RU2301479C2 - Pyrotechnical electric current supply - Google Patents

Pyrotechnical electric current supply Download PDF

Info

Publication number
RU2301479C2
RU2301479C2 RU2004137685/09A RU2004137685A RU2301479C2 RU 2301479 C2 RU2301479 C2 RU 2301479C2 RU 2004137685/09 A RU2004137685/09 A RU 2004137685/09A RU 2004137685 A RU2004137685 A RU 2004137685A RU 2301479 C2 RU2301479 C2 RU 2301479C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zirconium
separator
cathode
mixture
anode
Prior art date
Application number
RU2004137685/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Михайлович Варёных (RU)
Николай Михайлович Варёных
нюк В чеслав Васильевич Прос (RU)
Вячеслав Васильевич Просянюк
Александр Иванович Спорыхин (RU)
Александр Иванович Спорыхин
Иван Степанович Суворов (RU)
Иван Степанович Суворов
Original Assignee
Николай Михайлович Варёных
Вячеслав Васильевич Просянюк
Александр Иванович Спорыхин
Иван Степанович Суворов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Михайлович Варёных, Вячеслав Васильевич Просянюк, Александр Иванович Спорыхин, Иван Степанович Суворов filed Critical Николай Михайлович Варёных
Priority to RU2004137685/09A priority Critical patent/RU2301479C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2301479C2 publication Critical patent/RU2301479C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y02E60/12

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Primary Cells (AREA)

Abstract

FIELD: conversion of exothermal composition chemical energy into electricity; stand-by high-temperature expendable current supplies.
SUBSTANCE: proposed pyrotechnical electric current supply has electrodes in the form of pyrotechnical composition plates with separator in-between made in the form of asbestos and lithium fluoride or asbestos and alkali-earth metal, or metal fluoride mixture. Thickness ratio of anode, cathode, and separator is (0.9 - 1.2) : (0.4- 0.9) : (0.4 : ).9); anode fuel is zirconium or its mixture with titanium and that of cathode is zirconium; anode oxidant is barium chromate or cupric oxide and that of cathode is cupric oxide. Cathode and separator incorporate in addition silicon dioxide and zirconium dioxide (zirconia), or mixture thereof, proportion of ingredients in electrodes and in separator being as follows, mass percent: anode: zirconium or zirconium and titanium mixture, 35 - 83; barium chromate or cupric oxide, 15 - 53; asbestos, 2 - 12; cathode: zirconium, 2 - 28; cupric oxide, 50 - 86; silicon dioxide and zirconium (zirconia) or mixture thereof, 2 - 20; asbestos, 2 - 10; separator: asbestos, 2 - 6; lithium fluoride or alkali-earth metal fluoride, or fluoride mixture thereof, 34 - 78; silicon dioxide and zirconium (zirconia) or silicon dioxide and zirconium dioxide mixture, 20 - 60.
EFFECT: enhanced stability of performance characteristics.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам электрического тока одноразового действия, предназначенным для работы в режиме ожидания. Они используются для автономного задействования и питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств, исполнительных механизмов и систем управления (мостики накаливания, пиротехнические энергодатчики, реле, микроэлектродвигатели и т.д.), а также для автономного задействования и питания систем оповещения, автоматического пожаротушения, блокировки и других целей.The invention relates to devices for the direct conversion of chemical energy into electrical energy, in particular to high-temperature standby sources of electric current of a single action, designed to work in standby mode. They are used for autonomous activation and supply of on-board equipment, instruments and devices, actuators and control systems (incandescent bridges, pyrotechnic energy sensors, relays, microelectric motors, etc.), as well as for autonomous activation and supply of warning systems, automatic fire extinguishing, blocking and other purposes.

Известен пиротехнический источник (генератор) электрического тока (ПГЭТ) по патенту РФ №2018782, МКИ F42C 11/00; Н01М 6/20 от 1994 г., состоящий из токовыводов и разделенных сепаратором анода и катода, выполненных из пиротехнических составов в виде прессованных зарядов. Отношение диаметра к высоте каждого заряда (электрода) равно 2,0...2,5, анод выполнен с избытком горючего из смеси фторида свинца, магния и фторида лития, катод - с избытком окислителя из смеси фторида свинца, алюминия и фторида лития, сепаратор - из пористого диэлектрика.Known pyrotechnic source (generator) of electric current (PGET) according to the patent of the Russian Federation No. 20188782, MKI F42C 11/00; Н01М 6/20 from 1994, consisting of current leads and anode and cathode separated by a separator, made of pyrotechnic compositions in the form of pressed charges. The ratio of the diameter to the height of each charge (electrode) is 2.0 ... 2.5, the anode is made with an excess of fuel from a mixture of lead fluoride, magnesium and lithium fluoride, the cathode is made with an excess of oxidizer from a mixture of lead fluoride, aluminum and lithium fluoride, the separator is made of porous dielectric.

