RU2106723C1

RU2106723C1 - Electrolyte for oxygen (air)-metal chemical power source

Info

Publication number: RU2106723C1
Application number: RU96119541A
Authority: RU
Inventors: Г.И. Гуськова; Е.Б. Кулаков; С.Д. Севрук; А.А. Фармаковская
Original assignee: Московский государственный авиационный институт (технический университет); Научно-производственный комплекс источников тока "Альтернативная энергетика"; Гуськова Галина Ивановна; Кулаков Евгений Борисович; Севрук Станислав Доминикович; Фармаковская Ариадна Алексеевна
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-03-10

Abstract

FIELD: chemical power sources. SUBSTANCE: electrolyte contains alkali metal chloride and hydroxide solution with corrosion inhibiting additive. According to invention, this additive is alkali metal stannate and, as alkali metal, sodium is used, contents of components being the following (in wt %): sodium chloride, 5-30; sodium hydroxide, 0.5-25; sodium stannate, at least 0.2; and water, the balance. To enhance gelation suppression effect, electrolyte may be supplemented by less than 0.01 wt % of sodium carbonate, bicarbonate, and sulfate or by 0.001 to 1.0 wt % of organic flocculant based on polyacrylic compounds. EFFECT: improved performance and energetic characteristics of chemical power sources and increased coefficient of anode material utilization. 3 cl

Description

Изобретение относится к области химических источников тока (ХИТ), конкретно - к воздушно (кислородно) - алюминиевой (ВА) электрохимической системе. The invention relates to the field of chemical current sources (CIT), and in particular to an air (oxygen) - aluminum (VA) electrochemical system.

Известны электролиты для ВА ХИТ, представляющие собой водные растворы хлоридов лития, натрия, калия и аммония [1]. Недостаток данных электролитов связан с образованием нерастворимого гидроксида алюминия в виде геля, который заполняет поры газодиффузионного катода, адсорбируется на поверхности анода, блокируя ее, что приводит к падению мощности и прекращению работы элемента. Кроме того, эти электролиты имеют относительно низкую электропроводность, что ухудшает вольтамперную характеристику элемента. Electrolytes for VA Chit are known, which are aqueous solutions of lithium, sodium, potassium, and ammonium chlorides [1]. The lack of these electrolytes is associated with the formation of insoluble aluminum hydroxide in the form of a gel that fills the pores of the gas diffusion cathode, is adsorbed on the surface of the anode, blocking it, which leads to a decrease in power and termination of the cell. In addition, these electrolytes have a relatively low electrical conductivity, which degrades the current-voltage characteristic of the cell.

Известны электролиты для ВА ХИТ, в состав которых для борьбы с гелеобразованием вводят добавки коагулянтов [2]. Известны элеткролиты, в состав которых для увеличения электропроводности вводят добавку калиевой щелочи [3]. Known electrolytes for VA HIT, in the composition of which coagulants are added to combat gelation [2]. Known electrolytes, the composition of which to increase the electrical conductivity is added an addition of potassium alkali [3].

Из известных электролитов наиболее близким по совокупности существенных признаков является электролит состава Kl+KCl+KOH (водный раствор) [3]. Of the known electrolytes, the closest in combination of essential features is the electrolyte of the composition Kl + KCl + KOH (aqueous solution) [3].

Недостатками рассматриваемого электролита являются: увеличенная скорость коррозии анода, относительно низкое напряжение источника, гелеобразование при малой концентрации щелочи и высокая цена и дефицитность используемых реактивов, особенно йодида. The disadvantages of the electrolyte under consideration are: an increased rate of corrosion of the anode, a relatively low voltage of the source, gelation at a low concentration of alkali and the high price and scarcity of the reagents used, especially iodide.

Целью изобретения является снижение скорости коррозии анода, улучшение эксплуатационных и энергетических характеристик источника и повышение коэффициента полезного использования анодного материала. The aim of the invention is to reduce the corrosion rate of the anode, improve the operational and energy characteristics of the source and increase the efficiency of use of the anode material.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве электролита для воздушно-металлического ХИТ применен водный раствор хлорида и гидроксида щелочного металла с ингибирующей коррозию добавкой. В качестве добавки используется станнат щелочного металла, а в качестве щелочного металла взят натрий. В электролите соблюдается следующее соотношение компонентов:
NaCl 5-30 мас.%; NaOH 0,5-25 мас.%; Na₂SnO₃ не менее 0,1 мас.%; вода - остальное.This goal is achieved by the fact that as an electrolyte for an air-metal HIT an aqueous solution of an alkali metal chloride and hydroxide with a corrosion inhibiting additive is used. An alkali metal stannate is used as an additive, and sodium is taken as an alkali metal. In the electrolyte, the following ratio of components is observed:
NaCl 5-30 wt.%; NaOH 0.5-25 wt.%; Na ₂ SnO ₃ not less than 0.1 wt.%; water is the rest.

Для усиления эффекта подавления гелеобразования в электролит могут дополнительно вводиться добавки неорганического флокулянта из ряда соединений Na₂CO₃, NaHCO₃, Na₂SO₄ с концентрацией не менее 0,01 мас.% или органического флокулянта на основе полиакриловых соединений - полиакриламида (ПАА) и сополимера (ВПС) - с концентрацией в диапазоне 0,001-1,0 мас.%.In order to enhance the effect of gelation suppression, inorganic flocculant additives from a number of compounds of Na ₂ CO ₃ , NaHCO ₃ , Na ₂ SO ₄ with a concentration of at least 0.01 wt.% Or an organic flocculant based on polyacrylic compounds - polyacrylamide (PAA) can be additionally introduced into the electrolyte and copolymer (IPN) - with a concentration in the range of 0.001-1.0 wt.%.

