по меньшей мере одного соединения на основе кислорода характеризуется средним диаметром в диапазоне от 10 нм до 40 мкм. Другой вариант осуществления данного изобретения относится к генератору электрической энергии (EPG), включающему по меньшей мере два электрода, размещенных на подходящем расстоянии друг от друга и предпочтительно изготовленных из различных материалов. Указанный генератор EPG включает активный материал по изобретению между указанными по меньшей мере двумя электродами. Электроды изготовлены из металлов, сплавов и/или материалов на основе углерода, подобных графиту. Толщина электродов находится в диапазоне предпочтительно от 0,1 до 3000 мкм, более предпочтительно от 50 до 1000 мкм, еще более предпочтительно от 300 до 600 мкм. В предпочтительном варианте осуществления генератора EPG по изобретению указанные по меньшей мере два электрода изготовлены из Cu и Al, предпочтительно в форме пластин или фольги, по существу параллельных друг другу. В случае гибкого генератора EPG в качестве электродов можно рассматривать как самоподдерживающиеся гибкие материалы (из вышеперечисленных материалов), так и металлизированные полимеры.ix) optionally removing the solvent and obtaining the desired active material, wherein the particle size of at least one oxygen-based compound has an average diameter in the range of 10 nm to 40 μm. Another embodiment of the present invention relates to an electrical power generator (EPG) comprising at least two electrodes placed at a suitable distance from each other and preferably made of different materials. Said EPG generator includes an active material according to the invention between said at least two electrodes. The electrodes are made from metals, alloys and/or carbon-based materials like graphite. The thickness of the electrodes is preferably 0.1 to 3000 µm, more preferably 50 to 1000 µm, even more preferably 300 to 600 µm. In a preferred embodiment of the EPG generator according to the invention, said at least two electrodes are made of Cu and Al, preferably in the form of plates or foils substantially parallel to each other. In the case of a flexible EPG generator, both self-supporting flexible materials (from the above materials) and metallized polymers can be considered as electrodes.

Настоящее изобретение относится также к модулю генератора энергии (PGM), включающему множество генераторов EPG, которые могут быть соединены последовательно или параллельно без включения характеристик EPG (напряжение и ток).The present invention also relates to a power generator module (PGM) including a plurality of EPGs that can be connected in series or in parallel without including EPG characteristics (voltage and current).

Описание фигурDescription of figures

Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны в свете подробного описания активного материала и предпочтительных вариантов осуществления генератора электрической энергии со ссылкой на прилагаемые чертежи, где на фиг. 1 показана сэндвичевая структура генератора электрической энергии, включающего активный материал по настоящему изобретению;Additional features and advantages of the invention will become more apparent in light of the detailed description of the active material and preferred embodiments of the electrical power generator with reference to the accompanying drawings, in which FIG. 1 shows a sandwich structure of an electric power generator incorporating the active material of the present invention;

на фиг. 2 представлен пример электрической цепи, включающей генератор электрической энергии по настоящему изобретению;in fig. 2 shows an example of an electrical circuit including an electrical power generator of the present invention;

- 2 041601 на фиг. 3 показана кривая результата испытаний, выполненных в примере 4;- 2 041601 in Fig. 3 shows the result curve of the tests performed in Example 4;

на фиг. 4 показана кривая результатов испытания, выполненного в примере 4;in fig. 4 shows a curve showing the results of the test performed in Example 4;

на фиг. 5 приведена кривая результата испытаний, выполненных в примере 5;in fig. 5 is a curve showing the result of the tests performed in Example 5;

на фиг. 6 представлена кривая результатов испытания, выполненного в примере 5;in fig. 6 is a graph showing the results of the test performed in Example 5;

на фиг. 7 показана кривая зависимости тока от температуры в испытании, выполненном в примере 5.in fig. 7 shows the current versus temperature curve in the test performed in Example 5.

на фиг. 8 приведена кривая результатов испытания, выполненного в примере 6;in fig. 8 is a graph showing the results of the test performed in Example 6;

на фиг. 9 представлена кривая результатов испытания, выполненного в примере 7;in fig. 9 is a graph showing the results of the test performed in Example 7;

на фиг. 10 показана кривая результатов испытания, выполненного в примере 8;in fig. 10 shows a curve showing the results of the test performed in Example 8;

на фиг. 11 представлены кривые результатов испытания, выполненного в примере 9;in fig. 11 shows the curves of the results of the test performed in example 9;

на фиг. 12А и 12В показана цепь, включающая модуль PGM по изобретению по примеру 15, в ходе фазы зарядки (фиг. 12А) и фазы разрядки (фиг. 12В) соответственно;in fig. 12A and 12B show the circuit including the inventive PGM module of Example 15 during the charge phase (FIG. 12A) and the discharge phase (FIG. 12B), respectively;

на фиг. 13 приведены значения напряжения НРЦ для конденсатора непосредственно в начале состояния отключения в примере 16.in fig. 13 shows the NRC voltage values for the capacitor immediately at the beginning of the trip condition in example 16.

Одни и те же номера на фигурах соответствуют одинаковым элементам или компонентам.The same numbers in the figures correspond to the same elements or components.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Таким образом, настоящее изобретение относится к активному материалу, содержащему по меньшей мере одно кислородсодержащее соединение, выбранное из группы, состоящей из MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi2O3, Al2O3 и TiO2; по меньшей мере одну загущающую добавку, выбранную из группы, состоящей из агар-агара, ксантановой камеди, метилцеллюлозы и аравийской камеди, и по меньшей мере одну пластифицирующую добавку, при этом размер частиц указанного по меньшей мере одного соединения на основе кислорода характеризуется средним диаметром в диапазоне от 10 нм до 40 мкм. В активном материале изобретения присутствует по меньшей мере одно кислородсодержащее соединение, выбранное из группы, состоящей из MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi2O3, Al2O3 и TiO2, и имеющее размер частиц, соответствующий среднему диаметру в диапазоне от 10 нм до 40 мкм.Thus, the present invention relates to an active material containing at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of MgO, ZnO, ZrOCl 2 , ZrO 2 , SiO 2 , Bi 2 O 3 , Al 2 O 3 and TiO 2 ; at least one thickening additive selected from the group consisting of agar-agar, xanthan gum, methylcellulose and gum arabic, and at least one plasticizing additive, wherein the particle size of said at least one oxygen-based compound is characterized by an average diameter of range from 10 nm to 40 µm. The active material of the invention contains at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi2O3, Al2O3 and TiO2, and having a particle size corresponding to an average diameter in the range of 10 nm to 40 µm .

Размер частиц соединений на основе кислорода характеризуется средним диаметром в диапазоне от 10 нм до 40 мкм, предпочтительно в диапазоне от 15 нм до 10 мкм, более предпочтительно от 20 нм до 5 мкм. Более предпочтительно размер частиц соединений на основе кислорода характеризуется средним диаметром в диапазоне 10-200 нм, еще более предпочтительно в диапазоне 15-100 нм, еще предпочтительнее 20-40 нм.The particle size of the oxygen-based compounds has an average diameter in the range of 10 nm to 40 µm, preferably in the range of 15 nm to 10 µm, more preferably 20 nm to 5 µm. More preferably, the particle size of the oxygen-based compounds has an average diameter in the range of 10-200 nm, even more preferably in the range of 15-100 nm, even more preferably 20-40 nm.

Активный материал предпочтительно содержит оксид магния в качестве кислородсодержащего соединения, более предпочтительно в массовой доле в диапазоне от 3 до 17%, предпочтительно 10%, по отношению к общей массе активного материала.The active material preferably contains magnesium oxide as an oxygen-containing compound, more preferably in a mass fraction in the range of 3 to 17%, preferably 10%, relative to the total mass of the active material.

Активный материал предпочтительно содержит MgO вместе с ZnO и ZrO2 в качестве кислородсодержащих соединений, более предпочтительно каждый из них содержится в массовой доле от 0,7 до 10%, еще более предпочтительно 3,7%, по отношению к общей массе активного материала.The active material preferably contains MgO together with ZnO and ZrO2 as oxygenates, more preferably each of them is contained in a mass fraction of 0.7 to 10%, even more preferably 3.7%, based on the total mass of the active material.

Активный материал содержит по меньшей мере одну загущающую добавку, выбранную из группы, состоящей из агар-агара, ксантановой камеди, метилцеллюлозы и аравийской камеди. Предпочтительно активный материал содержит агар-агар, ксантановую камедь и/или метилцеллюлозу в качестве загущающих добавок, более предпочтительно каждую из них в массовой доле в диапазоне от 0,19 до 6,5%, еще более предпочтительно 0,84%, по отношению к общей массе активного материала.The active material contains at least one thickening agent selected from the group consisting of agar-agar, xanthan gum, methylcellulose and gum arabic. Preferably the active material contains agar-agar, xanthan gum and/or methylcellulose as thickeners, more preferably each of them in a mass fraction in the range from 0.19 to 6.5%, even more preferably 0.84%, in relation to the total weight of the active material.

Активный материал содержит также по меньшей мере одну пластифицирующую добавку. По меньшей мере одна пластифицирующая добавка предпочтительно выбрана из группы, состоящей из силикона, силоксанов, карнаубского воска, нафталина, ПВДФ, парилена, ПТФЭ, ФЭП и ПДМС.The active material also contains at least one plasticizer. The at least one plasticizer is preferably selected from the group consisting of silicone, siloxanes, carnauba wax, naphthalene, PVDF, parylene, PTFE, FEP and PDMS.

Не связывая себя какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения на разумных основаниях полагают, что совместное применение указанных материалов, т.е. по меньшей мере одного пластификатора в сочетании с кислородсодержащими соединениями по изобретению, могло бы повышать показатели материалов и, следовательно, включающего их генератора электрической энергии, улучшая таким образом результаты, достигаемые в конкретных режимах.Without being bound by any theory, the authors of the present invention reasonably believe that the combined use of these materials, i. at least one plasticizer, in combination with the oxygenates of the invention, could enhance the performance of the materials and hence the electrical power generator comprising them, thus improving the results achieved in particular modes.

Более предпочтительно по меньшей мере один пластификатор представляет собой силикон еще более предпочтительно в количестве в диапазоне от 5 до 40%, предпочтительно от 12,5 до 37,5%, еще предпочтительнее 33,3 мас.%, по отношению к общей массе гелеобразного материала. Активный материал содержит также по меньшей мере одну пластифицирующую добавку в диапазоне отношений от 1:4 до 3:2, еще более предпочтительно в отношении 1:3, в расчете на массу гелеобразного материала.More preferably, at least one plasticizer is silicone, even more preferably in an amount in the range of 5 to 40%, preferably 12.5 to 37.5%, even more preferably 33.3% by weight, based on the total weight of the gelled material. . The active material also contains at least one plasticizer in a ratio range of 1:4 to 3:2, even more preferably in a ratio of 1:3, based on the weight of the gelled material.

Активный материал может содержать дополнительные соединения, предпочтительно антрацен, материалы ЦТС и Si3N4.The active material may contain additional compounds, preferably anthracene, PZT materials and Si 3 N 4 .

Активный материал может быть безводным или может содержать определенное количество воды, образующейся в результате осуществления способа получения. В предпочтительном варианте осуществления способа предусматривается удаление избыточной воды, гарантирующее ее присутствие в форме абсорбированной координационной воды в количестве по меньшей мере 1% по отношению к общей массе конечного активного материала.The active material may be anhydrous or may contain a certain amount of water resulting from the implementation of the method of obtaining. In a preferred embodiment of the process, excess water is removed to ensure that it is present in the form of absorbed coordination water in an amount of at least 1%, based on the total weight of the final active material.

Авторы настоящего изобретения полагают, что такая доля координационной воды в конечном активном материале может улучшать показатели готовых устройств, получаемых при включении в их со- 3 041601 став такого активного материала. Активный материал может также содержать дополнительные добавки.The authors of the present invention believe that such a proportion of coordination water in the final active material can improve the performance of finished devices obtained by including such an active material in their composition. The active material may also contain further additives.

Эти добавки могут представлять собой присадки для координирования воды, можно упомянуть казеин.These additives may be water coordinating additives, casein may be mentioned.