Основными недостатками известного устройства являются малое время работы (генерирования электрического тока) и длительный выход ПГЭТ на режим. Это обусловлено как низкой скоростью горения пиротехнических электродов, содержащих плавящийся при горении электродов электролит - фторид лития, так и инертностью пористого сепаратора, на заполнение которого и образование ионного контакта между электродами требуется значительное время. Кроме того, ПГЭТ предназначен для работы только в качестве одноэлементного источника тока, т.е. его напряжение и сила тока недостаточны для решения большинства задач, а характеристики нестабильны из-за вытекания расплавленного свинца (продукта реакции электродов) и замыкания металлическим расплавом электродов и ячеек.The main disadvantages of the known device are the short operating time (generating an electric current) and the long-term output of the PSET on the mode. This is due to both the low burning rate of the pyrotechnic electrodes containing the electrolyte - lithium fluoride melting during the burning of the electrodes, and the inertia of the porous separator, which takes a considerable time to fill and form an ion contact between the electrodes. In addition, PGET is designed to operate only as a single-element current source, i.e. its voltage and current strength are insufficient to solve most problems, and the characteristics are unstable due to leakage of molten lead (the reaction product of the electrodes) and short circuiting of the electrodes and cells by the molten metal.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является пиротехнический генератор (источник) электрического тока по патенту РФ №2095745, МКИ F42C 11/00; Н01М 6/20. Названный ПГЭТ состоит из металлических токовыводов и разделенных сепаратором анода и катода, выполненных в виде пластин из пиротехнических составов, причем анод, катод и сепаратор в качестве связующего содержат асбест и выполнены с отношением максимального габаритного размера к их толщине от 20 до 130. Отношение толщин анода, сепаратора и катода составляет соответственно 1:1:1. В качестве горючего анод и катод содержат цирконий, в качестве окислителя анод содержит барий хромовокислый или оксид меди, а катод - оксид меди. Сепаратор кроме асбеста содержит фторид лития, или фторид щелочноземельного металла, или их смесь при следующем соотношении компонентов (в % по массе):The closest technical solution (prototype) is a pyrotechnic generator (source) of electric current according to the patent of the Russian Federation No. 2095745, MKI F42C 11/00; H01M 6/20. The named PGET consists of metal current leads and anode and cathode separated by a separator, made in the form of plates of pyrotechnic compositions, the anode, cathode and separator asbestos containing asbestos and made with a ratio of the maximum overall size to their thickness from 20 to 130. The ratio of the thickness of the anode , the separator and the cathode is 1: 1: 1, respectively. As a fuel, the anode and cathode contain zirconium, as the oxidizing agent, the anode contains barium chromate or copper oxide, and the cathode contains copper oxide. In addition to asbestos, the separator contains lithium fluoride, or alkaline earth metal fluoride, or a mixture of them in the following ratio of components (in% by weight):

анод:anode:

цирконийzirconium 37-8337-83 барий хромовокислый илиbarium chromate or оксид медиcopper oxide 15-5115-51 асбестasbestos 2-122-12

катод:cathode:

цирконийzirconium 3-283-28 оксид медиcopper oxide 60-9560-95 асбестasbestos 2-122-12

сепаратор:separator:

асбестasbestos 3-203-20 фторид лития, или фторидlithium fluoride, or fluoride щелочноземельного металла,alkaline earth metal или их смесьor their mixture 80-97.80-97.

Сепаратор может содержать дополнительно оксид циркония в количестве до 60% по массе.The separator may additionally contain zirconium oxide in an amount up to 60% by weight.

Основными недостатками прототипа являются низкие и нестабильные значения тока и напряжения, обусловленные, прежде всего, высоким и нестабильным внутренним сопротивлением ПГЭТ из-за неупорядоченной структуры высокотемпературных продуктов взаимодействия катода и сепаратора, что приводит к "подкороткам", шумам и "провалам" тока.The main disadvantages of the prototype are low and unstable values of current and voltage, due primarily to the high and unstable internal resistance of the PEG due to the disordered structure of the high-temperature products of the interaction of the cathode and separator, which leads to short circuits, noise, and current dips.

