RU2016443C1

RU2016443C1 - Cathode material

Info

Publication number: RU2016443C1
Application number: SU915003292A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Волков; В.Б. Черепанов; А.М. Тибогайкин; А.Л. Вяткин; П.А. Кокорин; В.П. Новгородцев; А.А. Кочнев
Original assignee: Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: thermochemical sources of current. SUBSTANCE: cathode mass has, wt. -%: oxide vanadium bronze Cu_xV₂O₅, where 0.3 0.3≅ x≅ 0.85 0.85, at quantity 20.0-33.3, and vanadium oxide V₂O₄ - 66.7-80.0. EFFECT: enhanced quality of cathode material. 1 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике и касается катодного материала химического источника тока, в частности термоэлектрохимических батарей, содержащих анод, катод и электролит между ними. The invention relates to electrical engineering and relates to a cathode material of a chemical current source, in particular thermoelectrochemical batteries containing an anode, a cathode and an electrolyte between them.

Известен катодный материал из оксидной ванадиевой бронзы (ОВБ) состава Cu_0,4V₂O₅.Known cathode material of oxide vanadium bronze (OVB) composition Cu _0,4 V ₂ O ₅ .

Недостатками данного катодного материала является низкое разрядное напряжение в импульсном режиме (1,8 В при токе 1 А/см²), быстрый спад напряжения и низкая энергоемкость.The disadvantages of this cathode material are low discharge voltage in a pulsed mode (1.8 V at a current of 1 A / cm ² ), a rapid decrease in voltage and low energy consumption.

Наиболее близким к предлагаемому по химическому составу и назначению является катодный материал, состоящий из смеси ОВБ Li_xV₂O₅ (0,88≅ x ≅1) или LiV₃O₈ и оксидов VO₂ ₊ _y (0≅ y ≅0,05) или V₆O₁₃ + y (0 ≅ y≅ 0,5).The closest to the proposed chemical composition and purpose is a cathode material consisting of a mixture of OVB Li _x V ₂ O ₅ (0.88≅ x ≅1) or LiV ₃ O ₈ and oxides VO ₂ ₊ _y (0≅ y ≅0, 05) or V ₆ O ₁₃ + y (0 ≅ y≅ 0.5).

Недостатками этого катодного материала являются низкое разрядное напряжение в импульсном режиме (1,8 В при токе 1 А/см²) и малая энергоемкость.The disadvantages of this cathode material are low discharge voltage in a pulsed mode (1.8 V at a current of 1 A / cm ² ) and low power consumption.

Цель изобретения - повышение напряжения и удельных характеристик источника тока. The purpose of the invention is to increase the voltage and specific characteristics of the current source.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве катодного материала используют смесь соединений состава Cu_xV₂O₅˙nV₂O₄, где 0,3 ≅ х ≅ 0,85 и 2 ≅ n ≅ 4.This goal is achieved in that as a cathode material using a mixture of compounds of the composition Cu _x V ₂ O ₅ ˙nV ₂ O ₄ , where 0.3 ≅ x ≅ 0.85 and 2 ≅ n ≅ 4.

Данный катодный материал получают по обычной керамической технологии. Исходные вещества, взятые в стехиометрических количествах согласно реакции
xCu + (n + 1)V₂O₅ + n/2C ->>
->>Cu_xV₂O₅˙nV₂O₄ + n/2CO₂ перетирают, брикетируют и прокаливают в атмосфере аргона в течение 5 ч сначала при 550, а затем 650^оС. Состав полученного катодного материала контролируют рентгенофазовым методом анализа.This cathode material is obtained by conventional ceramic technology. Starting materials taken in stoichiometric amounts according to the reaction
xCu + (n + 1) V ₂ O ₅ + n / 2C - >>
- >> Cu _x V ₂ O ₅ ˙nV ₂ O ₄ + n / 2CO ₂ is ground, briquetted and calcined in an argon atmosphere for 5 hours first at 550 and then 650 ° ^C. The composition of the resulting cathode material is controlled by X-ray analysis method.