В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения активный материал содержит MgO, ZnO, ZrO2 в качестве кислородных соединений; агар-агар, ксантановую камедь, метилцеллюлозу в качестве загущающих добавок и силикон в качестве пластифицирующей добавки, при этом размер частиц указанного по меньшей мере одного кислородного соединения характеризуется средним диаметром в диапазоне от 10 нм до 40 мкм.In a preferred embodiment of this invention, the active material contains MgO, ZnO, ZrO2 as oxygen compounds; agar-agar, xanthan gum, methyl cellulose as thickening additives and silicone as a plasticizing additive, wherein the particle size of said at least one oxygen compound is characterized by an average diameter in the range from 10 nm to 40 μm.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения касается способа получения активного материала, включающего следующие стадии:Another embodiment of the present invention relates to a method for producing an active material, comprising the following steps:

a) готовят раствор по меньшей мере одного кислородсодержащего соединения, выбранного из группы, состоящей из MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi2O3, Al2O3 и TiO2, с использованием растворителя, выбранного из группы, состоящей из воды, этиленгликоля, глицерина, диметилсульфоксида и соответствующих смесей;a) prepare a solution of at least one oxygenate selected from the group consisting of MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi 2 O 3 , Al2O 3 and TiO2 using a solvent selected from the group consisting of water, ethylene glycol , glycerin, dimethyl sulfoxide and appropriate mixtures;

b) раствор, полученный на стадии а), нагревают до температуры в диапазоне от 75 до 90°C;b) the solution obtained in step a) is heated to a temperature in the range from 75 to 90°C;

c) добавляют по меньшей мере одну загущающую добавку, выбранную из группы, состоящей из агар-агара, ксантановой камеди, метилцеллюлозы и аравийской камеди, с получением таким образом гомогенного раствора;c) adding at least one thickening agent selected from the group consisting of agar-agar, xanthan gum, methylcellulose and gum arabic, thereby obtaining a homogeneous solution;

d) охлаждают гомогенный раствор, полученный на стадии с), до температуры в диапазоне от 30 до 15°C, с получением таким образом гелеобразного материала;d) cooling the homogeneous solution obtained in step c) to a temperature in the range of 30 to 15° C., thus obtaining a gel-like material;

e) добавляют по меньшей мере одну пластифицирующую добавку, выбранную из группы, состоящей из силикона, с получением таким образом активного материала, при этом размер частиц указанного по меньшей мере одного соединения на основе кислорода характеризуется средним диаметром в диапазоне от 10 нм до 40 мкм.e) at least one plasticizer selected from the group consisting of silicone is added, thereby obtaining an active material, wherein the particle size of said at least one oxygen-based compound has an average diameter in the range of 10 nm to 40 µm.

На стадии а) способа по настоящему изобретению предусмотрено получение раствора по меньшей мере одного кислородсодержащего соединения, выбранного из группы, состоящей из MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi2O3, Al2O3 и TiO2, с использованием растворителя, выбранного из группы, состоящей из воды, этиленгликоля, глицерина, диметилсульфоксида и соответствующих смесей, предпочтительно воды, предпочтительно при перемешивании в ходе добавления компонентов. Более предпочтительно добавление компонентов при перемешивании осуществляют последовательно.Step a) of the method of the present invention provides for preparing a solution of at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi 2 O 3 , Al 2 O 3 and TiO 2 using a solvent selected from the group consisting of water, ethylene glycol, glycerol, dimethyl sulfoxide and appropriate mixtures, preferably water, preferably with stirring during the addition of the components. More preferably, the addition of the components with stirring is carried out sequentially.

На стадии b) раствор, полученный на стадии а), нагревают в диапазоне температур от 75 до 90°C. После нагревания на стадии с) добавляют по меньшей мере одну загущающую добавку, выбранную из группы, состоящей из агар-агара, ксантановой камеди, метилцеллюлозы и аравийской камеди. Можно также вводить дополнительные добавки, например казеин. В предпочтительном варианте осуществления изобретения на стадии с) предусмотрено добавление агар-агара, ксантановой камеди и метилцеллюлозы, предпочтительно одновременное. После добавления по меньшей мере одной загущающей добавки получают гомогенный раствор предпочтительно при перемешивании.In step b) the solution obtained in step a) is heated in the temperature range from 75 to 90°C. After heating in step c), at least one thickener selected from the group consisting of agar-agar, xanthan gum, methylcellulose and gum arabic is added. You can also enter additional additives, such as casein. In a preferred embodiment of the invention, step c) provides for the addition of agar-agar, xanthan gum and methylcellulose, preferably simultaneously. After adding at least one thickening agent, a homogeneous solution is obtained, preferably with stirring.

На стадии d) гомогенный раствор, полученный на стадии с), охлаждают до температуры в диапазоне от 30 до 15°C, получая таким образом гелеобразный материал.In step d) the homogeneous solution obtained in step c) is cooled to a temperature in the range of 30 to 15° C., thus obtaining a gel-like material.

На стадии е) к гелеобразному материалу добавляют по меньшей мере одну пластифицирующую добавку, например силикон, силоксаны или карнаубский воск предпочтительно при перемешивании.In step e), at least one plasticizing agent, such as silicone, siloxanes or carnauba wax, is added to the gelled material, preferably with stirring.

Еще один вариант осуществления изобретения касается альтернативного способа получения активного материала, включающего следующие стадии:Another embodiment of the invention relates to an alternative method for obtaining an active material, comprising the following steps:

i) готовят первый раствор по меньшей мере одного кислородсодержащего соединения, выбранного из группы, состоящей из MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi2O3, Al2O3 и TiO2, с использованием растворителя, выбранного из группы, состоящей из воды, этиленгликоля, глицерина, диметилсульфоксида и соответствующих смесей;i) preparing a first solution of at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of MgO, ZnO, ZrOCl 2 , ZrO 2 , SiO 2 , Bi 2 O 3 , Al 2 O 3 and TiO 2 , using a solvent selected from a group consisting of water, ethylene glycol, glycerol, dimethyl sulfoxide and appropriate mixtures;

ii) первый раствор, полученный на стадии i), нагревают до температуры в диапазоне от 90 до 110°C;ii) the first solution obtained in step i) is heated to a temperature in the range from 90 to 110°C;

iii) гомогенный раствор, полученный на стадии ii), охлаждают до температуры в диапазоне от 50 до 30°C;iii) the homogeneous solution obtained in step ii) is cooled to a temperature in the range from 50 to 30°C;

iv) готовят второй раствор по меньшей мере одной загущающей добавки, выбранной из группы, состоящей из агар-агара, ксантановой камеди, метилцеллюлозы и аравийской камеди, с использованием растворителя, выбранного из группы, состоящей из воды, этиленгликоля, глицерина, диметилсульфоксида и соответствующих смесей;iv) preparing a second solution of at least one thickening agent selected from the group consisting of agar-agar, xanthan gum, methylcellulose and gum arabic using a solvent selected from the group consisting of water, ethylene glycol, glycerol, dimethyl sulfoxide and appropriate mixtures ;

v) второй раствор, полученный на стадии iv), нагревают при температуре в диапазоне от 90 до 120°C;v) the second solution obtained in step iv) is heated at a temperature in the range from 90 to 120°C;

vi) смешивают первый раствор с раствором, полученным на стадии v), при 45°C;vi) mixing the first solution with the solution obtained in step v) at 45°C;

vii) охлаждают гомогенный раствор, полученный на стадии vi), до температуры в диапазоне от 30 до 20°C и воздействуют на него циклами охлаждения от температуры окружающей среды до -18°C;vii) cooling the homogeneous solution obtained in step vi) to a temperature in the range of 30 to 20°C and subjecting it to cooling cycles from ambient temperature to -18°C;

viii) добавляют по меньшей мере одну пластифицирующую добавку к раствору со стадии vii) с получением таким образом гомогенного раствора материала;viii) adding at least one plasticizer to the solution from step vii) thus obtaining a homogeneous material solution;

ix) необязательно удаляют растворитель и получают желаемый активный материал, при этом размер частиц указанного по меньшей мере одного соединения на основе кислорода характеризуется средним диаметром в диапазоне от 10 нм до 40 мкм.ix) optionally removing the solvent and obtaining the desired active material, wherein the particle size of said at least one oxygen-based compound has an average diameter in the range of 10 nm to 40 µm.

- 4 041601- 4 041601

Стадии iv) и v) необязательно можно повторять перед стадией (vi) смешивания для получения третьего или более растворов с введением дополнительной загущающей добавки, выбранной из группы, состоящей из агар-агара, ксантановой камеди, метилцеллюлозы и аравийской камеди.Steps iv) and v) may optionally be repeated before mixing step (vi) to obtain a third or more solutions with an additional thickening agent selected from the group consisting of agar-agar, xanthan gum, methylcellulose and gum arabic.

Необязательные добавки, такие как казеин, можно вводить в любой из растворов, упомянутых в способе выше.Optional additives such as casein can be added to any of the solutions mentioned in the method above.

Способ по настоящему изобретению позволяет получать активный материал, имеющий вязкость в диапазоне от 5000 до 100000 сП, предпочтительно от 5000 до 40000 сП, более предпочтительно от 10000 до 20000 сП, измеренную с использованием ротационного вискозиметра Viscotester VTR5 при 20 об/мин и Т=25°С.The method of the present invention makes it possible to obtain an active material having a viscosity in the range of 5,000 to 100,000 cps, preferably 5,000 to 40,000 cps, more preferably 10,000 to 20,000 cps, measured using a Viscotester VTR5 rotational viscometer at 20 rpm and T=25 °C.

Другой вариант осуществления данного изобретения относится к генератору электрической энергии (EPG), включающему по меньшей мере два электрода, размещенных на подходящем расстоянии друг от друга. Генератор EPG включает активный материал по изобретению, расположенный между указанными по меньшей мере двумя электродами.Another embodiment of the present invention relates to an electrical power generator (EPG) comprising at least two electrodes spaced at a suitable distance from each other. The EPG generator includes an active material according to the invention located between said at least two electrodes.

Активный материал и/или соединения на основе кислорода могут быть размещены на по меньшей мере одном электроде любым подходящим способом нанесения, известным в данной области техники, например с использованием ножевого устройства, электрофореза, нанесения покрытия методом центрифугирования, чернильной печати, золь-гелевым способом, термическим распылением, набрызгиванием, с использованием плазмы и любых физических или химических способов осаждения паров.The active material and/or oxygen-based compounds can be placed on at least one electrode by any suitable application method known in the art, e.g., knife-edge, electrophoresis, spin coating, ink printing, sol-gel, thermal spraying, spraying, plasma and any physical or chemical vapor deposition methods.

Электроды изготовлены из металлов, сплавов и/или материалов на основе углерода, подобных графиту. Толщина электродов предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 до 3000 мкм, более предпочтительно от 50 до 1000 мкм, еще предпочтительнее от 300 до 600 мкм. В предпочтительном варианте осуществления генератора EPG по настоящему изобретению по меньшей мере два электрода изготовлены из Cu и Al предпочтительно в форме по существу параллельных пластин или фольги. В случае гибкого генератора EPG в качестве электродов можно рассматривать как самоподдерживающиеся гибкие материалы (из вышеперечисленных материалов), так и металлизированные полимеры.The electrodes are made from metals, alloys and/or carbon-based materials like graphite. The thickness of the electrodes is preferably in the range of 0.1 to 3000 µm, more preferably 50 to 1000 µm, even more preferably 300 to 600 µm. In a preferred embodiment of the EPG generator of the present invention, at least two electrodes are made of Cu and Al, preferably in the form of substantially parallel plates or foils. In the case of a flexible EPG generator, both self-supporting flexible materials (from the above materials) and metallized polymers can be considered as electrodes.

В предпочтительном варианте осуществления генератора EPG 1, схематически изображенного на фиг. 1, по меньшей мере два электрода имеют форму пластин. Две пластины 10 расположены по существу параллельно друг другу так, что они задают промежуток, заполненный активным материалом 20 по изобретению в соответствии с сэндвичевой структурой. Расстояние между пластинами 10 непосредственно зависит от желаемой толщины подлежащего нанесению активного материала.In the preferred embodiment of the EPG 1, shown schematically in FIG. 1, at least two of the electrodes are in the form of plates. The two plates 10 are arranged substantially parallel to each other so that they define a gap filled with the active material 20 of the invention in accordance with the sandwich structure. The distance between the plates 10 depends directly on the desired thickness of the active material to be applied.

Форма электродов не ограничивается. Например, в альтернативном варианте осуществления генератор EPG мог бы включать два коаксиальных цилиндрических электрода, которые ограничивают кольцевое пространство, заполненное активным материалом по изобретению. Согласно изобретению генератор EPG мог бы включать больше двух электродов, при этом два соседних электрода ограничивают промежуток, заполненный активным материалом.The shape of the electrodes is not limited. For example, in an alternative embodiment, the EPG generator could include two coaxial cylindrical electrodes that define an annulus filled with the active material of the invention. According to the invention, the EPG generator could include more than two electrodes, with two adjacent electrodes defining a gap filled with active material.

Согласно предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере два электрода изготовлены из разных материалов, предпочтительно из Cu и Al. По меньшей мере два электрода предпочтительно подвергаются очистке и травлению перед использованием в генераторе электрической энергии по изобретению.According to a preferred embodiment, the at least two electrodes are made of different materials, preferably Cu and Al. The at least two electrodes are preferably cleaned and etched before being used in the electrical power generator of the invention.

Активный материал предпочтительно наносят на электрод путем осаждения активного материала слоем толщиной от 100 нм до 5 мм. К настоящему моменту наилучшие результаты с использованием нагрузки 100 Ом наблюдали при толщине 2 мм. С другой стороны, оптимальная толщина меняется в зависимости от энергии, требуемой от устройства.The active material is preferably deposited on the electrode by depositing the active material in a layer of 100 nm to 5 mm thick. So far, the best results using a 100 ohm load have been observed with a thickness of 2 mm. On the other hand, the optimum thickness varies depending on the energy required from the device.

