RU2744416C1 - Thermal battery - Google Patents

Thermal battery Download PDF

Info

Publication number
RU2744416C1
RU2744416C1 RU2020104076A RU2020104076A RU2744416C1 RU 2744416 C1 RU2744416 C1 RU 2744416C1 RU 2020104076 A RU2020104076 A RU 2020104076A RU 2020104076 A RU2020104076 A RU 2020104076A RU 2744416 C1 RU2744416 C1 RU 2744416C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrolyte
cathode
electrochemical cells
battery
block
Prior art date
Application number
RU2020104076A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Архипенко
Владимир Михайлович Иванов
Иван Сергеевич Фомин
Александр Николаевич Тиханов
Михаил Васильевич Поверенный
Original Assignee
Акционерное общество "Энергия"
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 Акционерное общество "Энергия" filed Critical Акционерное общество "Энергия"
Priority to RU2020104076A priority Critical patent/RU2744416C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2744416C1 publication Critical patent/RU2744416C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/30—Deferred-action cells
    • H01M6/36—Deferred-action cells containing electrolyte and made operational by physical means, e.g. thermal cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Primary Cells (AREA)

Abstract

FIELD: electrical equipment.SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, namely to the heat accumulator containing the electrochemical elements unit equipped with the solid layers of the anode, cathode and electrolyte located between them, limited from the external side by the body with heat insulation. Unit of electrochemical elements is placed in a cylindrical housing from stainless steel with a cover and current terminals of the battery; at that, layers of insulation are made on the inner side and end sides of the housing, and solid layers of heating elements are inserted between the electrochemical elements, between which there are current leads. Electrochemical elements unit consists of two parallel sections of 17 electrochemical elements and has diameter of 70 mm, the battery is equipped with a fixing element in the form of a brace and a support disk. Electrochemical cells block diameter makes 70 mm. Thermal battery provides rated discharge currents of 11 A and more, capacity of not less than 14,000 A at voltage of 20–36 V.EFFECT: technical result of invention is increase of resistance of electrolyte of thermal battery to spreading and absorption of cathode material.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к тепловым химическим источникам тока повышенной удельной мощности и энергии.The invention relates to thermal chemical current sources of increased specific power and energy.

Известна тепловая батарея фирмы EaglePicherEAP-12256A (https://www.eaglepicher.com/products/bundle-energy-thermal-battery-systems/), используемая для электропитания потребителей в режиме пиковых нагрузок по мощности, массой 0,21 кг с допуском по напряжению 22-32 В (37%) и удельной энергией 4,5 Втч/кг при токе разряда 0,35 А, в качестве анода использован литий-кремниевый композит, катодом является дисульфид железа.Known thermal battery of the company EaglePicherEAP-12256A (https://www.eaglepicher.com/products/bundle-energy-thermal-battery-systems/), used to power consumers in the mode of peak power loads, weighing 0.21 kg with a tolerance for a voltage of 22-32 V (37%) and a specific energy of 4.5 Wh / kg at a discharge current of 0.35 A, a lithium-silicon composite is used as the anode, and iron disulfide is the cathode.

Недостатком данного технического решения является ограничения тока разряда и мощности.The disadvantage of this technical solution is the limitation of the discharge current and power.