Катод источника тока формируют путем напрессования катодного материала на никелевую металлическую подложку. Затем собирают элемент путем сжатия токоотводами катода, таблетки электролита и анода из сплава лития с бором (25 мас.% бора и остальное литий). В качестве электролита используют эвтектическую смесь хлорида, бромида и фторида лития состава, мол.%: LiCl - 31, LiBr - 47 и LiF - 22. Элемент активируют нагреванием до температуры 500-700^оС и проводят его разряд в выбранном режиме.The cathode of the current source is formed by pressing the cathode material onto a nickel metal substrate. The cell is then assembled by compression of the cathode, the electrolyte pellet and the anode of a lithium alloy with boron (25 wt% boron and the rest lithium) by current collectors. As the electrolyte used a eutectic mixture of chloride, bromide and lithium fluoride composition, mole%:. LiCl - 31, LiBr - 47 and LiF - 22. The element is activated by heating to a temperature of ^about 500-700 C and it is carried out the discharge in the selected mode.

В таблице приведены данные по разрядным характеристикам элементов, собранных с предложенными катодными материалами в импульсном режиме при разрядном токе 1 А/см², длительности импульса 100 м.сек и температуре 500-700^оС.The table shows the data on the discharge characteristics of the elements collected with the proposed cathode materials in a pulsed mode at a discharge current of 1 A / cm ² , a pulse duration of 100 ms and a temperature of 500-700 ^about C.

Согласно этим результатам катодный материал Cu_xV₂O₅˙nV₂O₄ (0,3 ≅ x ≅ 0,85 и 2 ≅ n ≅ 4) обладает самыми высокими характеристиками по сравнению с прототипом. При х меньше 0,3 в соединениях Cu_xV₂O₅ присутствует примесь V₂O₅, а при х больше 0,85 резко снижаются напряжение и удельные характеристики источника тока (см. таблицу). Величина 2 ≅ n≅ 4 является оптимальной и обеспечивает высокие характеристики источника тока. При х меньше 2 и больше 4 напряжение и удельные характеристики катодного материала уменьшаются (см. таблицу).According to these results, the cathode material Cu _x V ₂ O ₅ ˙nV ₂ O ₄ (0.3 ≅ x ≅ 0.85 and 2 ≅ n ≅ 4) has the highest characteristics compared to the prototype. When x is less than 0.3 in the Cu _x V ₂ O ₅ is present the admixture of V ₂ O ₅ compounds, and when x is greater than 0.85 are sharply reduced voltage and current characteristics of the specific source (see. Table). The value 2 ≅ n≅ 4 is optimal and provides high characteristics of the current source. When x is less than 2 and greater than 4, the voltage and specific characteristics of the cathode material decrease (see table).

Таким образом, химические источники тока с предлагаемым катодным материалом Cu_xV₂O₅˙nV₂O₄ (0,3≅ x≅ 0,85 и 2≅ n≅ 4) обладают лучшими удельными характеристиками по сравнению с основными известными. По сравнению с прототипом LiV₂O₅˙2V₂O₄ использование смеси Cu_xV₂O₅˙nV₂O₄ в качестве катодного материала химических источников тока позволяет увеличить разрядное напряжение одного элемента максимум в ≈ 1,3 раза, удельную емкость в ≈ 3,2 раза и удельную энергию в ≈ 3,6 раза при разрядном токе 1 А/см² и температуре 500-700^оС.Thus, chemical current sources with the proposed cathode material Cu _x V ₂ O ₅ ˙ nV ₂ O ₄ (0.3 ≅ x ≅ 0.85 and 2 ≅ n ≅ 4) have better specific characteristics compared to the main known ones. Compared with the prototype LiV ₂ O ₅ ˙ 2V ₂ O _{4, the} use of a mixture of Cu _x V ₂ O ₅ ˙ nV ₂ O ₄ as the cathode material of chemical current sources makes it possible to increase the discharge voltage of one element by a maximum of ≈ 1.3 times, the specific capacity in ≈ 3.2 times and specific energy ≈ 3.6 times at a discharge current of 1 A / cm ² and a temperature of 500-700 ^о С.

Claims

Cathode material based on a mixture of vanadium oxide bronzes with vanadium oxides, characterized in that, in order to increase the voltage and specific characteristics of the current source, the compound Cu _x V ₂ O ₅ , where 0.3 ≅ x ≅ 0, is taken as vanadium oxide bronze. 85, as the vanadium oxide compound V ₂ O ₄ in the following ratio of components, mol.%:
Cu _x V ₂ O ₅ 20.0 - 33.3
V ₂ O ₄ 66.7 - 80.0