Активный материал можно наносить на поверхность электрода с использованием ножевого устройства или аналогичным способом. Сразу же после комплектования генератора активным материалом, заключенным между по меньшей мере двух электродов, генератор EPG предпочтительно подвергают операции нагрева, более предпочтительно при температуре около 80°C, с целью получения твердой сэндвичевой структуры.The active material can be applied to the surface of the electrode using a blade device or the like. Immediately after the generator is completed with active material sandwiched between at least two electrodes, the EPG generator is preferably subjected to a heating operation, more preferably at a temperature of about 80°C, in order to obtain a solid sandwich structure.

Дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения относится к модулю генератора энергии (PGM), включающему множество генераторов EPG, соединенных последовательно или параллельно. В связи с этим на фиг. 1А показана цепь, включающая модуль PGM, в котором два генератора EPG соединены параллельно, в то время как на фиг. 1В представлена цепь, включающая модуль PGM, имеющий два генератора EPG, соединенных последовательно. Обе цепи фиг. 1А и 1В включают сопротивление нагрузки RL. Напряжение относительно модуля PGM можно отслеживать, например, при подсоединении гальваностата параллельно сопротивлению нагрузки RL.An additional embodiment of the present invention relates to a power generator module (PGM) comprising a plurality of EPGs connected in series or in parallel. In this regard, in FIG. 1A shows a circuit including a PGM module in which two EPGs are connected in parallel, while FIG. 1B shows a circuit including a PGM module having two EPGs connected in series. Both circuits in Fig. 1A and 1B include a load resistance R L . The voltage relative to the PGM can be monitored, for example, by connecting a galvanostat in parallel with the load resistance R L .

В рамках еще одного дополнительного варианта осуществления изобретения авторы настоящего изобретения полагают, что предлагаемый активный материал можно обоснованно включать в состав смеси общепринятых активных материалов, предназначенных для изготовления традиционно используемых конденсаторов.As part of another additional embodiment of the invention, the authors of the present invention believe that the proposed active material can reasonably be included in the composition of a mixture of conventional active materials intended for the manufacture of conventionally used capacitors.

С учетом вышесказанного, еще один вариант осуществления настоящего изобретения касается применения активного материала по изобретению для изготовления конденсаторов.In view of the foregoing, another embodiment of the present invention relates to the use of the active material of the invention for the manufacture of capacitors.

С точки зрения свойств, демонстрируемых активным материалом по изобретению, еще один допол- 5 041601 нительный вариант осуществления настоящего изобретения относится к применению активного материала в качестве диэлектрического материала.In terms of the properties exhibited by the active material of the invention, yet another further embodiment of the present invention relates to the use of the active material as a dielectric material.

Как будет видно из следующей ниже экспериментальной части, генератор EPG по изобретению способен вырабатывать ток сразу же после его сборки, таким образом, представляя собой устройство, отличающееся от традиционного конденсатора. Кроме того, неожиданно оказалось, что показатели генератора EPG изобретения сильно зависят от температуры, т.е. разность потенциалов увеличивается с температурой. В частности, по сравнению с традиционными генераторами энергии предшествующего уровня техники генератор EPG по изобретению не требует градиента температур. Действительно генератор электрической энергии по изобретению способен преобразовывать часть тепловой энергии в электрическую энергию даже в изотермических условиях. Более конкретно и предпочтительно ток, выдаваемый генератором электрической энергии по изобретению, увеличивался с множителем 6-10 при повышении температуры от 20 до 80°C.As will be seen from the following experimental part, the EPG generator according to the invention is able to generate current immediately after its assembly, thus representing a device different from the traditional capacitor. In addition, unexpectedly, the performance of the EPG generator of the invention is highly dependent on temperature, i. the potential difference increases with temperature. In particular, compared to conventional prior art power generators, the EPG generator of the invention does not require a temperature gradient. Indeed, the electrical energy generator according to the invention is capable of converting part of the thermal energy into electrical energy even under isothermal conditions. More specifically and preferably, the current supplied by the electrical power generator of the invention increased by a factor of 6-10 as the temperature increased from 20 to 80°C.

Кроме того, как тоже будет видно из следующей ниже экспериментальной части, генератор EPG способен питать конденсатор, включенный в подходящую электрическую цепь. В частности, такая цепь включает в себя генератор EPG по изобретению, конденсатор, резистор и переключатель.In addition, as will also be seen from the following experimental part below, the EPG generator is capable of feeding a capacitor included in a suitable electrical circuit. In particular, such a circuit includes an EPG generator according to the invention, a capacitor, a resistor, and a switch.

В первом состоянии переключатель соединяет упомянутый конденсатор последовательно с указанным генератором EPG так, чтобы зарядить конденсатор до равновесного напряжения. Когда переключатель находится во втором состоянии, он соединяет конденсатор последовательно с резистором для разрядки конденсатора. В последнем состоянии генератор EPG электрически изолирован. Когда переключатель возвращается в первое состояние, генератор EPG готов снова заряжать конденсатор для последующего цикла зарядки-разрядки.In the first state, the switch connects said capacitor in series with said EPG so as to charge the capacitor to an equilibrium voltage. When the switch is in its second state, it connects a capacitor in series with a resistor to discharge the capacitor. In the latter state, the EPG is electrically isolated. When the switch returns to the first state, the EPG is ready to charge the capacitor again for the next charge-discharge cycle.

Предпочтительно, чтобы в упомянутой выше электрической цепи генератор EPG можно было заменять модулем PGM.Preferably, in the electrical circuit mentioned above, the EPG can be replaced by a PGM.

Настоящее изобретение далее будет проиллюстрировано некоторыми неограничивающими примерами активного материала и генератора электрической энергии по изобретению.The present invention will be further illustrated by some non-limiting examples of the active material and the electric power generator of the invention.

ПримерыExamples

Пример 1. Получение активного материала по изобретению.Example 1 Preparation of the active material according to the invention.

С целью получения активного материала использовали следующие ниже компоненты в соответственных количествах, указанных в приведенной далее табл. 1. Размер частиц соединений на основе кислорода (MgO, ZnO, ZrO2) характеризовался средним диаметром в диапазоне от 10 нм до 40 мкм, предпочтительно в диапазоне 1-10 мкм, более предпочтительно 2-5 мкм, как предлагается фирмой SigmaAldrich. Получение осуществляли с использованием всех упомянутых выше диапазонов среднего диаметра частиц и в соответствии с одной и той же процедурой.In order to obtain the active material, the following components were used in the respective amounts indicated in the following table. 1. The particle size of the oxygen-based compounds (MgO, ZnO, ZrO 2 ) has an average diameter in the range of 10 nm to 40 µm, preferably in the range of 1-10 µm, more preferably 2-5 µm, as suggested by SigmaAldrich. The production was carried out using all the above ranges of average particle diameter and in accordance with the same procedure.

Таблица 1Table 1

Компоненты Components Количество Quantity 1. Деминерализованная Н2О1. Demineralized H 2 O 60-90% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 60-90% May. in relation to the total mass of components 1-7 2. MgO 2. MgO Кислородсодержащее соединение oxygenated compound 5-20% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 5-20% May. in relation to the total mass of components 1-7 3. ZnO 3. ZnO Кислородсодержащее соединение oxygenated compound 1-7% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 1-7% May. in relation to the total mass of components 1-7 4. ZrO2 4.ZrO2 Кислородсодержащее соединение oxygenated compound 0,1-5% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-5% May. in relation to the total mass of components 1-7 5. Агар-агар 5. Agar-agar Загущающая добавка thickening additive 0,1-3,5% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-3.5% May. in relation to the total mass of components 1-7 6. Ксантановая камедь 6. Xanthan gum Загущающая добавка thickening additive 0,1-2% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-2% May. in relation to the total mass of components 1-7 7. Метилцеллюлоза 7. Methylcellulose Загущающая добавка thickening additive 0,1-2% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-2% May. in relation to the total mass of components 1-7 8. Силикон 8. Silicone Пластифицирующая добавка Plasticizing additive 20-60% мае. по отношению к общей массе гелеобразного материала, полученного после стадии d) 20-60% May. relative to the total weight of the gel-like material obtained after step d)

В химический стакан наливали деминерализованную воду и устанавливали перемешивание со скоростью в диапазоне от 200 до 400 об/мин. Используемая мешалка представляла собой устройство AREX 630W фирмы VELP SCIENTIFICA. В химический стакан последовательно добавляли MgO, ZnO и ZrO2 с периодом ожидания 5 мин после добавления каждого компонента. Получали конечный однородный водный раствор. Затем раствор нагревали до температуры в диапазоне от 80 до 90°C. Одновременно добавляли компоненты: агар-агар, ксантановую камедь и метилцеллюлозу и продолжали перемешивание вручную до получения однородного раствора. Затем последний оставляли охлаждаться до температуры окружающей среды при Т в диапазоне от 15 до 30°C при перемешивании вручную. Получали гелеобразный материал. Затем добавляли силикон и перемешивали продукт вручную до образования однородного активного материала.Demineralized water was poured into the beaker and stirring was set at a speed ranging from 200 to 400 rpm. The stirrer used was an AREX 630W from VELP SCIENTIFICA. MgO, ZnO and ZrO 2 were sequentially added to the beaker with a waiting period of 5 min after addition of each component. Received the final homogeneous aqueous solution. Then the solution was heated to a temperature in the range from 80 to 90°C. At the same time, the following components were added: agar-agar, xanthan gum and methylcellulose, and mixing was continued by hand until a homogeneous solution was obtained. Then the latter was left to cool to ambient temperature at T in the range from 15 to 30°C with stirring by hand. Received gel-like material. The silicone was then added and the product was mixed by hand until a homogeneous active material was formed.

Не связывая себя какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что флюсование с использованием различных выбранных газообразных частиц в ходе процедуры смешивания могло по- 6 041601 вышать конечные характеристики получаемого таким образом генератора EPG по показателю напряжения НРЦ в ряду N2>Воздух (влажный)>Воздух (сухой)>О2 (сухой)>СО2 (сухой).Without wishing to be bound by any theory, the present inventors believe that fluxing with various selected gaseous particles during the mixing procedure could improve the final performance of the thus obtained EPG generator in terms of NRC voltage in the series N 2 > Air (wet )> Air (dry)> O 2 (dry)> CO 2 (dry).

Пример 2. Получение активного материала по изобретению.Example 2 Preparation of the active material according to the invention.

С целью получения активного материала использовали следующие ниже компоненты в соответственных количествах, указанных в приведенной далее табл. 2. Размер частиц соединений на основе кислорода (MgO, ZnO, ZrO2) характеризовался средним диаметром в диапазоне 10-200 нм, предпочтительно в диапазоне 15-100 нм, более предпочтительно 20-40 нм, как предлагается фирмой US Research Nanomaterials, Inc. Получение осуществляли с использованием всех упомянутых выше диапазонов среднего диаметра частиц и в соответствии с одной и той же процедурой.In order to obtain the active material, the following components were used in the respective amounts indicated in the following table. 2. The particle size of oxygen-based compounds (MgO, ZnO, ZrO 2 ) has an average diameter in the range of 10-200 nm, preferably in the range of 15-100 nm, more preferably 20-40 nm, as proposed by US Research Nanomaterials, Inc. The production was carried out using all the above ranges of average particle diameter and in accordance with the same procedure.

Таблица 2table 2

Компоненты Components Количество Quantity 1. Деминерализованная Н2О1. Demineralized H 2 O 60-90% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 60-90% May. in relation to the total mass of components 1-7 2. MgO 2. MgO Кислородсодержащее соединение oxygenated compound 5-20% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 5-20% May. in relation to the total mass of components 1-7 3. ZnO 3. ZnO Кислородсодержащее соединение oxygenated compound 1-7% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 1-7% May. in relation to the total mass of components 1-7 4. ZrO2 4.ZrO2 Кислородсодержащее соединение oxygenated compound 0,1-5% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-5% May. in relation to the total mass of components 1-7 5. Агар-агар 5. Agar-agar Загущающая добавка thickening additive 0,1-3,5% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-3.5% May. in relation to the total mass of components 1-7 6. Ксантановая камедь 6. Xanthan gum Загущающая добавка thickening additive 0,1-2% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-2% May. in relation to the total mass of components 1-7 7. Метилцеллюлоза 7. Methylcellulose Загущающая добавка thickening additive 0,1-2% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-2% May. in relation to the total mass of components 1-7 8. Силикон 8. Silicone Пластифицирующая добавка Plasticizing additive 20-60% мае. по отношению к общей массе гелеобразного материала, полученного после стадии d) 20-60% May. relative to the total weight of the gel-like material obtained after step d)

В химический стакан наливали деминерализованную воду и устанавливали перемешивание со скоростью в диапазоне от 200 до 400 об/мин. Используемая мешалка представляла собой устройство AREX 630W фирмы VELP SCIENTIFICA. В химический стакан последовательно добавляли MgO, ZnO и ZrO2 с периодом ожидания 5 мин после добавления каждого компонента. Получали конечный однородный водный раствор. Затем раствор нагревали до температуры в диапазоне от 80 до 90°C. Одновременно добавляли компоненты: агар-агар, ксантановую камедь и метилцеллюлозу и продолжали перемешивание вручную до получения однородного раствора. Затем последний оставляли охлаждаться до температуры окружающей среды при Т в диапазоне от 15 до 30°C при перемешивании вручную. Получали гелеобразный материал. Затем добавляли силикон и перемешивали продукт вручную до образования однородного активного материала.Demineralized water was poured into the beaker and stirring was set at a speed ranging from 200 to 400 rpm. The stirrer used was an AREX 630W from VELP SCIENTIFICA. MgO, ZnO and ZrO 2 were sequentially added to the beaker with a waiting period of 5 min after addition of each component. Received the final homogeneous aqueous solution. Then the solution was heated to a temperature in the range from 80 to 90°C. At the same time, the following components were added: agar-agar, xanthan gum and methylcellulose, and mixing was continued by hand until a homogeneous solution was obtained. Then the latter was left to cool to ambient temperature at T in the range from 15 to 30°C with stirring by hand. Received gel-like material. The silicone was then added and the product was mixed by hand until a homogeneous active material was formed.