Известна тепловая батарея (Патент РФ 2369944, опубл. 10.10.2009 г., МПК Н01М 6/36, принята за прототип), содержащая блок электрохимических элементов, каждый из которых снабжен твердыми слоями анода, катода, электролита, ограниченными с внешней стороны общим корпусом с теплоизоляцией, в предлагаемой конструкции блок электрохимических элементов размещен вдоль вертикальной оси корпуса, поджат с заданным усилием в осевом направлении упругим элементом с возможностью регулирования величины этого усилия, корпус тепловой батареи выполнен цилиндрическим из нержавеющей стали с толщиной стенок не менее 0,5-1,0 мм, анод каждого электрохимического элемента выполнен из литий-борного сплава (LiB), катод - из смеси NiCl2 и электропроводной добавки, электролит - из смеси загустителя и эвтектики, состоящей из солей щелочных металлов, с внутренней и торцевых сторон цилиндрического корпуса выполнены слои тепло- и электроизоляции, между слоями активных масс введены твердые слои теплонагревательных элементов, в цилиндрическом корпусе выполнены сквозные вертикальные прорези в виде окон, суммарная площадь которых не превышает 80% от его общей боковой поверхности.Known heat battery (RF Patent 2369944, publ. 10.10.2009, IPC N01M 6/36, taken as a prototype), containing a block of electrochemical cells, each of which is equipped with solid layers of anode, cathode, electrolyte, limited from the outside by a common body with thermal insulation, in the proposed design, the block of electrochemical elements is placed along the vertical axis of the body, pressed with a given force in the axial direction by an elastic element with the ability to regulate the magnitude of this force, the body of the heat battery is made of cylindrical stainless steel with a wall thickness of at least 0.5-1, 0 mm, the anode of each electrochemical cell is made of lithium-boron alloy (LiB), the cathode is made of a mixture of NiCl 2 and an electrically conductive additive, the electrolyte is made of a mixture of a thickener and a eutectic consisting of alkali metal salts, layers thermal and electrical insulation, solid layers of heat-heating elements are introduced between the layers of active masses ov, in the cylindrical body there are vertical through slots in the form of windows, the total area of which does not exceed 80% of its total lateral surface.

Недостатком прототипа является отсутствие информации о составе слоев блока электрохимических элементов, что ограничивает возможность распространения данного технического решения на батареи повышенной мощности.The disadvantage of the prototype is the lack of information about the composition of the layers of the block of electrochemical cells, which limits the possibility of extending this technical solution to batteries of increased power.

Проблемой создания батарей с током разряда более 10А является неустойчивость блока электрохимических элементов к возможному вытеканию электролита при диаметрах блока электрохимических элементов 70 мм и более, а также впитыванию электролита в пористую структуру катода, что ограничивает время работы и номинальный разрядный ток тепловой батареи, а следовательно, ее энергию.The problem of creating batteries with a discharge current of more than 10A is the instability of the block of electrochemical cells to a possible leakage of electrolyte with diameters of the block of electrochemical cells of 70 mm or more, as well as the absorption of electrolyte into the porous structure of the cathode, which limits the operating time and the nominal discharge current of the thermal battery, and, consequently, her energy.

Предлагаемое в настоящем изобретении техническое решение направлено на решение этой проблемы. Решение проблемы достигается за счет полученного технического результата.The technical solution proposed in the present invention addresses this problem. The solution to the problem is achieved due to the obtained technical result.

Техническим результатом изобретения является повышение устойчивости электролита тепловой батареи к растеканию и впитыванию электролита в катод при диаметре блока электрохимических элементов не менее 70 мм, что обеспечивает номинальные разрядные токи 11А и более и емкость не менее 14000 А⋅с при напряжении батареи 20-36 В.The technical result of the invention is to increase the resistance of the electrolyte of the thermal battery to the spreading and absorption of the electrolyte into the cathode when the diameter of the block of electrochemical cells is at least 70 mm, which provides nominal discharge currents of 11A and more and a capacity of at least 14000 A⋅s at a battery voltage of 20-36 V.