Задачей настоящего изобретения является создание пиротехнического источника электрического тока (ПИТ) с высокими и стабильными значениями силы тока и напряжения.The present invention is the creation of a pyrotechnic source of electric current (PIT) with high and stable values of current strength and voltage.

Указанная задача решается тем, что пиротехнический источник электрического тока, состоящий из металлических токовыводов, анода и катода, выполненных в виде пластин из пиротехнических составов, причем анод в качестве горючего содержат цирконий, а в качестве окислителя - барий хромовокислый или оксид меди, катод в качестве горючего содержит цирконий, а в качестве окислителя - оксид меди, и сепаратора, выполненного в виде пластины, расположенной между анодом и катодом, и содержащего фторид лития, или фторид щелочноземельного металла, или их смесь, при этом сепаратор может содержать дополнительно диоксид циркония, анод, катод и сепаратор в качестве связующего содержат асбест, выполнен с отношением толщин анода, катода и сепаратора (0,9-1,2):(0,4-0,9):(0,4-0,9), катод и сепаратор дополнительно содержат двойной оксид кремния и циркония (циркон), или его смесь с диоксидом циркония, а в качестве горючего анод содержит цирконий или его смесь с титаном при следующем соотношении компонентов в электродах и сепараторе (в % по массе):This problem is solved by the fact that the pyrotechnic source of electric current, consisting of metal current leads, anode and cathode, made in the form of plates of pyrotechnic compositions, the anode containing zirconium as fuel, and barium chromic acid or copper oxide as the oxidizing agent, and the cathode as the fuel contains zirconium, and as an oxidizing agent - copper oxide, and a separator made in the form of a plate located between the anode and cathode and containing lithium fluoride, or alkaline earth metal fluoride, or mixture, while the separator may additionally contain zirconia, the anode, cathode and separator as a binder contain asbestos, is made with the ratio of the thickness of the anode, cathode and separator (0.9-1.2) :( 0.4-0.9) : (0.4-0.9), the cathode and separator additionally contain double silicon oxide and zirconium (zircon), or a mixture thereof with zirconium dioxide, and as a combustible anode contains zirconium or its mixture with titanium in the following ratio of components in the electrodes and separator (% by weight):

анод:anode:

цирконий или его смесь с титаномzirconium or its mixture with titanium 35-8335-83 барий хромовокислый или оксид медиbarium chromate or copper oxide 15-5315-53 асбестasbestos 2-12,2-12,

катод:cathode:

цирконийzirconium 2-282-28 оксид медиcopper oxide 50-8650-86 двойной оксид кремния и цирконияdouble silica and zirconium (циркон) или его смесь с диоксидом(zircon) or its mixture with dioxide цирконияzirconium 2-202-20 асбестasbestos 2-10,2-10,

сепаратор:separator:

асбестasbestos 2-62-6 фторид лития, или фторидlithium fluoride, or fluoride щелочноземельного металла,alkaline earth metal или смесь фторидов металловor a mixture of metal fluorides 34-7834-78 двойной оксид кремния и цирконияdouble silica and zirconium (циркон) или его смесь(zircon) or its mixture с диоксидом цирконияwith zirconium dioxide 20-60.20-60.

Основными отличиями заявляемого устройства от прототипа являются новые соотношения толщин электродов и сепаратора, наличие в катоде и электролите двойного оксида кремния и циркония (циркона) или его смеси с диоксидом циркония, наличие титана в аноде, новые рецептурные решения анода, катода и сепаратора (смеси фторидов металлов в сепараторе, образующие при плавлении эвтектики или легкоплавкие растворы).The main differences of the claimed device from the prototype are new ratios of the thicknesses of the electrodes and the separator, the presence in the cathode and electrolyte of double silicon oxide and zirconium (zircon) or its mixture with zirconium dioxide, the presence of titanium in the anode, new prescription solutions of the anode, cathode and separator (fluoride mixture metals in the separator, forming eutectics or fusible solutions during melting).