Не связывая себя какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что флюсование с использованием различных выбранных газообразных частиц в ходе процедуры смешивания могло повышать конечные характеристики получаемого таким образом генератора EPG по показателю напряжения НРЦ в ряду N2>Воздух (влажный)>Воздух (сухой)>02 (сухой)>СО2 (сухой).Without wishing to be bound by any theory, the present inventors believe that fluxing with various selected gaseous particles during the mixing procedure could improve the final performance of the thus obtained EPG in terms of NRC voltage in the series N 2 >Air (wet)>Air ( dry)>0 2 (dry)>CO 2 (dry).

Пример 3. Получение активного материала по изобретению и изготовление генератора электрической энергии (EPG).Example 3 Preparation of the active material according to the invention and manufacture of an electric power generator (EPG).

С целью получения активного материала использовали следующие ниже компоненты в соответственных количествах, указанных в приведенной далее табл. 3.In order to obtain the active material, the following components were used in the respective amounts indicated in the following table. 3.

Порошок MgO характеризовался средним диаметром частиц от 10 нм до 40 мкм, предпочтительно в диапазоне 1-10 мкм, более предпочтительно 2-5 мкм, как предлагается фирмой Sigma-Aldrich. Получение осуществляли с использованием всех упомянутых выше диапазонов среднего диаметра частиц и в соответствии с одной и той же процедурой.The MgO powder has an average particle diameter of 10 nm to 40 µm, preferably in the range of 1-10 µm, more preferably 2-5 µm, as proposed by Sigma-Aldrich. The production was carried out using all the above ranges of average particle diameter and in accordance with the same procedure.

Таблица 3Table 3

Компоненты Components Количество Quantity 1. Деминерализованная Н2О1. Demineralized H 2 O 60-90% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 60-90% May. in relation to the total mass of components 1-7 2. MgO 2. MgO Кислородсодержащее соединение oxygenated compound 3-20% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 3-20% May. in relation to the total mass of components 1-7 3. Казеин 3. Casein Присадка для координирования воды Additive for water coordination 0,1-20% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-20% May. in relation to the total mass of components 1-7 4. Аравийская камедь 4. Arabic gum Загущающая добавка thickening additive 0,1-5% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-5% May. in relation to the total mass of components 1-7

- 7 041601- 7 041601

5.Агар-агар 5.Agar-agar Загущающая добавка thickening additive 0,1-8% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-8% May. in relation to the total mass of components 1-7 6. Ксантановая камедь 6. Xanthan gum Загущающая добавка thickening additive 0,1-4% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-4% May. in relation to the total mass of components 1-7 7. Метилцеллюлоза 7. Methylcellulose Загущающая добавка thickening additive 0,1-4% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-4% May. in relation to the total mass of components 1-7 8. Силикон 8. Silicone Пластифицирующая добавка Plasticizing additive 20-60% мае. по отношению к общей массе гелеобразного материала 20-60% May. in relation to the total mass of the gel-like material

Далее в настоящем документе приводится подробное описание процедуры выполнения операций с учетом промежуточного количества каждого химического вещества, приведенного в табл. 3.Further in this document, a detailed description of the procedure for performing operations, taking into account the intermediate amount of each chemical, is given in table. 3.

Раствор 1 готовили с использованием ингредиентов, указанных в следующей ниже табл. 4.Solution 1 was prepared using the ingredients listed in the following table. 4.

Таблица 4 ____________Ингредиенты раствора 1____________Table 4 ____________Ingredients of solution 1____________

Химическое вещество Chemical substance Количество [г] Quantity [g] MgO MgO 150 150 Казеин Casein 150 150 Деминерализованная вода Demineralized water 1500 1500

MgO и казеин, указанные в табл. 4, смешивали при температуре окружающей среды до достижения однородного распределения двух веществ в твердом состоянии. После этого добавляли деминерализованную воду и нагревали раствор до 100°C в течение периода времени, варьирующегося от 20 до 40 мин. В ходе указанной процедуры раствор перемешивали для обеспечения полной и надлежащей гомогенизации. По достижении температуры 100°C раствор поддерживали при данной температуре в течение 5-10 мин. Затем раствор постепенно охлаждали до 40°C.MgO and casein listed in the table. 4 was mixed at ambient temperature until a homogeneous distribution of the two substances in the solid state was achieved. Thereafter, demineralized water was added and the solution was heated to 100° C. for a period of time varying from 20 to 40 minutes. During this procedure, the solution was stirred to ensure complete and proper homogenization. Upon reaching a temperature of 100°C, the solution was maintained at this temperature for 5-10 min. Then the solution was gradually cooled to 40°C.

Раствор 2 готовили с использованием ингредиентов, указанных в табл. 5.Solution 2 was prepared using the ingredients listed in table. 5.

Таблица 5Table 5

Ингредиенты раствора 2Solution Ingredients 2

Химическое вещество Chemical substance Количество [г] Quantity [g] Камедь аравийская gum arabic 50 50 Деминерализованная вода Demineralized water 500 500

Раствор 2 нагревали до 120°C, пока аравийская камедь полностью не растворялась. После этого раствор охлаждали до 90°C для добавления агар-агара. Получали раствор 2b, ингредиенты которого приведены в табл. 6.Solution 2 was heated to 120° C. until the arabic gum was completely dissolved. After that, the solution was cooled to 90°C to add agar-agar. Received solution 2b, the ingredients of which are given in table. 6.

Таблица 6Table 6

Ингредиенты раствора 2bSolution Ingredients 2b

Химическое вещество Chemical substance Количество [г] Quantity [g] Камедь аравийская gum arabic 50 50 Деминерализованная вода Demineralized water 500 500 Агар-агар agar agar 100 100

Затем раствор 1, находящийся при 40°C, смешивали с раствором 2b, находящимся при 90°C, получая таким образом раствор 3 (ингредиенты которого приведены в табл. 7).Then solution 1 at 40°C was mixed with solution 2b at 90°C, thus obtaining solution 3 (whose ingredients are shown in Table 7).

Таблица 7 ____________Ингредиенты раствора 3_____________Table 7 ____________Ingredients of solution 3_____________

Химическое вещество Chemical substance Температура [°C] Temperature [°C] Раствор 1 Solution 1 40 40 Раствор 2Ь Solution 2b 90 90

Раствор 3 перемешивали с целью смешивания двух растворов надлежащим образом. Указанную смесь поддерживали при температуре 45°C с целью исключения явлений гелеобразования.Solution 3 was stirred to mix the two solutions properly. The specified mixture was maintained at a temperature of 45°C in order to eliminate the phenomenon of gelation.

К раствору 3 добавляли метилцеллюлозу и ксантановую камедь, получая таким образом раствор 4, ингредиенты которого приведены в табл. 8a.Methylcellulose and xanthan gum were added to solution 3, thus obtaining solution 4, the ingredients of which are given in table. 8a.

Таблица 8aTable 8a

Ингредиенты раствора 4____________Solution Ingredients 4____________

Химическое вещество Chemical substance Количество [г] Quantity [g] MgO MgO 150 150 Казеин Casein 150 150 Деминерализованная вода Demineralized water 2000 2000 Камедь аравийская gum arabic 50 50 Агар-агар agar agar 100 100 Метилцеллюлоза Methylcellulose 30 thirty Ксантановая камедь xanthan gum 20 20

Указанный раствор 4 перемешивали минимум в течение 15 мин. После этого раствор 4 охлаждали до температуры окружающей среды в течение минимального периода времени, равного 4 ч, устраняя таким образом воздействие перемешивания любого рода.This solution 4 was stirred for a minimum of 15 minutes. Thereafter, solution 4 was cooled to ambient temperature over a minimum period of 4 hours, thus eliminating the effect of agitation of any kind.

Сразу по достижении температуры 25°C раствор 4 подвергали воздействию циклов охлаждения, начиная от температуры окружающей среды и до -18°C. Немедленно по достижении указанной температуры раствор 4 стабилизировали и поддерживали при 4°C. После этого раствор 4 взвешивали и добавлялиImmediately upon reaching a temperature of 25°C solution 4 was subjected to cooling cycles ranging from ambient temperature to -18°C. Immediately upon reaching the indicated temperature, solution 4 was stabilized and maintained at 4°C. After that, solution 4 was weighed and added

- 8 041601 силикон в количестве 50% от массы раствора, а также осуществляли перемешивание вручную с целью достижения однородного распределения пластификатора. Получали раствор 5, описанный в табл. 8b.- 8 041601 silicone in the amount of 50% by weight of the solution, and also carried out mixing by hand in order to achieve a uniform distribution of the plasticizer. Received solution 5, described in table. 8b.

Таблица 8bTable 8b

Ингредиенты раствора 5Solution Ingredients 5

Химическое вещество Chemical substance Количество [г] Quantity [g] MgO MgO 150 150 Казеин Casein 150 150 Деминерализованная вода Demineralized water 2000 2000 Камедь аравийская gum arabic 50 50 Агар-агар agar agar 100 100 Метилцеллюлоза Methylcellulose 30 thirty Ксантановая камедь xanthan gum 20 20 Силикон Silicone 1250 1250

Раствор 5 использовали непосредственно для изготовления генератора электрической энергии.Solution 5 was used directly for the manufacture of an electric power generator.

В химический стакан, содержащий раствор 5 (табл. 8b), погружали две алюминиевые пластины (10x10 см) на расстоянии 1 см между ними. Пластины подсоединяли к генератору мощностью 150 Вт, который подает напряжение 30 В. Приложенную разность потенциалов поддерживали до тех пор, пока ток не достигал значения ниже 30% исходной величины (5 А в идеальном случае), после чего генератор отключали. Указанная процедура позволяла получать равномерный и однородный слой активного материала на алюминиевой пластине, соединенной с положительным полюсом. После этого указанную пластину охлаждали до -18°C в течение 1 ч, а затем поддерживали при 4°C в течение 1 ч.Two aluminum plates (10x10 cm) were immersed in a beaker containing solution 5 (Table 8b) at a distance of 1 cm between them. The plates were connected to a 150 W generator which supplied a voltage of 30 V. The applied potential difference was maintained until the current was below 30% of the original value (5 A ideally), after which the generator was switched off. This procedure made it possible to obtain a uniform and homogeneous layer of active material on an aluminum plate connected to the positive pole. Thereafter, said plate was cooled to -18°C for 1 hour and then maintained at 4°C for 1 hour.

С целью удаления остаточной воды пластину нагревали в печи при 80°C. После осуществления данной стадии компоновали генератор EPG путем добавления медной пластины к алюминиевой пластине, обработанной, как описано выше. Поддерживая генератор EPG при температуре окружающей среды, воздействовали на него небольшим давлением с целью способствования адгезии между каждой из пла стин и активным материалом.In order to remove residual water, the plate was heated in an oven at 80°C. After this step, the EPG generator was assembled by adding a copper plate to an aluminum plate treated as described above. While maintaining the EPG generator at ambient temperature, a slight pressure was applied to it in order to promote adhesion between each of the plates and the active material.

Ту же процедуру изготовления выполняли с использованием порошков из наночастиц оксидов со средним диаметром в диапазоне 10-200 нм, предпочтительно в диапазоне 15-100 нм, более предпочтительно 20-40 нм, как предлагается фирмой US Research Nanomaterials, Inc.The same fabrication procedure was performed using powders of oxide nanoparticles with an average diameter in the range of 10-200 nm, preferably in the range of 15-100 nm, more preferably 20-40 nm, as proposed by US Research Nanomaterials, Inc.

He связывая себя какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что флюсование с использованием различных выбранных газообразных частиц в ходе процедуры смешивания могло повышать конечные характеристики получаемого таким образом генератора EPG по показателю напряжения НРЦ в ряду Ы2>Воздух (влажный)>Воздух (сухой)>О2 (сухой)>СО2 (сухой).Without wishing to be bound by any theory, the present inventors believe that fluxing with various selected gaseous particles during the mixing procedure could improve the final performance of the thus obtained EPG generator in terms of NRC voltage in the series N 2 >Air (wet)>Air ( dry)>O 2 (dry)>CO 2 (dry).