Указанный технический результат обеспечивается конструкцией тепловой батареи. Тепловая батарея, содержащая блок электрохимических элементов, каждый из которых снабжен твердыми слоями анода, катода и расположенного между ними электролита, которые ограничены с внешней стороны корпусом с теплоизоляцией, блок электрохимических элементов размещен вдоль вертикальной оси корпуса, фиксирующий элемент, корпус выполнен глухим цилиндрическим из нержавеющей стали, с крышкой с расположенными в ней токовыводами батареи, электролит состоит из смеси загустителя и эвтектики, катод дополнительно содержит электролитную смесь, состоящую из солей щелочных металлов, с внутренних боковых и торцевых сторон цилиндрического корпуса выполнены слои тепло- и электроизоляции, между электрохимическими элементами введены твердые слои теплонагревательных элементов, между которыми размещены токоотводы, причем, блок электрохимических элементов состоит из двух параллельных секций по 17 электрохимических элементов и выполнен диаметром 70 мм, фиксирующий элемент выполнен в виде стяжки и опорного диска, катод выполнен в виде таблетки толщиной 1,5-1,7 мм, и содержит 63,0-65,0% дисульфида железа, 19,9-20,1% электролитной смеси, содержащей 43,4-43,6% оксида магния и 56,4-56,6% эвтектической смеси, содержащей 4,9-5,1% гидрооксида лития и 10,0-11,0% эвтектической смеси хлорида лития 42,9-43,1% и хлорида калия 53,9-54,1% и фторида лития 2,9-3,1%, электролит, расположенный между катодом и анодом, содержит в качестве загустителя оксид магния 49,9-50,1%, эвтектическая смесь - остальное, содержащая хлорид лития 42,9-43,1%, хлорид калия 53,9-54,1% и фторид лития 2,9-3,1%, и выполнен в виде таблетки толщиной 1,1-1,3 мм, анод выполнен из литий-кремниевого сплава Li4Si в виде таблетки толщиной 1,5-2 мм, электроизоляция внутренней боковой поверхности блока электрохимических элементов выполнена из электроизолирующей ткани «ЛЭС», электроизоляция внутренних боковых сторон цилиндрического корпуса выполнена из слюдосодержащего материала «элмикатекс», теплоизоляция внутренних боковых сторон цилиндрического корпуса выполнена из слоя материала «Картон-Н» и материала ATM-17, электроизоляция торцевых сторон выполнена в виде электроизолирующих прокладок.The specified technical result is provided by the design of the heat battery. A thermal battery containing a block of electrochemical cells, each of which is equipped with solid layers of an anode, a cathode and an electrolyte located between them, which are bounded from the outside by a casing with thermal insulation, a block of electrochemical cells is located along the vertical axis of the casing, a fixing element, the casing is made of a blind cylindrical stainless steel steel, with a lid with battery current leads located in it, the electrolyte consists of a mixture of a thickener and a eutectic, the cathode additionally contains an electrolyte mixture consisting of alkali metal salts, layers of thermal and electrical insulation are made from the inner side and end sides of the cylindrical body, between the electrochemical cells solid layers of heat-heating elements, between which down conductors are located, moreover, the block of electrochemical cells consists of two parallel sections of 17 electrochemical cells and is made with a diameter of 70 mm, the fixing element is made in the form of a tie and a support disk ka, the cathode is made in the form of a tablet with a thickness of 1.5-1.7 mm, and contains 63.0-65.0% of iron disulfide, 19.9-20.1% of an electrolyte mixture containing 43.4-43.6% magnesium oxide and 56.4-56.6% eutectic mixture containing 4.9-5.1% lithium hydroxide and 10.0-11.0% eutectic mixture of 42.9-43.1% lithium chloride and potassium chloride 53 , 9-54.1% and lithium fluoride 2.9-3.1%, the electrolyte located between the cathode and the anode contains magnesium oxide 49.9-50.1% as a thickener, the eutectic mixture is the rest containing lithium chloride 42.9-43.1%, potassium chloride 53.9-54.1% and lithium fluoride 2.9-3.1%, and is made in the form of a tablet with a thickness of 1.1-1.3 mm, the anode is made of lithium - silicon alloy Li4Si in the form of a tablet 1.5-2 mm thick, electrical insulation of the inner side surface of the block of electrochemical cells is made of electrically insulating fabric "LES", electrical insulation of the inner sides of the cylindrical body is made of mica-containing material "Elmikatex", thermal insulation of the inner sides is cylindrical casing is made of a layer of "Cardboard-N" material and ATM-17 material, the electrical insulation of the end sides is made in the form of electrical insulating gaskets.

