IT8224868A1 - Materiale elettroattivo per celle di alimentazione - Google Patents
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Description
Descrizione dell 'invenzione avente per titolo:
"" MATERIALE ELETTROATTIVO PER CELLE DI ALIMENTAZIONE
RIASSUNTO
La presente invenzione si riferisce ad un materiale elettroattivo per celle di alimentazione costituite, in particolare, da celle elettrochimiche secondarie per la produzione di energia elettrica.
Questo materiale e* formato da un composto complesso di un metallo di transizione e di leganti organici basici costituiti, in particolare, da
basi di Schifi, disciolti in solventi organici polari, acqua, o loro miscele.
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un materiale elettroattivo per celle di alimentazione costituite, in particolare, da celle elettrochimiche secondarie per la produzione di energia elettrica.
Il principio di funzionamento di una celle di ali_ mentazione di energia elettrica e' basato sulle reazioni eterogenee di ossidazione e di riduzione del materiale elettroattivo. Lo sviluppo di energia elettrica e* possibile soltanto se la differenza fra i potenziali elettrodici standard dei sistemi redox che subiscono i processi elettrodici nelle gamme dei potenziali anodico e catodico, risulta sufficientemente elevata e quando la densit? di corrente ri_ sulta pure di valore sufficientemente elevato.
Durante un processo elettrodico in una cella di alimentazione di energia elettrica, il materiale elettroattivo viene ossidato sull*anodo e ridotto sul catodo.
I materiali elettroattivi tipicamente impie_ gati sono rappresentati dal sodio liquido come anodo e dallo zolfo liquido come catodo, in un elettrolita solido contenente, ad esempio, ioni sodio.
Tuttavia, deve essere rilevato che l'impiego di questi materiali non e' conveniente e risulta nocivo per il fatto che, fra le altre ragioni, il sodio liquido presenta una elevata tossicit?.
Nelle versioni conformi ai brevetti statu_ nitensi No.3.791-867. No.3.827.910, No.3.864.167 ed al DE-OS No.2.937.717? vengono impiegati metalli alca_ lini o metalli alcalino-terrosi presentanti una bassa elettronegativit?, come materiali anodici, in celle reversibili, non acquose, mentre il materiale catodico elettroattivo e* formato da una miscela di alogeni o di calcogeni, fissati in una matrice conduttiva. L'elettrolita utilizzato consiste di un sale contenente ioni di metalli alcalini o di metalli alcalino?terrosi. In molti casi, e' necessario eliminare i prodotti di reazione degli elettro_ di dagli elettrodi stessi, o dalle immediate vicinanze degli stessi e questo ostacola, ovviamente, l'impiego di questi materiali elettroattivi, su scala maggiore.
Nel caso delle celle di alimentazione maggiormente note e' necessaria un'accurata separarzione della zona catodica e della zona anodica, allo scopo di evitare una mescolanza delle sostan__ ze elettrolitiche, per il fatto che questo comporterebbe una disattivazione irreversibile della cella.
In una cella di alimentazione di questo tipo, nota ed ampiamente impiegata in pratica e costituita, ad esempio, da una cella al piombo, di tipo reversi_ bile,il materiale elettroattivo per l'anodo ed il catodo consiste di Pb/ll/ in una soluzione di acido solforico al 30%. Durante il ciclo di carica, il
PB /II/ viene ridotto a Pb /0/ e ossidato a Pb /IV/ sull'anodo e sul catodo, rispettivamente. I princi^ pali svantaggi di una cella di questo tipo sono rapdal
presentati/peso notevole degli elettrodi e dalle propriet? notevolmente corrosive della soluzione elettrolitica.
E' stato riscontrato che il materiale elettroattivo per celle di alimentazione conformi all'invenzione, evidenzia una differenza sufficiente fra i potenziali elettrodici standard ed un basso valore deipotenziale di carica in eccesso in relazione al potenziale operativo, o di lavoro. Questo materiale consente pure l'impiego di materiali elettrodici di basso costo e di peso ridotto mentre non si riscontrano propriet? di corrosione dei metalli. Tuttavia, questo materiale non si deposita sugli elettrodi, non precipita entro le zone elettrodiche, rendendo in tal modo superflua 1^operazione di rimozione dei prodotti di reazione degli elettrodi.
Il materiale elettroattivo per celle di alimentazione di energia elettrica costituite, in particolare, da celle secondarie, costruite in conformit? ai principi della presente invenzione, consi_ ste di un composto complesso di un metallo di transizione e di leganti organici basici rappresentati,in particolare, dalle basi di schifi in solventi polari organici, acqua o loro miscele.
I metalli di transizione impiegati per la formazione del materiale elettroattivo conforme all'in venzione sono rappresentati dai seguenti metalli: nichel, cobalto, ferro, cromo, manganese, rame, titanio e vanadio.
Le basi di Schifi vengono impiegate come leganti organici,mentre le basi pi? vantaggiose sono rappresentate dai derivati dell'etilendiamina.