Пример 4. Получение активного материала изобретения и изготовление генератора электрической энергии (EPG).Example 4 Preparation of the active material of the invention and manufacture of an electric power generator (EPG).

С целью получения сухого активного материала использовали следующие ниже компоненты в соответственных количествах, указанных в приведенной далее табл. 9.In order to obtain a dry active material, the following components were used in the respective amounts indicated in the following table. 9.

Порошок MgO характеризовался средним диаметром частиц от 10 нм до 40 мкм, предпочтительно в диапазоне 1-10 мкм, более предпочтительно 2-5 мкм, как предлагается фирмой Sigma-Aldrich. Получение осуществляли с использованием всех упомянутых выше диапазонов среднего диаметра частиц и в соответствии с одной и той же процедурой.The MgO powder has an average particle diameter of 10 nm to 40 µm, preferably in the range of 1-10 µm, more preferably 2-5 µm, as proposed by Sigma-Aldrich. The production was carried out using all the above ranges of average particle diameter and in accordance with the same procedure.

Таблица 9Table 9

Ингредиенты примера 3Example 3 Ingredients

Компоненты Components Количество Quantity 1. Деминерализованная Н2О1. Demineralized H 2 O 60-90% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 60-90% May. in relation to the total mass of components 1-7 2. MgO 2. MgO Кислородсодержащее соединение oxygenated compound 4-20% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 4-20% May. in relation to the total mass of components 1-7 3. Казеин 3. Casein Присадка для координирования воды Additive for water coordination 0,1-20% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-20% May. in relation to the total mass of components 1-7 4. Камедь аравийская 4. Gum arabic Загущающая добавка thickening additive 0,1-5% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-5% May. in relation to the total mass of components 1-7 5. Агар-агар 5. Agar-agar Загущающая добавка thickening additive 0,1-8% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-8% May. in relation to the total mass of components 1-7 6. Ксантановая камедь 6. Xanthan gum Загущающая добавка thickening additive 0,1-4% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-4% May. in relation to the total mass of components 1-7 7. Метилцеллюлоза 7. Methylcellulose Загущающая добавка thickening additive 0,1-4% мае. по отношению к общей массе компонентов 1-7 0.1-4% May. in relation to the total mass of components 1-7 8. Карнаубский воск 8. Carnauba Wax Пластифицирующая добавка Plasticizing additive 15-50% мае. по отношению к общей массе гелеобразного материала 15-50% May. in relation to the total mass of the gel-like material

Далее в настоящем документе приводится подробное описание процедуры выполнения операций с учетом промежуточного количества каждого химического вещества, приведенного в таблице.Further in this document, a detailed description of the procedure for performing operations is given, taking into account the intermediate amount of each chemical listed in the table.

Раствор 1 готовили с использованием ингредиентов, указанных в табл. 10.Solution 1 was prepared using the ingredients listed in table. 10.

- 9 041601- 9 041601

Таблица 10Table 10

Ингредиенты раствора 1Solution Ingredients 1

Химическое вещество Chemical substance Количество [г] Quantity [g] MgO MgO 150 150 Казеин Casein 150 150 Деминерализованная вода Demineralized water 1500 1500

MgO и казеин смешивали при температуре окружающей среды до достижения однородного распределения двух веществ в твердом состоянии. Затем добавляли деминерализованную воду и нагревали раствор до 100°C в течение периода времени, варьирующегося от 20 до 40 мин. В ходе указанной процедуры раствор перемешивали для обеспечения полной и надлежащей гомогенизации. По достижении температуры 100°C раствор поддерживали при данной температуре в течение 5-10 мин. Раствор постепенно охлаждали до 40°C.MgO and casein were mixed at ambient temperature until a homogeneous distribution of the two substances in the solid state. Then demineralized water was added and the solution was heated to 100° C. for a period of time varying from 20 to 40 minutes. During this procedure, the solution was stirred to ensure complete and proper homogenization. Upon reaching a temperature of 100°C, the solution was maintained at this temperature for 5-10 min. The solution was gradually cooled to 40°C.

Раствор 2 готовили с использованием ингредиентов, приведенных в табл. 11.Solution 2 was prepared using the ingredients listed in table. eleven.

Таблица 11Table 11

Ингредиенты раствора 2Solution Ingredients 2

Химическое вещество Chemical substance Количество [г] Quantity [g] Аравийская камедь Arabic gum 50 50 Деминерализованная вода Demineralized water 500 500

Раствор 2 нагревали до 120°C, пока аравийская камедь полностью не растворялась. После этого раствор охлаждали до 90° для добавления агар-агара. Таким образом получали раствор 2b, указанный в табл. 12.Solution 2 was heated to 120° C. until the arabic gum was completely dissolved. After that, the solution was cooled to 90° to add agar-agar. Thus received a solution of 2b, listed in the table. 12.

Таблица 12Table 12

Ингредиенты раствора 2b_____________Solution Ingredients 2b_____________

Химическое вещество Chemical substance Количество [г] Quantity [g] Камедь аравийская gum arabic 50 50 Деминерализованная вода Demineralized water 500 500 Агар-агар agar agar 100 100

Раствор 1, находящийся при 40°C, смешивали с раствором 2b, находящимся при 90°C, получая таким образом раствор 3 (указанный в табл. 13).Solution 1 at 40°C was mixed with solution 2b at 90°C, thus obtaining solution 3 (listed in Table 13).

Таблица 13Table 13

Ингредиенты раствора 3Solution Ingredients 3

Химическое вещество Chemical substance Температура [°C] Temperature [°C] Раствор 1 Solution 1 40 40 Раствор 2Ь Solution 2b 90 90

Раствор 3 перемешивали с целью смешивания двух растворов надлежащим образом. Указанную смесь поддерживали при температуре 45°C с целью исключения явлений гелеобразования.Solution 3 was stirred to mix the two solutions properly. The specified mixture was maintained at a temperature of 45°C in order to eliminate the phenomenon of gelation.

Затем к раствору 3 добавляли метилцеллюлозу и ксантановую камедь, получая таким образом раствор 4.Then methyl cellulose and xanthan gum were added to solution 3, thus obtaining solution 4.

Таблица 14Table 14

Ингредиенты раствора 4Solution Ingredients 4

Химическое вещество Chemical substance Количество [г] Quantity [g] MgO MgO 150 150 Казеин Casein 150 150 Деминерализованная вода Demineralized water 2000 2000 Камедь аравийская gum arabic 50 50 Агар-агар agar agar 100 100 Метилцеллюлоза Methylcellulose 30 thirty Ксантановая камедь xanthan gum 20 20

Раствор 4 (указанный в табл. 14) перемешивали минимум в течение 15 мин. После этого раствор 4 охлаждали до температуры окружающей среды в течение минимального периода времени, равного 4 ч, устраняя воздействие перемешивания любого рода.Solution 4 (listed in Table 14) was stirred for a minimum of 15 minutes. Thereafter, solution 4 was cooled to ambient temperature over a minimum period of 4 hours, eliminating the effects of agitation of any kind.

Сразу по достижении температуры 25°C раствор 4 подвергали воздействию циклов охлаждения, начиная от температуры окружающей среды и до -18°C. По достижении указанной температуры раствор 4 стабилизировали и поддерживали при 4°C. После этого раствор 4 поддерживали при температуре окружающей среды в течение 24 ч.Immediately upon reaching a temperature of 25°C solution 4 was subjected to cooling cycles ranging from ambient temperature to -18°C. Upon reaching the indicated temperature, solution 4 was stabilized and maintained at 4°C. After that, solution 4 was maintained at ambient temperature for 24 h.

Для получения раствора 5 (табл. 15) к раствору 4 при температуре окружающей среды добавляли раздробленный надлежащим образом карнаубский воск в количестве 25 мас.% по отношению к массе раствора 4.To obtain solution 5 (Table 15), properly crushed carnauba wax was added to solution 4 at ambient temperature in an amount of 25 wt.% relative to the mass of solution 4.

- 10 041601- 10 041601

Таблица 15Table 15

Ингредиенты раствора 5Solution Ingredients 5

Химическое вещество Chemical substance Количество [г] Quantity [g] MgO MgO 150 150 Казеин Casein 150 150 Деминерализованная вода Demineralized water 2000 2000 Камедь аравийская gum arabic 50 50 Агар-агар agar agar 100 100 Метилцеллюлоза Methylcellulose 30 thirty Ксантановая камедь xanthan gum 20 20 Карнаубский воск carnauba wax 625 625

Раствор 5 (табл. 15) нагревали до 78°C путем перемешивания и с использованием ультразвука. Как только раствор становился гомогенным, раствор 6 наливали на алюминиевую пластину, тоже нагреваемую при 78°C. После осуществления данной стадии алюминиевую пластину погружали в химический стакан, содержащий диметилсульфоксид (ДМСО), с целью удаления остающейся воды.Solution 5 (table. 15) was heated to 78°C by stirring and using ultrasound. As soon as the solution became homogeneous, solution 6 was poured onto an aluminum plate, also heated at 78°C. After this step, the aluminum plate was immersed in a beaker containing dimethyl sulfoxide (DMSO) to remove the remaining water.

Поддерживая постоянную температуру 78°C, компоновали генератор EPG, приводя медную пластину в контакт с активным материалом.Maintaining a constant temperature of 78°C, the EPG generator was assembled by bringing the copper plate into contact with the active material.

На данной ступени к генератору EPG прилагали разность потенциалов, равную 30 В, в течение разных периодов времени в зависимости от температуры:At this stage, a potential difference of 30 V was applied to the EPG generator for different periods of time depending on the temperature:

мин при Т=78°С;min at T=78°C;

мин при Т=7О°С;min at T=7O°C;

мин при Т=6О°С;min at T=6O°C;

мин при Т=5О°С;min at T=5O°C;

мин при Т=4О°С;min at T=4O°C;

мин при Т=ЗО°С;min at T=30°C;

мин при Т=25°С;min at T=25°C;

мин при T=-18°C.min at T=-18°C.

Ту же процедуру изготовления выполняли с использованием порошков из наночастиц оксидов со средним диаметром в диапазоне 10-200 нм, предпочтительно в диапазоне 15-100 нм, более предпочтительно 20-40 нм, как предлагается фирмой US Research Nanomaterials, Inc. Изготовление осуществляли с использованием всех упомянутых выше диапазонов среднего диаметра частиц и в соответствии с одной и той же процедурой.The same fabrication procedure was performed using powders of oxide nanoparticles with an average diameter in the range of 10-200 nm, preferably in the range of 15-100 nm, more preferably 20-40 nm, as proposed by US Research Nanomaterials, Inc. The manufacture was carried out using all the above ranges of average particle diameter and in accordance with the same procedure.

Не связывая себя какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что флюсование с использованием различных выбранных газообразных частиц в ходе процедуры смешивания могло повышать конечные характеристики получаемого таким образом генератора EPG по показателю напряжения НРЦ в ряду N2>Воздух (влажный)>Воздух (сухой)>О2 (сухой)>СО2 (сухой).Without wishing to be bound by any theory, the present inventors believe that fluxing with various selected gaseous particles during the mixing procedure could improve the final performance of the thus obtained EPG in terms of NRC voltage in the series N 2 >Air (wet)>Air ( dry)>O 2 (dry)>CO 2 (dry).

Пример 5. Компоновка генератора электрической энергии с двумя электродами.Example 5. The layout of the generator of electrical energy with two electrodes.

Два квадратных электрода, изготовленные из Cu и Al соответственно и имеющие одинаковую площадь (около 25 см2), подвергали очистке и травлению с целью использования для получения генератора электрической энергии. Затем активный материал, полученный в примере 1 с использованием порошков оксидов со средним диаметром частиц 2-5 мкм, наносили на поверхность Cu-электрода с использованием ножевого устройства. Толщина активного материала составляла около 2 мм, а электрод из Al размещали поверх нанесенного активного материала, параллельно Cu-электроду. Два электрода слегка прижимали друг к другу, обеспечивая равномерный контакт активного материала с их собственной поверхностью. Продукт, полученный таким образом, обжигали в течение 20 мин при 80°C с целью высушивания активного материала, получая при этом твердый генератор электрической энергии. Затем генератор по изобретению, полученный таким образом, хранили при температуре от 15 до 18°C в течение периода времени, составляющего 12-24 ч, перед его испытанием.Two square electrodes made of Cu and Al, respectively, and having the same area (about 25 cm 2 ), were subjected to cleaning and etching in order to be used to obtain an electric power generator. Then, the active material obtained in Example 1 using oxide powders with an average particle diameter of 2-5 μm was deposited on the surface of the Cu electrode using a knife device. The thickness of the active material was about 2 mm, and an Al electrode was placed on top of the deposited active material, parallel to the Cu electrode. The two electrodes were lightly pressed against each other, ensuring uniform contact of the active material with their own surface. The product thus obtained was fired for 20 minutes at 80° C. to dry the active material, thereby obtaining a solid electric power generator. Then, the generator of the invention thus obtained was stored at a temperature of 15 to 18° C. for a period of 12-24 hours before being tested.