При отношении толщины катода к толщине анода менее 0,4 катод не воспламеняется от инициирующего импульса и не сгорает (толщина катода становится критической), а ПИТ не генерирует электрического тока, так как не обеспечивается расплавление электролита в сепараторе (фторида лития, или фторида щелочноземельного металла, или смеси фторидов металлов). При отношении толщины катода к толщине анода более 0,9 сгорание катода и анода сопровождается выделением избыточного количества тепла, которое вызывает термическое разложение оксида меди в катоде на металл (медь) и газообразный кислород. Это снижает напряжение ПИТ из-за недостаточного количества катодного материала для протекания электрохимических процессов. Одновременно происходит перегрев катода и электролита в сепараторе, вытекание электролита и меди, замыкание ячеек электропроводными продуктами и снижение стабильности характеристик. При отношении толщины сепаратора к толщине анода менее 0,4 происходит снижение напряжения из-за недостаточного количества электролитного материала для протекания электрохимических процессов между электродами. При отношении толщины сепаратора к толщине анода более 0,9 происходит снижение напряжения из-за недостаточного количества тепла, выделившегося при сгорании пиротехнических электродов, для расплавления электролита в сепараторе и нагрева его до оптимальной температуры.When the ratio of the cathode thickness to the thickness of the anode is less than 0.4, the cathode does not ignite from the initiating pulse and does not burn (the cathode thickness becomes critical), and the PIT does not generate electric current, since the electrolyte is not melted in the separator (lithium fluoride, or alkaline earth metal fluoride , or a mixture of metal fluorides). When the ratio of the cathode thickness to the thickness of the anode is more than 0.9, the combustion of the cathode and anode is accompanied by the release of excess heat, which causes thermal decomposition of copper oxide in the cathode into metal (copper) and gaseous oxygen. This reduces the voltage of the PIT due to the insufficient amount of cathode material for electrochemical processes. At the same time, the cathode and electrolyte overheat in the separator, the electrolyte and copper flow out, the cells are closed with electrically conductive products and the stability of the characteristics decreases. When the ratio of the thickness of the separator to the thickness of the anode is less than 0.4, the voltage decreases due to the insufficient amount of electrolyte material for electrochemical processes between the electrodes. When the ratio of the thickness of the separator to the thickness of the anode is more than 0.9, the voltage decreases due to insufficient heat generated during the combustion of pyrotechnic electrodes to melt the electrolyte in the separator and heat it to the optimum temperature.

Двойной оксид кремния и циркония (циркон) в соответствии с техническими условиями на упомянутый продукт предназначен для производства огнеупорных изделий и материалов, эмалей и глазурей, стекол, металлического циркония, ферросплавов и лигатур с цирконием, а также для использования его в литейном производстве и т.д. (ОСТ 48-82-81). В заявляемом устройстве введение циркона в состав катода и сепаратора позволяет уменьшить количество связующего (асбеста) в катоде и сепараторе, оптимизирует тепловые процессы за счет частичной диссоциации циркона в волне горения катода, что сглаживает пик температуры. Кроме того, эта добавка повышает стабильность напряжения, т.к. улучшает структуру продуктов реакции как катода, так и продуктов взаимодействия катода с сепаратором, уменьшает возможность снижения толщины продуктов реакции по сравнению с толщиной исходных образцов, что сохраняет качество электрических контактов, сводит до минимума возможность вытекания жидких электропроводных продуктов реакции (электролит, металлическая медь). Подобную задачу выполняет и диоксид циркония в смеси с цирконом (у чистого диоксида циркония это свойство проявляется в значительно меньшей степени). При содержании в сепараторе менее 20, а в катоде менее 2% циркона, или его смеси с диоксидом циркония по массе не обеспечиваются упорядочение структуры упомянутых продуктов и стабильность напряжения. При введении в катод более 20, а в сепаратор более 60% по массе двойного оксида кремния и циркония (циркона), или его смеси с диоксидом циркония недопустимо уменьшаются скорость горения, калорийность и интенсивность токообразующих процессов, что снижает характеристики ПИТ, и их стабильность.Double silicon oxide and zirconium (zircon) in accordance with the technical specifications for the mentioned product is intended for the production of refractory products and materials, enamels and glazes, glasses, zirconium metal, ferroalloys and ligatures with zirconium, as well as for use in foundry, etc. d. (OST 48-82-81). In the inventive device, the introduction of zircon into the cathode and the separator can reduce the amount of binder (asbestos) in the cathode and the separator, optimizes thermal processes due to the partial dissociation of zircon in the cathode combustion wave, which smoothes the temperature peak. In addition, this additive improves voltage stability, as improves the structure of the reaction products of both the cathode and the products of the interaction of the cathode with the separator, reduces the possibility of reducing the thickness of the reaction products compared to the thickness of the initial samples, which preserves the quality of electrical contacts, minimizes the possibility of leakage of liquid electrically conductive reaction products (electrolyte, metallic copper). A similar task is performed by zirconia mixed with zircon (in pure zirconium dioxide this property is manifested to a much lesser extent). When the separator contains less than 20, and less than 2% zircon in the cathode, or its mixture with zirconium dioxide by weight, the structure of the mentioned products and the voltage stability are not ensured. When introducing into the cathode more than 20%, and into the separator, more than 60% by weight of double silicon oxide and zirconium (zircon), or its mixture with zirconium dioxide, the burning rate, calorific value and intensity of current-forming processes are unacceptably reduced, which reduces the characteristics of PIT and their stability.