Диаметр блока электрохимических элементов, 70 мм, в совокупности с коммутацией электрохимических элементов в две параллельные секции обеспечивают номинальный разрядный ток батареи 11 А при плотности тока не менее 100 мА/см2, при которой катодный и анодный материал прорабатываются равномерно и с высокими коэффициентами полезного использования, 80-100% по аноду и 60-80% по катоду. Катод выполнен в виде таблетки толщиной 1,5-1,7 мм, и содержит 63,0-65,0% дисульфида железа, 19,9-20,1% электролитной смеси, содержащей 43,4-43,6% оксид магния и 56,4-56,6% эвтектическая смеси, содержащей 4,9-5,1% гидрооксида лития и 10,0-11,0% эвтектической смеси хлорида лития 42,9-43,1% и хлорида калия 53,9-54,1% и фторида лития 2,9-3,1%, чем обеспечивается легкость проникновения расплавленного электролита в пористую структуру катода и создание условий его оптимальной работы вследствие пониженной вязкости данного состава электролита. Оптимальные условия работы катода обеспечиваются также толщиной катодной таблетки, 1,5-1,7 мм. При толщине катода менее 1,5 мм снижается его механическая прочность при диаметре 70 мм, в результате чего батарея выходит из строя раньше, чем это обеспечивает заложенное количество катодного материала и не. позволяет получить требуемую емкость. При толщине более 1,7 мм снижается коэффициент полезного использования катода вследствие недостаточной его проработки. Количество электролитной смеси, добавляемого в катод, 19,9-20,1%, позволяет сохранить межзеренные контакты катодного материала, которые не разрушаются при расплавлении электролита. При содержании электролита в катоде менее 19,9% работает не вся возможная поверхность катода, что снижает коэффициент полезного использования, а значит и емкость батареи. При содержании электролита более 20,1% электролит разрушает при расплавлении пористую структуру катода, что приводит к потере емкости батареи вследствие его разрушения. В состав электролитной таблетки входит, кроме эвтектической смеси хлоридов лития и калия- хлорид лития 42,9-43,1% и хлорид калия 53,9-54,1%, которая обеспечивает расплавление электролита при температуре не выше 625 К, входит также фторид лития 2,9-3,1%, служащий активатором анода и загуститель, оксид магния 49,9-50,1%, что позволяет повысить вязкость электролита в межэлектродном пространстве и, тем самым, предотвратить его вытекание из межэлектродного пространства и связанный с этим преждевременный выход из строя. Толщина таблетки электролита, 1,1-1,7 мм обеспечивает количество электролита, в котором не происходит солевой пассивации анода и предотвращается его вытекание при вращательных нагрузках. При толщине электролитной таблетки менее 1,1 мм пористая структура катода работает неравномерно, что снижает коэффициент полезного использования, при толщине более 1,7 мм электролит после расплавления и при наличии вращательных нагрузок вытекает из межэлектродного пространства. Анод выполнен из литий-кремниевого сплава Li4Si, что обеспечивает его термическую устойчивость и работу с высоким коэффициентом полезного использования. Электроизоляция боковой поверхности блока электрохимических элементов с помощью электроизолирующей ткани ЛЭС помимо качественных электроизоляционных свойств при высоких температурах, позволяет надежно зафиксировать блок электрохимических элементов в вертикальном направлении от горизонтальных смещений электрохимических элементов друг относительно друга, что предотвращает вытекание электролита. Количество электрохимических элементов в последовательно соединенной цепи, 17 элементов, необходимо для обеспечения номинального напряжения батареи 20-36 В. Слюдосодержащий материал «элмикатекс» помимо качественных электроизоляционных свойств при высоких температурах обладает достаточной эластичностью, что позволяет предотвращать смещение электрохимических элементов относительно друг друга и препятствовать растеканию электролита. Материал «Картон-Н» (теплоемкость 0,448 Дж/(г⋅К) и теплопроводность 0,0008 Вт/(м⋅К)) и материал ATM-17 (теплоемкость 0,25 Дж/(г⋅К) и теплопроводность 0,0016 Вт/(м⋅К)) позволяют сохранить рабочую температуру блока электродов на время необходимое для максимального использования катода и