Denotando il materiale elettroattivo conforme all 'invenzione, come MeL (Me - metallo di transizione, in cui L corrisponde al legante),pu?' essere rilevato che lo stesso viene ridotto in corrispondenza del catodo durante il ciclo di carica della cella di alimentazione, a MeL-? Durante il ciclo operativo, o di lavoro, si verifica una reazione inversa. In modo analogo, durante il ciclo di carica, MeL viene ossidato sull'anodo, a MeL+, tale reazione venendo invertita durante il ciclo operativo, o di lavoro.
Le reazioni al catodo ed all'anodo risultano elettrochimicamente reversibili, nel senso che lo stes_ so materiale elettroattivo opera come un reagente, durante il ciclo di carica e come prodotto durante il ciclo operativo, o di lavoro, su entrambi gli elettrodi. La velocit? di entrambe le reazioni viene controllata dalla velocit? di trasporto.
L'ulteriore merito del materiale elettroattivo, conforme all'invenzione e' rappresentato da una uscita energetica, di valore relativamente elevato, riferita ad una unit? ponderale, come pure dalla possibilit? di applicazione della cella di alimentazione, contenente tale materiale, in condizioni di presenza di temperature di basso valore. Inoltre, la miscelazione del materiale elettroattivo conforme all'invenzione, contenuto nella zona anodica e nella zona catodica, non comporta una disattivazione irreversi_ bile della cella di alimentazione, consentendo una carica ripetuta della stessa.
Lo scopo dell'invenzione verr? ora descritto, con maggiori dettagli, con riferimento ai seguenti specifici di alcune versioni preferite, tali esempi non essendo in alcun modo considerabili come limitanti lo scopo specifico dell'invenzione.
La presente invenzione risulter? pi? evidente dall'analisi della seguente descrizione dettagliata la quale deve essere pure considerata in unione al disegno allegato nel quale:
le figure 1 e 2 illustrano alcune curve voltammetriche , a carattere ciclico , ottenute nelle condizioni descritte negli Esempi I e II , rispettiva mente
Esempio I
Il materiale elettroattivo per celle di ali ^tentazione e? costituito da un complesso composto di nichel (Ni(ll)) e N,N'?etilen-bis (salicilidenoimina)? (salen H?) disciolto in una soluzione
0,1 M -(TEAP) in N,N?dimetilformamide (DMF). La solu_ zione e* stata deossidata mediante bonifica con azoto secco. Gli elettrodi sono costituiti da filo di platino presentante un diametro di 0 ,6 mm ed una lunghezza di 8 mm. Il diagramma^della cella, prima della carica e* il seguente:
La differenza fra i potenziali elettrodici standard nella cella e* p
Durante la carica ed il funzionamento, si
I potenziali standard EQ rispetto all'elettrodo al calomelano saturo SCE (saturated calomel electrode) sono stati determinati come media aritmetica dei potenziali di picco sull'anodo e sul catodo (figura l) mentre gli standard delle costanti di scambio della carica ks, sono stati calcolati adottando il metodo di Nicholson [Anal.Chem.44, 1946;(1965)], dalla relazione fra i potenziali di picco sull'anodo e sul catodo?
Esemplo II
Il materiale elettroattivo per le celle
di alimentazione e' composto da N,N'-etilen-bis (salicilidenoiminato)-cobalto(ll)-(Co(salen) )disciolto in una soluzione di TEAP 0,1K in esametilfosfotrlamide [HMPT].
Il diagramma della cella prima della cari-ca e' il seguente:
La differenza dei potenziali elettrodici standard,in questa cella, e' pari a ??^ = 1,35 V.
Dopo l'unione degli elettrodi ^carica e
funzionamento] si ri ntr i ti l i
I potenziali EQ e le costanti di scambio
della carica, kg, vengono determinati come nell'Esempio I
Claims (1)
- RIVENDICAZIONEMateriale elettroattivo per celle di alimentazione ,in particolare per celle secondarie, caratterizzato dal fatto di essere costituito da un composto complesso di un metallo di transizione e di leganti organici basici, costituiti, in particolare, da basi di Schiff, disciolti in solventi organici polari, acqua o loro miscele.ALLEGATO A - Rettifiche alla descrizione delladomanda di brevetto N?24868 A/82 depos itata iI20 Dicembre 1982 -contenute in N?4 Postille,richieste con istanza depositata il 20 Ottobre 1983POSTI LLA 1? pagina 4 RIga 25 dopo ?SCHIFF* oi inserisco*disciolte *POSTILLA 2? posine 8 rigo 2 si cancella *gli standarddelle* 9 si Inserisce la velocit? standardPOSTILLA 3? pagina 8 riga 3, si sostitu?sce *stati calco?lati* con *stato calcolato*POSTILLA 4- pagina 8# riga 16, si sostitu?sce P con Pt
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