Дополнительно введенный в анод титан способствует уменьшению сопротивления продуктов реакции анода и внутреннего сопротивления ПИТ, а также его стабилизации, в первую очередь благодаря дополнительному образованию при работе ПИТ токопроводящих продуктов реакции (с электронной проводимостью) в аноде, что увеличивает и стабилизирует напряжение.In addition, titanium introduced into the anode helps to reduce the resistance of the anode reaction products and the internal resistance of the PIT, as well as its stabilization, primarily due to the additional formation of conductive reaction products (with electronic conductivity) in the anode during PIT operation, which increases and stabilizes the voltage.

В заявляемом устройстве асбест является связующим. Наличие в катоде и электролите двойного оксида кремния и циркония (циркона), или его смеси с диоксидом циркония позволяет уменьшить количество асбеста, что способствует увеличению разности потенциалов между электродами и напряжения на нагрузке. При содержании асбеста в электродах и сепараторе менее 2% по массе не обеспечиваются прочность изделий и требуемая интенсивность протекания токообразующих процессов. При введении асбеста в электроды более 10-12%, а в сепаратор более 6% по массе недопустимо уменьшаются скорость горения и калорийность электродов, увеличивается объем газообразных продуктов сгорания, что снижает номинальные значения характеристик ПИТ и их стабильность (не обеспечивается увеличение характеристик по сравнению с прототипом).In the inventive device, asbestos is a binder. The presence of double silicon oxide and zirconium (zircon) in the cathode and electrolyte, or its mixture with zirconium dioxide, reduces the amount of asbestos, which increases the potential difference between the electrodes and the voltage at the load. When the asbestos content in the electrodes and the separator is less than 2% by weight, the strength of the products and the required intensity of the current-forming processes are not ensured. When asbestos is introduced into the electrodes more than 10-12%, and into the separator more than 6% by weight, the burning rate and calorific value of the electrodes are unacceptably reduced, the volume of gaseous products of combustion increases, which reduces the nominal values of the PIT characteristics and their stability (an increase in characteristics is not provided compared to prototype).

Цирконий и титан являются горючими, оксид меди и барий хромовокислый выполняют функции окислителя. В заявляемом устройстве происходит выделение тепла после прохождения фронта горения по электродам за счет взаимодействия высокотемпературных продуктов сгорания анода и катода между собой через сепаратор в диффузионном режиме в количестве, компенсирующем тепловые потери в окружающую среду. Это обеспечивает равномерность распределения температуры по всему объему источника тока (тепло выделяется в каждом тонком электроде электрохимической ячейки). Все это способствует увеличению напряжения и силы тока и их стабилизации за счет исключения возможности перегрева и замыканий, вызывающих шумы, "подкоротки" и другие проявления нестабильности названных характеристик.Zirconium and titanium are combustible, copper oxide and barium chromate act as oxidizing agents. In the inventive device, heat is generated after the combustion front passes through the electrodes due to the interaction of the high-temperature combustion products of the anode and cathode with each other through the separator in a diffusion mode in an amount that compensates for heat loss to the environment. This ensures uniform temperature distribution over the entire volume of the current source (heat is released in each thin electrode of the electrochemical cell). All this contributes to an increase in voltage and current strength and their stabilization by eliminating the possibility of overheating and short circuits, causing noise, "short circuit" and other manifestations of the instability of these characteristics.

Новые соотношения толщин и новые рецептурные решения всех элементов ПИТ обеспечивают увеличение силы тока и напряжения заявляемого устройства и повышают их стабильность по сравнению с прототипом.New thickness ratios and new prescription solutions of all PIT elements provide an increase in current and voltage of the claimed device and increase their stability compared to the prototype.