Процесс обжига осуществляли для удаления избыточной воды, но в то же время обеспечивая присутствие виды в виде абсорбированной координационной воды в количестве по меньшей мере 1% в расчете на общую массу активного материала.The roasting process was carried out to remove excess water, but at the same time ensure the presence of the species in the form of absorbed coordination water in an amount of at least 1% based on the total weight of the active material.

Пример 6. Определение электрических характеристик генератора электрической энергии.Example 6. Determination of the electrical characteristics of an electric power generator.

Электрические характеристики генератора EPG из примера 5 определяли с использованием потенциостата/гальваностата AMEL2553. Электрическая цепь представлена на фиг. 2.The electrical characteristics of the EPG generator of Example 5 were determined using an AMEL2553 potentiostat/galvanostat. The electrical circuit is shown in Fig. 2.

На основе фиг. 2 показано, что EPG представляет собой генератор, подающий ток, связанный с его собственным внутренним сопротивлением (Ri). Последнее обычно определяется как соотношение между разностью потенциалов разомкнутой цепи и током короткого замыкания. Сопротивление нагрузки (RL) было соединено последовательно с генератором электрической энергии из примера 5. Напряжение отслеживали посредством присоединения гальваностата параллельно сопротивлению нагрузки. Сопротивление источника (Ri) сильно зависит от компонентов активного материала. Внутреннее сопротивление измеряли в соответствии с процедурой делителя напряжения: к генератору EPG прилагали различные сопротивления нагрузки до тех пор, пока по истечении нескольких минут не достигалась половиннаяBased on FIG. 2 shows that the EPG is a generator supplying a current related to its own internal resistance (Ri). The latter is usually defined as the ratio between the open circuit potential difference and the short circuit current. A load resistance (R L ) was connected in series with the electrical power generator of Example 5. The voltage was monitored by connecting a galvanostat in parallel with the load resistance. The source resistance (Ri) is highly dependent on the components of the active material. The internal resistance was measured according to the voltage divider procedure: various load resistances were applied to the EPG generator until, after a few minutes, half the load was reached.

- 11 041601 величина напряжения по отношению к напряжению разомкнутой цепи. Таким образом, делитель напряжения создается при помощи двух равных последовательных сопротивлений нагрузки, а именно внутреннего сопротивления (Ri) и сопротивления (RL) нагрузки. С использованием указанной процедуры оценили, что внутреннее сопротивление (Ri) составляло от 1 до 100 кОм. Сопротивление Repg, измеренное между электродами, имело среднее значение 1,2-1,6 МОм. В результате было установлено, что активный материал имел низкую проводимость. Генератор электрической энергии характеризовали путем проведения потенциометрического анализа при установлении нулевого тока (напряжение разомкнутой цепи). В противоположность этому при замыкании цепи ток протекал через сопротивление (RL) нагрузки. Силу тока определяли исходя из величины измеренного напряжения, деленной на RL=100 Ом.- 11 041601 voltage value in relation to open circuit voltage. Thus, a voltage divider is created using two equal load resistances in series, namely the internal resistance (Ri) and the resistance (R L ) of the load. Using this procedure, it was estimated that the internal resistance (Ri) was from 1 to 100 kΩ. The resistance Repg measured between the electrodes had an average value of 1.2-1.6 MΩ. As a result, it was found that the active material had a low conductivity. The electrical power generator was characterized by performing a potentiometric analysis at zero current (open circuit voltage). In contrast, when the circuit was closed, the current flowed through the resistance (R L ) of the load. The current strength was determined based on the magnitude of the measured voltage divided by R L =100 ohms.

Пример 7. Определение термических характеристик генератора электрической энергии.Example 7. Determination of thermal characteristics of an electric power generator.

Схему цепи, приведенную на фиг. 2, включающую генератор электрической энергии из примера 5, испытывали при температуре окружающей среды (18-20°C). Испытание заключалось в 5-минутном измерении напряжения разомкнутой цепи, за которым следовал двухчасовой период при замкнутой цепи.The circuit diagram shown in Fig. 2, including the electric power generator of example 5, was tested at ambient temperature (18-20°C). The test consisted of a 5 minute open circuit voltage measurement followed by a 2 hour closed circuit period.

Были получены кривые, приведенные на фиг. 3 и 4. Обращаясь к фиг. 3 и 4, можно видеть, что наблюдали три различные области:The curves shown in Fig. 3 and 4. Referring to FIGS. 3 and 4, it can be seen that three different regions were observed:

1) первую область, характерную для состояния разомкнутой цепи; в такой области напряжение было постоянным, а среднее напряжение разомкнутой цепи (НРЦ), измеряемое для всех изготовленных генераторов EPG, перед испытанием составляло 1,2-1,4 В; ток не определялся (разомкнутая цепь);1) the first area characteristic of the open circuit state; in such a region, the voltage was constant, and the average open circuit voltage (OCV), measured for all manufactured EPG generators, was 1.2-1.4 V before testing; current was not detected (open circuit);

2) вторую область, характерную для перехода между состоянием разомкнутой цепи и состоянием замкнутой цепи; как только цепь замыкалась, напряжение резко падало и постоянно снижалось во времени до достижения минимального значения (переходная область); в переходной области ток повышался до максимального значения (1-1,2 мА);2) a second region characteristic of the transition between an open circuit state and a closed circuit state; as soon as the circuit was closed, the voltage dropped sharply and constantly decreased in time until it reached the minimum value (transition region); in the transition region, the current increased to a maximum value (1-1.2 mA);

3) третью область, характерную для состояния замкнутой цепи; в третьей области ток, порождаемый генератором EPG, повышался со временем, хотя генератор EPG разряжался, и стабилизировался при данном значении, т.е. I=0,5-1 мА.3) the third region, characteristic of the state of a closed circuit; in the third region, the current generated by the EPG increased with time, although the EPG was discharging, and stabilized at this value, i.e. I=0.5-1 mA.

Пример 8. Определение термических характеристик генератора электрической энергии.Example 8. Determination of thermal characteristics of an electric power generator.

Схему цепи, приведенную на фиг. 2, включающую генератор электрической энергии из примера 5, испытывали для определения температурной зависимости (20-90°C). Испытание состояло в нагревании генератора EPG с помощью нагревателя или путем погружения генератора электрической энергии в жидкость при перемешивании. Температуру отслеживали с использованием термографической камеры (серии FLIR Ехх) или ртутного стеклянного термометра в случае нагревающей бани. В данном примере был выбран ртутный стеклянный термометр. Генератор электрической энергии нагревали до 90°C после того, как оставляли его под нагрузкой 100 Ом в течение 1 ч при 20°C с целью стабилизации тока. Были получены кривые, приведенные на фиг. 5 и 6.The circuit diagram shown in Fig. 2, including the electric power generator of example 5, was tested to determine the temperature dependence (20-90°C). The test consisted of heating the EPG generator with a heater or by immersing the electrical energy generator in a liquid while stirring. The temperature was monitored using a thermographic camera (FLIR Exx series) or a mercury glass thermometer in the case of a heating bath. In this example, a mercury glass thermometer was chosen. The electric power generator was heated to 90°C after leaving it under a load of 100 ohms for 1 hour at 20°C in order to stabilize the current. The curves shown in Fig. 5 and 6.

По истечении 1 ч при 20°C под нагрузкой генератор EPG стабилизировался при значении около 0,57 мА; ток достигал величины около 3,5 мА при Т=90°С.After 1 hour at 20°C under load, the EPG stabilized at about 0.57 mA; the current reached a value of about 3.5 mA at T=90°C.

Схему цепи, приведенную на фиг. 2, включающую генератор электрической энергии из примера 5, испытывали в различных температурных условиях. Температуру постоянно отслеживали и получили кривую зависимости тока от температуры, приведенную на фиг. 7. Более точно кривая на фиг. 7 отражает значения тока, измеренные в различных температурных условиях для схемы цепи фиг. 2 в замкнутом состоянии.The circuit diagram shown in Fig. 2, including the electrical power generator of Example 5, was tested under various temperature conditions. The temperature was continuously monitored and the current versus temperature curve shown in FIG. 7. More precisely, the curve in FIG. 7 reflects the current values measured under various temperature conditions for the circuit diagram of FIG. 2 in the closed state.

Пример 9.Example 9

Генератор электрической энергии EPG, указанный в примере 5, компоновали при использовании электродов, изготовленных из одного и того же материала, а именно Cu-Cu. Использовали активную среду, как в примере 1, толщиной 2 мм. Площадь электродов составляла 9 см2.The EPG electric power generator shown in Example 5 was assembled using electrodes made from the same material, namely Cu-Cu. An active medium was used, as in example 1, with a thickness of 2 mm. The electrode area was 9 cm2 .

На фиг. 8 показан процесс изменения тока как функция температуры. Стоит отметить, что данное испытание также показало увеличение тока, порождаемого генератором EPG, с ростом температуры. Однако такое увеличение составляет порядка мкА, а не мА, как в примере 8.In FIG. 8 shows the change in current as a function of temperature. It is worth noting that this test also showed an increase in the current generated by the EPG with increasing temperature. However, this increase is in the order of μA, not mA, as in example 8.

Пример 10.Example 10

Генератор EPG, представленный в примере 5, компоновали с использованием электродов, имеющих более значительную площадь (1,5; 6,25; 25 и 100 см2). Порождаемый ток был пропорционален площади электрода: чем больше площадь, тем больший ток генерировался. На фиг. 9 представлена кривая показателей генератора EPG в зависимости от площади электродов. Прочие параметры генератора EPG (толщина, состав активной среды, материал электродов) сохранялись неизменными, как и в примере 5.The EPG generator presented in example 5 was configured using electrodes having a larger area (1.5; 6.25; 25 and 100 cm 2 ). The generated current was proportional to the area of the electrode: the larger the area, the greater the current generated. In FIG. 9 shows a curve of the EPG generator performance depending on the area of the electrodes. Other parameters of the EPG generator (thickness, composition of the active medium, electrode material) remained unchanged, as in example 5.

Пример 11.Example 11.

Возможность работы с попеременной разрядкой оценили для генератора EPG, имеющего характерные свойства, как в примере 5, а именно толщину, активную среду, состав, материал электродов, площадь электродов, как в примере 5. На фиг. 10 непрерывная разрядка (кривая С1) сравнивается с попеременной разрядкой (кривая 30-30). Обе кривые относятся к испытываемому генератору EPG. Попеременная разрядка заключает в себе 30 с работы и 30 с покоя. В период 30 с работы прилагают сопротивление внешней нагрузки и замыкают цепь. В период 30 с покоя цепь размыкают и удаляют сопротивление нагрузки. В обоих случаях (непрерывная и попеременная разрядка) прилагали сопротивление нагрузки 100The ability to work with alternate discharge was evaluated for an EPG generator having characteristic properties as in example 5, namely, thickness, active medium, composition, electrode material, electrode area, as in example 5. FIG. 10, continuous discharge (curve C1) is compared with intermittent discharge (curve 30-30). Both curves refer to the tested EPG. Alternate discharge includes 30 seconds of work and 30 seconds of rest. In the period of 30 s of work, an external load resistance is applied and the circuit is closed. In a period of 30 seconds of rest, the circuit is opened and the load resistance is removed. In both cases (continuous and alternating discharge), a load resistance of 100

- 12 041601- 12 041601

Ом. Оценку осуществляли, сравнивая и периоды времени активной работы (включенные состояния), и эффективные периоды времени каждого из испытаний. Выражение включенное состояние призвано указывать период работы, в течение которого прилагается сопротивление нагрузки. В конкретном случае данное состояние возникало циклически каждые 30 с. В течение следующих 30 с сопротивление нагрузки отсоединяли (выключенное состояние) от генератора EPG при помощи реле. Попеременную разрядку оценивали также для различных периодов времени включенного и выключенного состояния в диапазоне 2-60 с.Ohm. The evaluation was carried out by comparing both active operation time periods (on states) and effective time periods of each of the tests. The on state expression is intended to indicate the period of operation during which the load resistance is applied. In a particular case, this state occurred cyclically every 30 s. During the next 30 seconds, the load resistance was disconnected (off state) from the EPG generator using a relay. Alternate discharge was also evaluated for different on and off time periods in the range of 2-60 s.

На фиг. 10 отражено, что характеристики (по показателю тока разрядки) значительно улучшались при попеременной разрядке. В течение фазы покоя генератор EPG частично проявляет эффект восстановления, а именно временного восстановления напряжения (V), когда сопротивление нагрузки не прилагается к генератору EPG. Стоит отметить, что в продолжение выключенного состояния можно прилагать напряжение и/или ток к электродам генератора EPG с тем, чтобы повышать напряжение, а следовательно, посредством этого ток разрядки. Такую процедуру можно использовать фактически после каждого испытания или в любое время, когда генератор EPG отсоединен от сопротивления нагрузки.In FIG. 10 shows that the performance (in terms of discharge current) was greatly improved by alternate discharging. During the rest phase, the EPG partially exhibits a recovery effect, namely a temporary voltage recovery (V) when no load resistance is applied to the EPG. It is worth noting that during the off state it is possible to apply voltage and/or current to the electrodes of the EPG so as to increase the voltage and hence the discharge current. This procedure can be used after virtually every test, or any time the EPG is disconnected from the load resistance.