Нижний предел определяется пороговой концентрацией добавки, обеспечивающей требуемый эффект, а верхний предел - технологией приготовления электролита. Кроме того, выше верхнего предела вводить добавку нецелесообразно, поскольку эффект может измениться на противоположный, а стоимость электролита увеличивается. The lower limit is determined by the threshold concentration of the additive, providing the desired effect, and the upper limit is determined by the electrolyte preparation technology. In addition, it is impractical to introduce an additive above the upper limit, since the effect can be reversed, and the cost of the electrolyte increases.

Пример. Example.

Для приготовления электролита были взяты приготовленные заранее растворы 4 М NaCl, 4 M NaOH+0,06 моль/л станната натрия, и 1% раствор ПАА в воде. Раствор ПАА готовили из твердого полимера. Приготовленные растворы смешивали так, чтобы соотношение концентраций NaCl и NaOH равнялось 5:1. К полученной смеси добавляли Na₂CO₃, NaHCO₃ или Na₂SO₄ в количестве 0,1 моль/л или раствор ПАА до концентрации 0,2 мас.%.To prepare the electrolyte, we prepared previously prepared solutions of 4 M NaCl, 4 M NaOH + 0.06 mol / L sodium stannate, and a 1% solution of PAA in water. The PAA solution was prepared from a solid polymer. The prepared solutions were mixed so that the concentration ratio of NaCl and NaOH was 5: 1. To the resulting mixture was added Na ₂ CO ₃ , NaHCO ₃ or Na ₂ SO ₄ in an amount of 0.1 mol / L or a PAA solution to a concentration of 0.2 wt.%.

Электролит заливали в ВА элемент, состоящий из анода из сплава алюминия с индием и газодиффузионного катода. Элемент разряжался при плотности тока j=400 А/м² в течение 8 ч.The electrolyte was poured into a VA cell, consisting of an anode of an alloy of aluminum with indium and a gas diffusion cathode. The element was discharged at a current density of j = 400 A / m ² for 8 hours.

Параллельно испытывался ВА элемент с электролитом 4 М NaCl. At the same time, a VA cell with an electrolyte of 4 M NaCl was tested.

Сравнительные эксперименты показали, что во всех предлагаемых электролитах гель либо отсутствует (образуется кристаллический осадок, легко удаляемый из элемента), либо флокулирует, приобретает некоторую гидрофобизацию поверхности, легко смывается с электродов и из внутренней полости элемента проточной водой даже после 2-х суток нахождения электродов в отработанном электролите. Работоспособность их при этом сохраняется. Напряжение на элементе с предлагаемыми электролитами во всех случаях на 0,3-0,5 B выше, чем на контрольном, а скорость коррозии анода такая же или ниже. Это позволяет сделать вывод о том, что заявленное техническое решение может быть реализовано и обеспечивает улучшение эксплуатационных и энергетических характеристик ВА элемента, а также повышает коэффициент использования анодного материала. Стоимость заявленного электролита ниже, чем у прототипа за счет исключения из состава наиболее дорогого и дефицитного компонента - йодида щелочного металла. Comparative experiments showed that in all the proposed electrolytes, the gel is either absent (a crystalline precipitate forms, which can be easily removed from the cell), or flocculates, acquires some hydrophobization of the surface, is easily washed off from the electrodes and from the internal cavity of the cell with running water even after 2 days of the electrodes in spent electrolyte. Their performance is maintained. The voltage on the cell with the proposed electrolytes in all cases is 0.3-0.5 V higher than on the control, and the corrosion rate of the anode is the same or lower. This allows us to conclude that the claimed technical solution can be implemented and provides improved operational and energy characteristics of the VA element, and also increases the utilization rate of the anode material. The cost of the claimed electrolyte is lower than that of the prototype due to the exclusion from the composition of the most expensive and scarce component - alkali metal iodide.

Список использованных источников
1. Кассюра В.П., Дмитренко С.В., Брауде И.М. Воздушно - алюминиевые элементы с водным солевым электролитом. "Электротехника", 1988, N 8, с.12-14.List of sources used
1. Kassyura V.P., Dmitrenko S.V., Braude I.M. Air - aluminum cells with aqueous salt electrolyte. "Electrical Engineering", 1988, N 8, pp. 12-14.

2. Drazie A.R., Despio S., Zecevic A.O., Proс. 11-th Jufern. Power Sourсes Symp. 1979. p. 353. 2. Drazie A.R., Despio S., Zecevic A.O., Proc. 11th th Jufern. Power Sources Symp. 1979. p. 353.

3. Chem. and Eng., 1988, N 3, p. 85-88г 3. Chem. and Eng., 1988, N 3, p. 85-88g

Claims

1. The electrolyte for an oxygen (air) - metal chemical current source containing an aqueous solution of alkali metal chloride and hydroxide and an additive, characterized in that the alkali metal stannate is used as an additive, and sodium is taken as an alkali metal in the following ratios of components, wt .%:
NaCl - 5 - 30
NaOH - 0.5 - 25
Na ₂ SnO ₃ - At least 0.1
Water - Else
2. The electrolyte according to claim 1, characterized in that it further comprises additives of compounds from the series Na ₂ CO ₃ , NaHCO ₃ , Na ₂ SO ₄ with a concentration of 0.01 - 1.4 wt.%.

3. The electrolyte according to claim 1, characterized in that it further comprises additives based on polyacrylic compounds with a concentration in the range of 0.001 - 1.0 wt.%.