В том случае, если отношение толщин анода, катода и сепаратора и их рецептуры (природа и количество горючих, окислителей, связующего, электролита и добавок) будут отличны от значений, приведенных в формуле изобретения, то достижения указанных выше преимуществ обеспечить будет невозможно.In that case, if the ratio of the thicknesses of the anode, cathode and separator and their formulation (nature and amount of fuel, oxidizing agents, binder, electrolyte and additives) will be different from the values given in the claims, then it will be impossible to achieve the above advantages.

Заявляемый ПИТ, фиг.1, представляет собой элементарную электрохимическую ячейку (высокотемпературный гальванический элемент), в которой анод 1 и катод 3 выполнены в виде пластин из пиротехнических составов, разделены сепаратором 2, выполненным в виде пластины из смеси асбеста с электролитным материалом, и размещены соосно между металлическими токовыводами 4 и 5. Наименее предпочтительным вариантом исполнения изобретения из заявляемых интервалов значений является отношение толщин анода, катода и сепаратора равное 1:0,6:0,5. При этом содержание компонентов в аноде: цирконий - 65; титан - 10, барий хромовокислый - 20, асбест - 5 (мас.%); в катоде: цирконий - 15, оксид меди - 70, циркон - 10, асбест - 5 (мас.%); в сепараторе - фторид лития - 40, циркон - 55, асбест - 5 (мас.%). Указанное отношение толщин электродов и сепаратора, применение горючих (циркония и титана), окислителей (бария хромовокислого и оксида меди), добавки (циркона), связующего (асбеста) и электролитного материала (фторида лития) в указанном соотношении обеспечивают увеличение силы тока и напряжения заявляемого устройства и повышают их стабильность по сравнению с прототипом. Они являются наименее предпочтительной комбинацией, т.к. достигаемые технические эффекты при их использовании в заявляемом устройстве являются наименьшими по сравнению с аналогичными техническими эффектами, обеспечиваемыми применением других возможных комбинаций горючих, окислителей, связующего, электролитного материала и добавок, толщин электродов и сепаратора.The inventive PIT, figure 1, is a unit electrochemical cell (high-temperature galvanic cell), in which the anode 1 and cathode 3 are made in the form of plates of pyrotechnic compositions, separated by a separator 2, made in the form of a plate of a mixture of asbestos with electrolyte material, and placed coaxially between the metal current leads 4 and 5. The least preferred embodiment of the invention from the claimed ranges of values is the ratio of the thicknesses of the anode, cathode and separator equal to 1: 0.6: 0.5. Moreover, the content of components in the anode: zirconium - 65; titanium - 10, barium chromate - 20, asbestos - 5 (wt.%); in the cathode: zirconium - 15, copper oxide - 70, zircon - 10, asbestos - 5 (wt.%); in the separator - lithium fluoride - 40, zircon - 55, asbestos - 5 (wt.%). The indicated ratio of the thicknesses of the electrodes and the separator, the use of combustibles (zirconium and titanium), oxidizing agents (barium chromate and copper oxide), additives (zircon), a binder (asbestos) and electrolyte material (lithium fluoride) in this ratio provide an increase in the current and voltage of the claimed devices and increase their stability compared to the prototype. They are the least preferred combination since the achieved technical effects when used in the inventive device are the smallest in comparison with similar technical effects provided by the use of other possible combinations of fuel, oxidizing agents, binder, electrolyte material and additives, electrode thicknesses and separator.

Из заявляемых ПИТ могут быть собраны батареи (наборы из любого числа заявляемых устройств, соединенных последовательно или параллельно) для обеспечения необходимых электрических параметров, фиг.2.From the claimed PIT can be assembled batteries (sets of any number of the claimed devices connected in series or in parallel) to provide the necessary electrical parameters, figure 2.

Заявляемый ПИТ работает следующим образом. От инициирующего импульса воспламеняются и сгорают анод 1 и катод 3. При воспламенении электродов 1 и 3 плавится электролит в сепараторе 2. При этом начинается процесс генерирования электрического тока - перенос электронов по внешней цепи от анода 1 через анодный токовывод 6, нагрузка (сопротивление) 5 и катодный токовывод 4 к катоду 3. Движение заряженных частиц (электронов в металле и ионов в расплавленном электролите) обусловлено электрохимическим окислением пространственно разделенных сепаратором 2 горючего в аноде 1 и электрохимическим восстановлением окислителя в катоде 3 благодаря одновременному контакту электродов с ионопроводящим расплавленным электролитом в сепараторе 2.The inventive PIT works as follows. The anode 1 and cathode 3 are ignited and burned from the initiating pulse. When the electrodes 1 and 3 are ignited, the electrolyte in the separator 2 melts. In this case, the process of generating an electric current begins - the transfer of electrons through the external circuit from the anode 1 through anode current output 6, load (resistance) 5 and cathode current output 4 to the cathode 3. The movement of charged particles (electrons in the metal and ions in the molten electrolyte) is due to the electrochemical oxidation of the spatially separated fuel separator 2 in the anode 1 and the electrochemical sstanovleniem oxidant in the cathode 3 due to the simultaneous contact of the electrodes with the ion-conductive molten electrolyte in the separator 2.