Пример 12.Example 12.

Генератор EPG проявляет сильную чувствительность к рабочим условиям, например к окружающей среде. Оказывается, что присутствие воды и кислорода уменьшает срок службы генератора EPG. На генераторах EPG, изготовленных по примеру 5, были выполнены предварительные испытания с целью оценки требования надлежащей герметизации для продления срока службы устройства. Для этой цели генераторы EPG испытали при помощи потенциостата/гальваностата AMEL2553. Испытание состояло в приложении тока разрядки силой 100 мкА; генераторы EPG разрядились от номинального напряжения до 0,8 В, за чем далее следовали 45 мин периода покоя при I=0 мкА для оценки восстановления. Изготовили два генератора EPG тем же способом, что и в примере 5, за исключением стадии герметизации, со стандартными размерами электродов 25 см2. В первом случае генератор EPG не герметизировали, позволяя взаимодействовать с атмосферой; во втором случае генератор EPG полностью герметизировали путем погружения в силикон.The EPG is highly sensitive to operating conditions such as the environment. It turns out that the presence of water and oxygen reduces the life of the EPG generator. Preliminary tests were performed on EPG generators manufactured according to example 5 to evaluate the requirement for proper sealing to extend the life of the device. For this purpose, EPGs were tested using an AMEL2553 potentiostat/galvanostat. The test consisted of applying a discharge current of 100 µA; the EPGs were discharged from nominal voltage to 0.8 V followed by a 45 min rest period at I=0 µA to assess recovery. Two EPG generators were made in the same manner as in Example 5, except for the sealing step, with standard electrode sizes of 25 cm 2 . In the first case, the EPG generator was not pressurized, allowing it to interact with the atmosphere; in the second case, the EPG generator was completely sealed by immersion in silicone.

На фиг. 11 приведены кривые показателей EPG в зависимости от герметизации. В случае испытанных генераторов EPG наблюдается относительное увеличение срока службы, равное 400%; для герметизированного генератора EPG измерено более высокое напряжение НРЦ до приложения тока разрядки.In FIG. 11 shows curves of EPG performance depending on sealing. In the case of the tested EPG generators, a relative increase in service life of 400% is observed; for the sealed EPG generator, a higher NRC voltage was measured before the application of the discharge current.

Важно отметить, что указанные испытания осуществляли на стандартной композиции, имеющей относительно высокое содержание воды. Предполагается, что влияние герметизации проявляется сильнее на оптимизированной композиции, содержащей пониженное количество воды. В дополнение к этому, ожидаются значительные улучшения в качестве герметизации.It is important to note that these tests were carried out on a standard composition having a relatively high water content. It is assumed that the effect of sealing is stronger on the optimized composition containing a reduced amount of water. In addition to this, significant improvements in sealing quality are expected.

Пример 13.Example 13

Размер частиц соединений на основе кислорода (MgO, ZnO, ZrO2) оказывает влияние на общие показатели генератора EPG. Действительно, чем меньше размер частиц, тем больше площадь активной поверхности для данного объема материала. Влияние размера частиц исследовали, сравнивая показатели генераторов EPG в случае микрометрических и нанометрических частиц соединений на основе кислорода, полученных согласно составу, приведенному в примере 1 и примере 2 и в соответствии с процедурой примера 5; площадь электродов генератора EPG составляет 25 см2. Для этой цели генераторы EPG испытали при помощи потенциостата/гальваностата AMEL2553. Испытание состояло в приложении тока разрядки силой 100 мкА; генераторы EPG разрядились от номинального напряжения до 0,8 В, за чем далее следовали 45 мин периода покоя при I=0 мкА для оценки восстановления.The particle size of the oxygen-based compounds (MgO, ZnO, ZrO 2 ) affects the overall performance of the EPG. Indeed, the smaller the particle size, the greater the active surface area for a given volume of material. The influence of particle size was investigated by comparing the performance of EPG generators in the case of micrometric and nanometric particles of compounds based on oxygen, obtained according to the composition shown in example 1 and example 2 and in accordance with the procedure of example 5; the area of the electrodes of the EPG generator is 25 cm 2 . For this purpose, EPGs were tested using an AMEL2553 potentiostat/galvanostat. The test consisted of applying a discharge current of 100 µA; the EPGs were discharged from nominal voltage to 0.8 V followed by a 45 min rest period at I=0 µA to assess recovery.

Использование наночастиц продлевает относительный срок службы генератора EPG более чем на 200% по отношению к микрометрической композиции. Наблюдали также более высокое напряжение НРЦ.The use of nanoparticles prolongs the relative life of the EPG generator by more than 200% in relation to the micrometric composition. A higher NRC voltage was also observed.

Пример 14.Example 14

Компоновка множественных генераторов EPG в соответствии с конкретными конфигурациями как в примере 5 в результате приводит к повышению мощности, вырабатываемой в большем объеме по меньшей мере на 10%. В рассматриваемом испытании ток измеряют с использованием мультиметра. В данном эксперименте рассматриваются десять генераторов EPG, соединенных последовательно. В первой конфигурации генераторы EPG размещены бок о бок; электроды разных генераторов EPG не находятся в физическом контакте, а соединены электрически посредством медного провода. Во второй конфигурации генераторы EPG сгруппированы, предпочтительно сохраняя соединительные провода, предпочтительно с приведением в контакт поверхности меди и алюминия соседних генераторов EPG. Последняя конфигурация продемонстрировала ток I=15 мА, тогда как в случае первой измерен ток I=13 мА.Arranging multiple EPGs according to specific configurations as in Example 5 results in at least a 10% increase in power generated in a larger volume. In this test, the current is measured using a multimeter. This experiment considers ten EPG generators connected in series. In the first configuration, the EPGs are placed side by side; the electrodes of different EPG generators are not in physical contact, but are connected electrically by means of a copper wire. In a second configuration, the EPGs are grouped, preferably retaining the connecting wires, preferably bringing the copper and aluminum surfaces of adjacent EPGs into contact. The last configuration showed I=15 mA, while the first one measured I=13 mA.

Пример 15.Example 15

В другом варианте осуществления настоящего изобретения продемонстрировано, что генератор EPG способен подавать ток, заряжая конденсатор С, включенный в соответствующую цепь. Как показано в цепи, изображенной на фиг. 12А, элемент соединен последовательно с конденсатором С при начальном напряжении Vi=0 В. Элемент может являться генератором EPG (как изображено на фиг. 2) или может представлять собой модуль PGM, а именно множество генераторов EPG, соединенных последовательно,In another embodiment of the present invention, it has been demonstrated that the EPG is capable of supplying current by charging a capacitor C included in the corresponding circuit. As shown in the circuit shown in FIG. 12A, the element is connected in series with the capacitor C at the initial voltage Vi=0 V. The element may be an EPG generator (as shown in Fig. 2) or may be a PGM module, namely, a plurality of EPG generators connected in series,

- 13 041601 как изображено на фиг. 12А и 12В. Данный элемент соединен последовательно с конденсатором С при помощи переключателя SW в первом состоянии переключения. В ходе фазы зарядки (фиг. 12А) генератор EPG заряжает конденсатор до равновесного напряжения. Сразу после зарядки конденсатора С переключатель активируется (второе состояние переключения) для соединения конденсатора с произвольно выбранным резистором таким образом, чтобы разряжать конденсатор (фаза разрядки или фаза покоя); в данный период элемент изолирован электрически (фиг. 12В). Под термином резистор, как правило, подразумевается электрический резистор, диод, их сочетание или любой электрический компонент, способный разряжать конденсатор С, когда переключатель SW находится в упомянутом втором состоянии переключения.- 13 041601 as shown in FIG. 12A and 12V. This element is connected in series with the capacitor C by means of the switch SW in the first switching state. During the charging phase (FIG. 12A), the EPG charges the capacitor to an equilibrium voltage. Immediately after the capacitor C is charged, the switch is activated (second switching state) to connect the capacitor to an arbitrarily chosen resistor in such a way as to discharge the capacitor (discharge phase or rest phase); during this period, the element is electrically insulated (FIG. 12B). The term resistor generally refers to an electrical resistor, a diode, a combination thereof, or any electrical component capable of discharging the capacitor C when the switch SW is in said second switching state.

Энергию, запасаемую в конденсаторе С, вычисляют исходя из характеристик емкости и зарядного напряжения (Vc), измеренного при помощи мультиметра; на данной установке используют электрохимический конденсатор. В одном из выполненных испытаний временной переключатель используют для попеременной зарядки конденсатора С и осуществления фазы покоя, во время которой элемент электрически изолирован, в данной фазе происходит восстановление элемента источника напряжения. В продолжение указанной фазы покоя (конфигурация В), когда конденсатор соединен последовательно с произвольно выбранным резистором (RL) с единственной целью его полной разрядки до начала следующего цикла зарядки, кривую разрядки конденсатора С отслеживают при помощи мультиметра.The energy stored in the capacitor C is calculated from the characteristics of the capacitance and the charging voltage (Vc) measured with a multimeter; This unit uses an electrochemical capacitor. In one of the tests performed, a time switch is used to alternately charge the capacitor C and carry out a rest phase during which the element is electrically isolated, in this phase the voltage source element is restored. During said rest phase (configuration B), when the capacitor is connected in series with a randomly selected resistor (RL) for the sole purpose of fully discharging it before the next charge cycle begins, the discharge curve of capacitor C is monitored with a multimeter.

Пример 16.Example 16

Возможность осуществления зарядки конденсатора, работающего в условиях попеременной разрядки, оценили для модуля PGM (модуля генератора энергии), скомпонованного в соответствии с материалами и способами, изложенными в примере 5.The ability to charge a capacitor operating under alternate discharge conditions was evaluated for a PGM (Power Generator Module) module configured according to the materials and methods set forth in Example 5.

На фиг. 12А и 12В приведена электрическая цепь ЕС, при этом сопротивление нагрузки RL, равное 150 кОм, и модуль PGM, заключающий в себе 15 генераторов EPG, соединены последовательно, что в результате приводит к достижению общего напряжения НРЦ, равного 15,3 В.In FIG. 12A and 12B show an EC circuit with a load resistance R L of 150 kΩ and a PGM module containing 15 EPGs connected in series resulting in a total CRC voltage of 15.3 V.

Попеременная разрядка заключает в себе 10 мин работы (фаза зарядки) и 10 мин покоя (фаза покоя). Однако можно произвольно применять различные периоды времени состояний включениявыключения. В течение 10 мин работы цепь была замкнута и конденсатор заряжался модулем PGM. В течение 10 мин покоя цепь была разомкнута и конденсатор разряжался при помощи сопротивления. Выражение включенное состояние призвано указывать период работы, в течение которого конденсатор заряжался. В конкретном случае указанное состояние возникало циклически каждые 10 мин. В течение следующих 10 мин конденсатор отсоединяли (выключенное состояние) от модуля PGM и разряжали при помощи сопротивления RL.Alternate discharge includes 10 minutes of work (charging phase) and 10 minutes of rest (resting phase). However, different time periods of the on-off states can be arbitrarily applied. During 10 minutes of operation, the circuit was closed and the capacitor was charged by the PGM module. During 10 minutes of rest, the circuit was open and the capacitor was discharged with the help of resistance. The expression on state is intended to indicate the period of operation during which the capacitor was charged. In a particular case, this condition occurred cyclically every 10 minutes. During the next 10 minutes, the capacitor was disconnected (off state) from the PGM module and discharged using resistance R L .

Указанный вид эксперимента осуществляли на конденсаторах емкостью 500 мкФ. На фиг. 13 отображены значения напряжения НРЦ для конденсатора непосредственно в начале выключенного состояния.This type of experiment was carried out on capacitors with a capacity of 500 μF. In FIG. 13 shows the NRC voltage values for the capacitor directly at the beginning of the off state.

Данное испытание выполняли в течение 256 циклов, что в результате приводило к достижению среднего напряжения НРЦ, равного 13,3 В. В табл. 16 обобщены значения мощности, подаваемой модулем PGM, состоящим из 15 последовательных генераторов EPG, а также плотностей энергии, рассчитанных с учетом эффективного времени работы, равного 42,6 ч.This test was performed for 256 cycles, resulting in an average NRC voltage of 13.3 V. Figure 16 summarizes the power supplied by the PGM module, consisting of 15 EPGs in series, and the energy densities calculated with an effective run time of 42.6 hours.

