RU1828342C - Катодная композиция для высокотемпературного источника тока - Google Patents

Abstract

Использование высокотемпературные химические источники тока Сущность изобретени  катодна  композици  содержит в мас.% NiCI 10,0 - 30,0 и солевую систему галогенидов щелочных металлов 70,0 - 90.0. причем в качестве солевой системы могу использоватьс  хлориды кали  и натри  при соотношени  компонентов в мас.% NiCI 15,0 - 25Д Nad 33,0 - 37.4; КО 4Ј0 - 47,6 или фторида натри  и лити  при соотношении компонентов в мас.%- №С12 10.0 - 30.0 NaF 35.6 - 45.8 UP 34,4 - 442. 2зл ф-лы,5табп

Description

Изобретение относится к элементам устройств для преобразования химической энергии в электрическую, а именно к электродным композициям для катода. Такие композиции могут применяться для снаряжения высокотемпературных источников тока, в частности, пиротехнических генераторов электрического тока.

Целью предлагаемого технического решения является снижение гигроскопичности катодной композиции.

Отличительные признаки:
солевая система KCL NaCl является новой, неизвестной из других решений науки и техники;
эквимолярное соотношение компонентов в солевой системе KCl NaCl является новым, неизвестным из других решений науки и техники;
солевая система LiF NaF является новой, неизвестной из других технических решений;
эвтектическое соотношение фторидов лития и натрия является новым, неизвестным из других технических решений;
соотношение хлорида никеля и галогенидов щелочных металлов в катодной композиции является новым, неизвестным из других решений науки и техники.

Высокотемпературные источники тока нашли широкое применение в устройствах и объектах космической техники и других автономных объектах. Поэтому одним из важнейших требований к таким источникам тока является возможность их длительного хранения без снижения электрической мощности, что достигается, наряду с другими условиями, и высокой химической стабильностью используемых электродных композиций.

При использовании хлорида никеля в качестве материала катода удается получить высокие электрические характеристики, т.к. при этом наблюдается большая разность между потенциалом восстановления никеля и потенциалами окисления анодных материалов (Делимарский Ю.К. Электрохимия ионных расплавов. М. Металлургия, 1978). Однако хлорид никеля обладает сильной способностью поглощать влагу из воздуха и при хранении в атмосфере воздуха легко переходит в кристаллогидрат NiCl₂˙2H₂O. При просушивании этого вещества в атмосфере воздуха происходит его частичный переход в оксид никеля вследствие большого сродства никеля к кислороду, что наблюдается визуально и подтверждается термодинамическими расчетами. При этом снижается эффективность катодного материала. При осушении хлорида никеля по методике, предложенной в конечный продукт также не обладает достаточной стойкостью к влаге.

Для того, чтобы снизить гигроскопичность катодного материала хлорид никеля может быть использован в композиции с негигроскопичными солевыми системами, в частности галогенидов щелочных металлов. Галогениды щелочных металлов известны как электролиты для высокотемпературных источников тока, но не известны в качестве компонентов катода.

Количество хлорида никеля в этой системе определяется несколькими факторами: необходимым временем работы источника и гигроскопичностью композиции. Экспериментальные данные о способности влагопоглощения композиций NiCl₂ KCl NaCl и NiCl₂ LiF NaF с различным содержанием хлорида никеля приведены в табл. 1 и 2. Из них следует, что при введении в состав NiCl₂ KCl NaCl более 25% и в состав NiCl₂ LiF NaF более 30% хлорида никеля композиции поглощают большое количество влаги, поэтому их использование в качестве катодных материалов не целесообразно.

При снаряжении источника тока установлено, что катодная матрица заполняется примерно 0,1 г активного материала. В таблице 3 приведено время работы такого источника при различной концентрации хлорида никеля, из которой следует, что при концентрации не более 20% время работы достаточное для совершения ряда операций.

На основании данных табл.1, 2, 3 можно сделать вывод о целесообразности введения в состав NiCl₂ KCl NaCl 15-25% NiCl₂, и в состав NiCl₂ LiF NaF 10,08-30% NiCl₂, что позволяет обеспечить достаточное время работы указанного выше источника тока при меньшей гигроскопичности катодной композиции. Электрические характеристики при этом не снижаются (табл.5, 4). При меньшей концентрации хлорида никеля в катодных композициях время работы генератора мало.

Использование в катодной композиции солевой системы KCl NaCl эквимолярного состава и эвтектики LiF NaF обусловлено двумя основными факторами:
во-первых, негигроскопичностью как индивидуальных солей, так и их системы;
во-вторых, для быстрого достижения источником тока максимальных электрических характеристик и длительного времени работы необходимо, чтобы солевая система имела низкую температуру плавления. При эквимолярном соотношении хлоридов калия и натрия и эвтектическом соотношении фторидов лития и натрия эта система имеет минимальную температуру плавления, которая значительно ниже температур плавления этих веществ.

Большое количество электролита в катодной композиции обеспечивает ее высокую ионную проводимость, что позволяет использовать такую композицию в качестве наполнителя пористого сепаратора, разделяющего анод и катод источника тока.

Пример практического выполнения.

Для приготовления катодных композиций использовались компоненты квалификаций "хч". Хлорид никеля предварительно готовился по методике, изложенной в 1096223, просушивался, возгонялся, затем пары кристаллизовались, для испытаний отбиралась фракция, кристаллизующаяся при температуре 700^оС. Хлориды и фториды щелочных металлов прокаливались при 700^оС. Затем из хлоридов приготовлялась эквимолярная смесь: 43,95 мас. NaCl и 56,05 мас. KCl (на 50 г смеси брали 21,98 г NaCl и 28,02 г KCl). Для этого навески веществ смешивались сначала вручную, а затем в шаровой мельнице в течение 1 ч, после чего смесь расплавлялась в муфеле при 700^оС в атмосфере аргона. В расплав KCl NaCl вводился хлорид никеля, в количестве, соответствующем выбранной композиции. Так, для приготовления композиции поз. 4 табл.1 количество хлорида никеля составляло 12,5 г, а система KCl NaCl 50,0 г. Из расплава катодной композиции происходило заполнение катодной матрицы этим расплавом для снаряжения генераторов, конструкция которых описана в 304254.

Композиции с фторидами щелочных металлов приготавливались аналогичным образом: сначала эвтектика LiF NaF, в расплав которой затем вводился хлорид никеля.

Использование предлагаемого технического решения позволит значительно повысить устойчивость катодной композиции к влаге (с использованием системы NiCl₂ -NaCl KCL более чем в 2 раза, системы LiF- NaF NiCl₂ более, чем в 15 раз), что позволяет увеличить гарантийный срок хранения изделия.

Claims (1)

1. КАТОДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИСТОЧНИКА ТОКА, включающая хлорид никеля, отличающаяся тем, что, с целью снижения ее гигроскопичности и повышения предельной плотности тока разряда, она дополнительно содержит солевую систему галогенидов щелочных металлов, мас.

NiCl₂ 10,0 30,0
Солевая кислота галогенидов щелочных металлов 70,0 90,0
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве солевой системы галогенидов щелочных металлов содержит хлориды калия и натрия в эквимолярном соотношении при общем соотношении компонентов, мас.

NiCl₂ 15,0 25,0
NaCl 33,0 37,4
KCl 42,0 47,6
3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве солевой системы галогенидов щелочных металлов содержит фториды натрия и лития эвтектического состава при общем соотношении компонентов, мас.

NiCl₂ 10,0 30,0
NaF 35,6 45,8
LiF 34,4 44,2

Images