RU2050637C1

RU2050637C1 - Cathode mass for chemical source of electric energy with aqueous-salt electrolyte

Info

Publication number: RU2050637C1
Application number: RU92015451A
Authority: RU
Inventors: С.К. Бычковский; Л.П. Есаян; Н.Т. Пилюс; И.П. Ярошевская; В.П. Кассюра; А.В. Осипова
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Квант"
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1992-12-30
Publication date: 1995-12-20

Abstract

FIELD: primary chemical sources of electric energy. SUBSTANCE: cathode mass of this chemical source of electric energy contains, per cent by mass: manganese dioxide 6.0-12.0; technical carbon (black) 9.0-12.0; activated carbon 14.0-16.0, zinc chloride 18.0-28.0; water-adsorbing additive 0.5-2.0; and water being the balance. Cathode mass can contain in addition 0.1-6.0 per cent by mass of perchlorate of metal selected from group including magnesium, zinc, calcium. EFFECT: facilitated manufacture, improved operational efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к химическим источникам тока (ХИТ) и касается состава катодной массы первичных ХИТ с водно-солевым электролитом воздушно-цинковой (ВЦ) системы. The invention relates to chemical current sources (CHIT) and relates to the composition of the cathode mass of primary CHIT with a water-salt electrolyte of an air-zinc (CC) system.

Известны герметичные водно-солевые ХИТ [1] содержащие влагоемкую добавку 0,1-0,2% обеспечивающую влажность активной массы до 19-22% и благодаря этому качественные технологические параметры (сыпучесть, прессуемость ее). Присутствие воды в катодной массе ВЦ-элемента необходимо, во-первых, для обеспечения технологических параметров, во-вторых, для повышения емкости ХИТ, так как в процессе его работы вода является расходуемым компонентом. Поэтому содержание воды стараются обеспечить на повышенном уровне, например, путем введения в катодную массу влагоемких добавок. Known sealed water-salt HIT [1] containing a moisture-sensitive additive of 0.1-0.2% providing moisture content of the active mass up to 19-22% and due to this high-quality technological parameters (flowability, compressibility of it). The presence of water in the cathode mass of the CC element is necessary, firstly, to ensure technological parameters, and secondly, to increase the capacity of the chemical element, since during its operation, water is a consumable component. Therefore, they try to provide the water content at an elevated level, for example, by introducing moisture-intensive additives into the cathode mass.

Однако в вышеуказанных ХИТ катодная масса по причине относительно невысокой влагоемкости не позволяет получить изделия с более высокой электрической емкостью (продолжительностью работы). However, in the aforementioned HIT cathode mass due to the relatively low moisture capacity does not allow to obtain products with a higher electric capacity (duration).

Наиболее близкой к изобретению является катодная масса для ВЦ ХИТ с водно-солевым электролитом [2] применяемая в настоящее время в производстве по рецептуре: Двуокись марганца 35-45% Графит 45% Активированный уголь 20-10% Хлорид аммония 15 г/100 г смеси
увлажнение электролитом 35% на 100 г сухой массы, который состоит из хлоридов солей аммония и цинка 23,5 и 6,1% соответственно, что в пересчете на влажную катодную массу составляет мас. Двуокись марганца 20-22 Активированный уголь 10-12 Графит 27-28 Хлорид аммония 20-22 Хлорид цинка 1,3-1,5 Вода 21,7-14,5
Содержание большого количества хлорида аммония и низкое содержание влаги в данной активной массе ведет к усиленному комплексообразованию и кристаллизации при разряде элемента, а высокое содержание (20-22%) дорогой и дефицитной двуокиси марганца ведет к значительному удорожанию изделия.Closest to the invention is the cathode mass for CC HIT with a water-salt electrolyte [2] currently used in production according to the recipe: Manganese dioxide 35-45% Graphite 45% Activated carbon 20-10% Ammonium chloride 15 g / 100 g of the mixture
moistening with an electrolyte of 35% per 100 g of dry mass, which consists of chlorides of ammonium and zinc salts of 23.5 and 6.1%, respectively, which in terms of wet cathode mass is wt. Manganese dioxide 20-22 Activated carbon 10-12 Graphite 27-28 Ammonium chloride 20-22 Zinc chloride 1.3-1.5 Water 21.7-14.5
The content of a large amount of ammonium chloride and the low moisture content in this active mass leads to increased complexation and crystallization upon discharge of the element, and the high content (20-22%) of expensive and scarce manganese dioxide leads to a significant increase in the cost of the product.