Заявляемое отношение толщин и рецептур анода 1, сепаратора 2 и катода 3, образующих заявляемое устройство, обеспечивает высокие и стабильные значения силы тока и напряжения ПИТ. Оптимизация конструкции ПИТ и рецептур анода 1, сепаратора 2 и катода 3 проведена на основании лабораторных (стендовых) и натурных испытаний, которые показали высокую эффективность заявляемого объекта.The claimed ratio of the thicknesses and formulations of the anode 1, the separator 2 and the cathode 3, forming the inventive device, provides high and stable values of current strength and voltage PIT. Optimization of the design of the PIT and the formulations of the anode 1, separator 2 and cathode 3 was carried out on the basis of laboratory (bench) and field tests, which showed the high efficiency of the claimed object.

Заявляемый ПИТ обеспечивает автономное задействование и питание бортовой аппаратуры, приборов и устройств, а также автоматических систем различного назначения (пожаротушение, сигнализация, оповещение, блокировка и т.д.).The inventive PIT provides autonomous activation and power on-board equipment, instruments and devices, as well as automatic systems for various purposes (fire extinguishing, alarm, warning, blocking, etc.).

Результаты сравнительных испытаний подтвердили более высокую эффективность заявляемого ПИТ по сравнению с прототипом. Батареи из двух и более заявляемых устройств, соединенных последовательно или параллельно, обеспечивают длительное и стабильное генерирование тока после подачи инициирующего импульса на пиротехнические электроды. Чем больше число элементов в батарее, тем меньше время достижения максимального значения параметров, больше длительность работы и меньше скорость снижения характеристик во времени. Продукты сгорания имеют меньшее электрическое сопротивление и дают усадку в 1,3-1,5 раза меньше, что улучшает удельные характеристики ПИТ и их стабильность на 30-40% по сравнению с прототипом. В частности, батарея из 10 ПИТ генерирует ток силой 8-10 А на нагрузке 2 Ом в течение 6-8 с, время достижения рабочего значения напряжения составляет не более 0,2 с, что превышает на 30-40% аналогичные показатели устройства - прототипа.The results of comparative tests confirmed the higher efficiency of the claimed PIT compared to the prototype. Batteries of two or more of the claimed devices connected in series or in parallel provide a long and stable current generation after the initiation pulse is supplied to the pyrotechnic electrodes. The larger the number of cells in the battery, the shorter the time to reach the maximum value of the parameters, the longer the operation time and the lower the rate of decline in time. The combustion products have a lower electrical resistance and shrink 1.3–1.5 times less, which improves the specific characteristics of PIT and their stability by 30–40% compared with the prototype. In particular, a battery of 10 PIT generates a current of 8-10 A at a load of 2 Ohms for 6-8 s, the time to reach the operating voltage value is no more than 0.2 s, which is 30-40% higher than that of the prototype device .

Claims (1)