Таблица 16Table 16

Значения мощности и плотности энергии для модуля PGMPower and energy density values for the PGM module

Вт Tue Втч Wh Втч/л Wh/l Втч/кг Wh/kg 7,4Е-5 7.4E-5 ЗД4Е-3 ZD4E-3 8,61Е-03 8.61Е-03 2,97Е-03 2.97Е-03

Электрическую мощность (W) вычисляли с учетом энергии (Е), требуемой для зарядки конденсатора емкостью (С) при данном напряжении (V) в пределах рассматриваемого периода времени (t), по общей формулеThe electrical power (W) was calculated taking into account the energy (E) required to charge a capacitor with a capacity (C) at a given voltage (V) within the considered time period (t), according to the general formula

При этом энергию вычисляли по формуле, принятой для конденсатора с параллельными пластинами,In this case, the energy was calculated according to the formula adopted for a capacitor with parallel plates,

Результаты измерений приведены также с учетом энергии (Вт-ч), так как она подавалась при постоянной скорости в течение периода времени в часах (ч). Для вычисления плотности энергии (Вт-ч/л) и удельной энергии (Вт-ч/кг) использовали объем и массу модуля PGM, выраженные, соответственно, в литрах (л) и килограммах (кг): в случае указанных вычислений объем и масса относятся ко всему генератору EPG, заключающему в себе металлические электроды, а не только к активному материалу.The measurement results are also given in terms of energy (Wh), since it was supplied at a constant rate for a period of time in hours (h). To calculate energy density (Wh/l) and specific energy (Wh/kg), the volume and mass of the PGM module were used, expressed in liters (l) and kilograms (kg) respectively: in the case of these calculations, volume and mass refer to the entire EPG containing metal electrodes, not just the active material.

Claims (21)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Генератор электрической энергии (EPG), включающий по меньшей мере первый электрод (11) и второй электрод (12), при этом генератор электрической энергии включает термоэлектрический активный материал между указанными электродами (11, 12), где термоэлектрический активный материал 1. Electric power generator (EPG), including at least the first electrode (11) and the second electrode (12), while the electric power generator includes a thermoelectric active material between the said electrodes (11, 12), where the thermoelectric active material - 14 041601 включает по меньшей мере одно кислородсодержащее соединение, выбранное из группы, состоящей из MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi2O3, Al2O3 и TiO2, по меньшей мере одну загущающую добавку, выбранную из группы, состоящей из агар-агара, ксантановой камеди, метилцеллюлозы и аравийской камеди, и по меньшей мере одну пластифицирующую добавку, при этом размер частиц указанного по меньшей мере одного соединения на основе кислорода характеризуется средним диаметром в диапазоне от 10 нм до 40 мкм, причем, когда загущающая добавка представляет собой метилцеллюлозу, ее количество находится в диапазоне от 0,19 до 6,5% по отношению к общей массе активного материала.- 14 041601 includes at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of MgO, ZnO, ZrOCl2, ZrO2, SiO2, Bi 2 O 3 , Al2O 3 and TiO2, at least one thickening additive selected from the group consisting of agar-agar, xanthan gum, methylcellulose and gum arabic, and at least one plasticizing additive, wherein the particle size of said at least one oxygen-based compound has an average diameter in the range from 10 nm to 40 μm, moreover, when the thickening additive is methylcellulose, its amount is in the range from 0.19 to 6.5% relative to the total mass of the active material. 2. Генератор электрической энергии (EPG) по п.1, в котором указанное по меньшей мере одно кислородсодержащее соединение характеризуется средним диаметром частиц в диапазоне от 15 нм до 10 мкм, предпочтительно от 20 нм до 5 мкм.2. An electric power generator (EPG) according to claim 1, wherein said at least one oxygen-containing compound has an average particle diameter in the range of 15 nm to 10 µm, preferably 20 nm to 5 µm. 3. Генератор электрической энергии (EPG) по п.2, в котором указанное по меньшей мере одно кислородсодержащее соединение характеризуется средним диаметром частиц в диапазоне от 10 до 200 нм, предпочтительно в диапазоне 15-100 нм, более предпочтительно 20-40 нм.3. An electric power generator (EPG) according to claim 2, wherein said at least one oxygen-containing compound has an average particle diameter in the range of 10 to 200 nm, preferably in the range of 15-100 nm, more preferably 20-40 nm. 4. Генератор электрической энергии (EPG) по любому из пп.1-3, в котором указанное по меньшей мере одно кислородсодержащее соединение представляет собой MgO в количестве в диапазоне от 3 до 17%, предпочтительно 10%, по отношению к общей массе активного материала.4. An electric power generator (EPG) according to any one of claims 1 to 3, wherein said at least one oxygen-containing compound is MgO in an amount ranging from 3 to 17%, preferably 10%, based on the total weight of the active material . 5. Генератор электрической энергии (EPG) по любому из пп.1-3, в котором указанное по меньшей мере одно кислородсодержащее соединение представляет собой ZnO или ZrO2.5. Electric power generator (EPG) according to any one of claims 1 to 3, wherein said at least one oxygen-containing compound is ZnO or ZrO 2 . 6. Генератор электрической энергии (EPG) по п.5, в котором количество указанного по меньшей мере одного кислородсодержащего соединения находится в диапазоне от 0,7 до 10%, предпочтительно составляет 3,7% по отношению к общей массе активного материала.6. An electric power generator (EPG) according to claim 5, wherein the amount of said at least one oxygen-containing compound is in the range of 0.7 to 10%, preferably 3.7%, based on the total weight of the active material. 7. Генератор электрической энергии (EPG) по любому из пп.1-6, в котором указанная по меньшей мере одна загущающая добавка выбрана из группы, состоящей из агар-агара, ксантановой камеди и метилцеллюлозы.7. Electric power generator (EPG) according to any one of claims 1 to 6, wherein said at least one thickening agent is selected from the group consisting of agar-agar, xanthan gum and methylcellulose. 8. Генератор электрической энергии (EPG) по п.7, в котором количество указанной по меньшей мере одной загущающей добавки находится в диапазоне от 0,19 до 6,5%, предпочтительно составляет 0,84% по отношению к общей массе термоэлектрического активного материала.8. The electric power generator (EPG) according to claim 7, wherein the amount of said at least one thickening additive is in the range of 0.19 to 6.5%, preferably 0.84%, based on the total weight of the thermoelectric active material . 9. Генератор электрической энергии (EPG) по любому из пп.1-8, в котором указанная по меньшей мере одна пластифицирующая добавка выбрана из группы, состоящей из силикона, силоксанов, карнаубского воска, нафталина, поливинилидендифторида (ПВДФ), парилена, политетрафторэтилена (ПТФЭ), фторированного этиленпропилена (ФЭП) и полидиметилсилоксана (ПДМС).9. Electric power generator (EPG) according to any one of claims 1 to 8, wherein said at least one plasticizer is selected from the group consisting of silicone, siloxanes, carnauba wax, naphthalene, polyvinylidene difluoride (PVDF), parylene, polytetrafluoroethylene ( PTFE), fluorinated ethylene propylene (FEP) and polydimethylsiloxane (PDMS). 10. Генератор электрической энергии (EPG) по любому из пп.1-9, содержащий силикон в количестве в диапазоне от 5 до 40%, предпочтительно от 12,5 до 37,5%, более предпочтительно 33,3%, по отношению к общей массе активного материала.10. Electric power generator (EPG) according to any one of claims 1 to 9, containing silicone in an amount in the range from 5 to 40%, preferably from 12.5 to 37.5%, more preferably 33.3%, in relation to the total weight of the active material. 11. Генератор электрической энергии (EPG) по любому из пп.1-3, который содержит MgO, ZnO, ZrOCl2, агар-агар, ксантановую камедь, метилцеллюлозу и силикон.11. Electric power generator (EPG) according to any one of claims 1 to 3, which contains MgO, ZnO, ZrOCl2, agar-agar, xanthan gum, methylcellulose and silicone. 12. Генератор электрической энергии (EPG) по любому из пп.1-11, в котором упомянутые электроды изготовлены из разных материалов.12. An electrical power generator (EPG) according to any one of claims 1 to 11, wherein said electrodes are made from different materials. 13. Генератор электрической энергии (EPG) по любому из пп.1-11, в котором упомянутые электроды изготовлены из одного и того же материала.13. An electrical power generator (EPG) according to any one of claims 1 to 11, wherein said electrodes are made from the same material. 14. Генератор электрической энергии (EPG) по п.12, в котором указанный первый электрод (11) изготовлен из меди, а указанный второй электрод изготовлен из алюминия.14. An electric power generator (EPG) according to claim 12, wherein said first electrode (11) is made of copper and said second electrode is made of aluminum. 15. Генератор электрической энергии (EPG) по п.13, в котором упомянутые электроды изготовлены из меди.15. An electric power generator (EPG) according to claim 13, wherein said electrodes are made of copper. 16. Генератор электрической энергии (EPG) по любому из пп.1-15, в котором упомянутые электроды изготовлены из материала, выбранного из группы, состоящей из металлов, сплавов и материалов на основе углерода.16. An electric power generator (EPG) according to any one of claims 1 to 15, wherein said electrodes are made of a material selected from the group consisting of metals, alloys and carbon-based materials. 17. Модуль генератора энергии (PGM), отличающийся тем, что он включает множество генераторов электрической энергии (EPG) по любому из пп.1-16, причем упомянутые генераторы соединены параллельно или последовательно.17. Power generator module (PGM), characterized in that it includes a plurality of electric power generators (EPG) according to any one of claims 1 to 16, said generators being connected in parallel or in series. 18. Модуль генератора энергии (PGM) по п.17, в котором при последовательном соединении упомянутых генераторов EPG электроды разных генераторов EPG электрически соединены токопроводящим проводом.18. The Power Generator Module (PGM) of claim 17, wherein when said EPGs are connected in series, the electrodes of the different EPGs are electrically connected by a conductive wire. 19. Модуль генератора энергии (PGM) по п.17, в котором при последовательном соединении упомянутых генераторов EPG они сгруппированы так, что поверхность электрода первого генератора EPG находится в контакте с поверхностью второго генератора EPG.19. The Power Generator Module (PGM) of claim 17, wherein when said EPGs are connected in series, they are grouped such that the electrode surface of the first EPG is in contact with the surface of the second EPG. 20. Электрическая цепь (ЕС), включающая генератор EPG по любому из пп.1-16, где указанная цепь (ЕС) также включает конденсатор (С), резистор (RL) и переключатель (SW), в которой в первом состоянии указанный переключатель (SW) соединяет упомянутый конденсатор (С) последовательно с указанным генератором EPG; и во втором состоянии указанный переключатель (SW) соединяет упомянутый конденсатор (С) последовательно с указанным резистором (RL).20. An electrical circuit (EC) including an EPG generator according to any one of claims 1 to 16, wherein said circuit (EC) also includes a capacitor (C), a resistor (RL), and a switch (SW), in which, in the first state, said switch (SW) connects said capacitor (C) in series with said EPG generator; and in the second state, said switch (SW) connects said capacitor (C) in series with said resistor (R L ). - 15 041601- 15 041601 21. Электрическая цепь (ЕС), включающая в себя модуль PGM по любому из пп.17-19, причем указанная цепь (ЕС) также включает конденсатор (С), резистор (RL) и переключатель (SW), в которой в первом состоянии указанный переключатель (SW) соединяет упомянутый конденсатор (С) последовательно с указанным модулем PGM; и во втором состоянии указанный переключатель (SW) соединяет упомянутый конденсатор (С) последовательно с указанным резистором (RL).21. An electrical circuit (EC) including a PGM according to any one of claims 17 to 19, wherein said circuit (EC) also includes a capacitor (C), a resistor (RL) and a switch (SW), wherein in the first state said switch (SW) connects said capacitor (C) in series with said PGM; and in the second state, said switch (SW) connects said capacitor (C) in series with said resistor (R L ).
EA201990469 2016-08-10 2017-08-07 ACTIVE MATERIAL AND ELECTRIC ENERGY GENERATOR INCLUDING IT EA041601B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EPPCT/EP2016/069030 2016-08-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA041601B1 true EA041601B1 (en) 2022-11-11

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1520309A2 (en) Particles comprising a non-conducting or semi-conducting core, which are coated with a hybrid conducting layer, production methods thereof and uses of same in electrical devices
JP4190595B2 (en) Electrical and thermal conductive laminate
EP3497729B1 (en) Electric power generator
CN109314183A (en) The manufacturing method of secondary cell
AU2018387316B2 (en) Active material and electric power generator containing it
EA041601B1 (en) ACTIVE MATERIAL AND ELECTRIC ENERGY GENERATOR INCLUDING IT
EP3750194B1 (en) Electric power generator containing an active material
OA19055A (en) Active material and electric power generator containing it.
US20210036382A1 (en) A semi-solid battery with recharging capability
OA20332A (en) Active material and electric power generator containing it.
US20240057481A1 (en) Electric Power Generator Containing An Active Organic Material
IL303801A (en) Electric power generator containing an active organic material
OA21286A (en) Electric power generator containing an active organic material.
JPS61271752A (en) Formation of fuel cell electrolyte matrix
Green et al. Fabrication of Oxocuprate Superconductor Microelectrodes for Sub‐T c Use
JPS61230264A (en) Manufacture of electrode for flat type battery