Для устранения указанных недостатков и получения высокотехнологичной катодной массы, отвечающей одновременно двум основным требованиям высокая влажность (не ниже 30%) и высокая пористость (пористая структура обеспечивает подвод кислорода к зоне реакции и достаточную поверхность трехфазной границы), предлагается катодная смесь с ненабухающей влагопоглощающей добавкой из группы соединений типа природных алюмосиликатов при следующем соотношении компонентов, мас. Двуокись марганца 6-12 Технический углерод (сажа) 9-12 Активированный уголь 14-16 Хлорид цинка 18-28 Влагопоглощающая добавка 0,5-2 Вода Остальное
Дополнительно в состав катодной массы могут быть введены перхлораты металла, выбранного из группы, содержащей магний, цинк, кальций, в количестве 0,1-6. Введение перхлоратов способствует удержанию влаги в процессе длительных разрядов и уменьшает саморазряд. При содержании перхлоратов выше 6% становится заметным снижение напряжения, которое наблюдается при присутствии в массе соединений хлорной кислоты.To eliminate these drawbacks and to obtain a high-tech cathode mass that meets simultaneously two main requirements, high humidity (at least 30%) and high porosity (the porous structure provides oxygen to the reaction zone and a sufficient surface of the three-phase boundary), a cathode mixture with a non-swelling moisture-absorbing additive from groups of compounds such as natural aluminosilicates in the following ratio of components, wt. Manganese dioxide 6-12 Carbon black (soot) 9-12 Activated carbon 14-16 Zinc chloride 18-28 Moisture-absorbing additive 0.5-2 Water Else
Additionally, perchlorates of a metal selected from the group consisting of magnesium, zinc, calcium, in an amount of 0.1-6, can be added to the cathode mass. The introduction of perchlorates helps to retain moisture during prolonged discharges and reduces self-discharge. When the content of perchlorates above 6% becomes noticeable decrease in voltage, which is observed in the presence in the mass of perchloric acid compounds.

Введение влагопоглощающей добавки в количестве 0,5-2% позволяет получить массу с влажностью 30-52,5% и содержанием хлорида цинка 18-28% Увеличение количества влаги при применении хлорцинкового солевого электролита позволяет получить катодную массу с высокими емкостными характеристиками. Кроме того, при этом соотношении компонентов обеспечивается получение технологической, легко прессуемой массы и соответственно катода с высокой пористостью и влажностью. The introduction of a moisture-absorbing additive in an amount of 0.5-2% allows you to get a mass with a moisture content of 30-52.5% and a zinc chloride content of 18-28%. An increase in the amount of moisture when using chlorzinc salt electrolyte allows you to get a cathode mass with high capacitive characteristics. In addition, with this ratio of components provides a technological, easily extruded mass and, accordingly, a cathode with high porosity and humidity.

Однако присутствие излишнего количества влагопоглощающей добавки заметно ухудшает электропроводимость катодной массы и тем самым увеличивает внутреннее сопротивление элементов, что может привести к падению их энергохарактеристик. Это обстоятельство не позволяет ввести в катод больше 2% добавки. However, the presence of an excessive amount of a moisture-absorbing additive noticeably worsens the electrical conductivity of the cathode mass and thereby increases the internal resistance of the elements, which can lead to a drop in their energy characteristics. This circumstance does not allow introducing more than 2% of the additive into the cathode.

На чертеже приведены кривые непрерывного разряда на ток 60 мА цилиндрических элементов ВЦ-системы типа R20 (373) с оптимальным составом активной массы: кривая 1 катодная масса с соотношением компонентов, мас. Двуокись марганца 12 Технический углерод (сажа) 10 Активированный уголь 16 Хлорид цинка 18 Влагопоглощающая добавка 2 Вода 42
кривая 2 катодная масса, содержащая перхлорат магния с соотношением компонентов, мас. Двуокись марганца 6 Технический углерод (сажа) 12 Активированный уголь 14 Хлорид цинка 22 Перхлорат магния 4,5 Влагопоглощающая добавка 0,5 Вода 41
кривая 3 представляет разряд стандартных герметичных ВЦ-элементов в габаритах R20 с катодной массой, не содержащей влагоемкой добавки, при влажности массы 18-21% и содержании двуокиси марганца 35-43% [3]
Удельные характеристики элементов типа R20 с катодами из предлагаемой массы и стандартной (серийной) при непрерывном режиме разряда током 60 мА до конечного напряжения 0,85 В составляет соответственно 95-100 Вт ˙ ч/кг против 30-35 Вт.ч/кг.The drawing shows curves of continuous discharge to a current of 60 mA of cylindrical elements of a CC system of type R20 (373) with the optimal composition of the active mass: curve 1 cathode mass with the ratio of components, wt. Manganese dioxide 12 Carbon black (soot) 10 Activated carbon 16 Zinc chloride 18 Moisture-absorbing additive 2 Water 42
curve 2 cathode mass containing magnesium perchlorate with a ratio of components, wt. Manganese dioxide 6 Carbon black (soot) 12 Activated carbon 14 Zinc chloride 22 Magnesium perchlorate 4.5 Moisture-absorbing additive 0.5 Water 41
curve 3 represents the discharge of standard sealed CC elements in dimensions R20 with a cathode mass that does not contain a moisture-intensive additive, with a moisture content of 18-21% and a manganese dioxide content of 35-43% [3]
The specific characteristics of elements of type R20 with cathodes from the proposed mass and standard (serial) with a continuous discharge mode with a current of 60 mA to a final voltage of 0.85 V are respectively 95-100 W ˙ h / kg versus 30-35 Wh / kg.

Claims

1. CATHODE MASS FOR A CHEMICAL SOURCE OF A CURRENT WITH A WATER-SALT ELECTROLYTE, containing manganese dioxide, a conductive carbon additive, activated carbon, zinc chloride and water, characterized in that a moisture-absorbing additive selected from the group of natural aluminosilicates is added to it, and carbon additives taken carbon black (soot), in the following ratio of components, wt.

Manganese Dioxide 6 12
Carbon black 9 12
Activated charcoal 14 16
Zinc Chloride 18 28
Moisture-absorbing additive 0.5 2.0
Water Else
2. The mass according to claim 1, characterized in that 0.1-6.0 wt. metal perchlorate selected from the group consisting of magnesium, zinc, calcium.