Пиротехнический источник электрического тока, состоящий из металлических токовыводов и электродов, выполненных в виде пластин из пиротехнических составов и разделенных сепаратором, причем анод в качестве горючего содержит цирконий, а в качестве окислителя - барий хромовокислый или оксид меди, катод в качестве горючего содержит цирконий, а в качестве окислителя - оксид меди, сепаратор выполнен в виде пластины и содержит фторид лития, или фторид щелочноземельного металла, или их смесь, при этом сепаратор может содержать дополнительно диоксид циркония, анод, катод и сепаратор в качестве связующего содержат асбест, отличающийся тем, что отношение толщин анода, катода и сепаратора составляет соответственно (0,9-1,2):(0,4-0,9):(0,4-0,9), катод и сепаратор дополнительно содержат двойной оксид кремния и циркония (циркон), или его смесь с диоксидом циркония, а в качестве горючего анод содержит цирконий или его смесь с титаном при следующем соотношении компонентов в аноде, катоде и сепараторе (в % по массе):A pyrotechnic source of electric current, consisting of metal current leads and electrodes, made in the form of plates of pyrotechnic compositions and separated by a separator, the anode containing zirconium as fuel and barium chromic acid or copper oxide as an oxidizing agent, zirconium as a fuel and as an oxidizing agent, copper oxide, the separator is made in the form of a plate and contains lithium fluoride, or alkaline earth metal fluoride, or a mixture thereof, while the separator may additionally contain zirconium seed, anode, cathode and separator contain asbestos as a binder, characterized in that the ratio of the thickness of the anode, cathode and separator is respectively (0.9-1.2) :( 0.4-0.9) :( 0, 4-0.9), the cathode and the separator additionally contain double silicon oxide and zirconium (zircon), or a mixture thereof with zirconium dioxide, and as a fuel anode contains zirconium or its mixture with titanium in the following ratio of components in the anode, cathode and separator (in% by weight): анод:anode: цирконий или его смесь с титаномzirconium or its mixture with titanium 35-8335-83 барий хромовокислый илиbarium chromate or оксид медиcopper oxide 15-5315-53 асбестasbestos 2-12,2-12,
катод:cathode: цирконийzirconium 2-282-28 оксид медиcopper oxide 50-8650-86 двойной оксид кремния и цирконияdouble silica and zirconium (циркон) или его смесь с диоксидом(zircon) or its mixture with dioxide цирконияzirconium 2-202-20 асбестasbestos 2-10,2-10,
сепаратор:separator: асбестasbestos 2-62-6 фторид лития, или фторидlithium fluoride, or fluoride щелочноземельного металла,alkaline earth metal или смесь фторидов металловor a mixture of metal fluorides 34-7834-78 двойной оксид кремния и цирконияdouble silica and zirconium (циркон) или его смесь(zircon) or its mixture с диоксидом цирконияwith zirconium dioxide 20-6020-60
RU2004137685/09A 2004-12-23 2004-12-23 Pyrotechnical electric current supply RU2301479C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004137685/09A RU2301479C2 (en) 2004-12-23 2004-12-23 Pyrotechnical electric current supply

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004137685/09A RU2301479C2 (en) 2004-12-23 2004-12-23 Pyrotechnical electric current supply

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2301479C2 true RU2301479C2 (en) 2007-06-20

Family

ID=38314466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004137685/09A RU2301479C2 (en) 2004-12-23 2004-12-23 Pyrotechnical electric current supply

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2301479C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2519274C1 (en) * 2012-12-26 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт прикладной химии" Pyrotechnical source of electric current
RU2525843C1 (en) * 2013-07-04 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт прикладной химии" Pyrotechnical source of electric current

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2519274C1 (en) * 2012-12-26 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт прикладной химии" Pyrotechnical source of electric current
RU2525843C1 (en) * 2013-07-04 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт прикладной химии" Pyrotechnical source of electric current

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6022637A (en) High temperature battery
CN101366136B (en) Solid-state chemical current source and a method for increasing a discharge power
US5770329A (en) Thermal battery and improved cell therefor
JP3777582B2 (en) Thermal battery
RU2301479C2 (en) Pyrotechnical electric current supply
RU2468478C1 (en) Pyrotechnical source of electric current
JPH10255757A (en) Lithium secondary battery
RU2364989C1 (en) Pyrotechnical current source
Jacob A new type of SOFC for conversion of high temperature heat to electricity without Carnot limitation
RU2320053C1 (en) Pyrotechnical electric current supply
CN111613797A (en) Self-heat-release high-potential cathode material for thermal battery and preparation method thereof
EP1829142A1 (en) Heat sources for thermal batteries
RU2088558C1 (en) pyrotechnic electric current generator
RU2137263C1 (en) Pyrotechnic electric generator
RU2519274C1 (en) Pyrotechnical source of electric current
RU2260228C2 (en) Pyrotechnical electric current supply
JPH03119661A (en) Thermal battery
RU2525843C1 (en) Pyrotechnical source of electric current
JP2751389B2 (en) Method for producing positive electrode mixture for thermal battery and thermal battery using the same
RU2095745C1 (en) Pyrotechnical generator of electric current
CN101847728A (en) Firework battery
US6042963A (en) Pyrotechnic electric generator
JP2848120B2 (en) Thermal battery
JPH097594A (en) Thermal battery
GB2363898A (en) Rapidly activated thermal battery

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071224