анода, что позволяет повысить энергию батареи.The diameter of the block of electrochemical cells, 70 mm, in conjunction with the switching of electrochemical cells in two parallel sections, provides a nominal discharge current of the battery 11 A at a current density of at least 100 mA / cm 2 , at which the cathode and anode material are worked out uniformly and with high efficiency. , 80-100% for the anode and 60-80% for the cathode. The cathode is made in the form of a tablet 1.5-1.7 mm thick and contains 63.0-65.0% iron disulfide, 19.9-20.1% electrolyte mixture containing 43.4-43.6% magnesium oxide and 56.4-56.6% eutectic mixture containing 4.9-5.1% lithium hydroxide and 10.0-11.0% eutectic mixture of lithium chloride 42.9-43.1% and potassium chloride 53.9 -54.1% and lithium fluoride 2.9-3.1%, which ensures the ease of penetration of the molten electrolyte into the porous structure of the cathode and the creation of conditions for its optimal operation due to the reduced viscosity of this electrolyte composition. Optimal operating conditions for the cathode are also ensured by the thickness of the cathode pellet, 1.5-1.7 mm. With a cathode thickness less than 1.5 mm, its mechanical strength decreases with a diameter of 70 mm, as a result of which the battery breaks down earlier than it provides the laid amount of the cathode material and not. allows you to get the required capacity. With a thickness of more than 1.7 mm, the efficiency of the cathode decreases due to its insufficient development. The amount of the electrolyte mixture added to the cathode, 19.9-20.1%, makes it possible to preserve the intergranular contacts of the cathode material, which are not destroyed when the electrolyte is melted. When the electrolyte content in the cathode is less than 19.9%, not all possible cathode surface works, which reduces the efficiency, and hence the battery capacity. When the electrolyte content is more than 20.1%, the electrolyte destroys the porous structure of the cathode during melting, which leads to a loss of battery capacity due to its destruction. The composition of the electrolyte tablet includes, in addition to the eutectic mixture of lithium and potassium chlorides, lithium chloride 42.9-43.1% and potassium chloride 53.9-54.1%, which ensures the melting of the electrolyte at a temperature not higher than 625 K, also includes fluoride lithium 2.9-3.1%, which serves as an anode activator and thickener, magnesium oxide 49.9-50.1%, which makes it possible to increase the viscosity of the electrolyte in the interelectrode space and, thereby, prevent its leakage from the interelectrode space and associated with this premature failure. The thickness of the electrolyte tablet, 1.1-1.7 mm, provides the amount of electrolyte in which salt passivation of the anode does not occur and its leakage is prevented under rotational loads. When the thickness of the electrolyte pellet is less than 1.1 mm, the porous structure of the cathode works unevenly, which reduces the efficiency; with a thickness of more than 1.7 mm, the electrolyte flows out of the interelectrode space after melting and in the presence of rotational loads. The anode is made of lithium-silicon alloy Li4Si, which ensures its thermal stability and high efficiency. The electrical insulation of the side surface of the block of electrochemical cells with the help of the electrically insulating fabric of the LES, in addition to the high-quality electrical insulating properties at high temperatures, makes it possible to reliably fix the block of electrochemical cells in the vertical direction from horizontal displacements of the electrochemical cells relative to each other, which prevents the leakage of electrolyte. The number of electrochemical cells in a series-connected circuit, 17 cells, is necessary to ensure a rated battery voltage of 20-36 V. In addition to high-quality electrical insulating properties at high temperatures, the mica-containing material "Elmicatex" has sufficient elasticity, which prevents the displacement of electrochemical cells relative to each other and prevents spreading electrolyte. Material "Karton-N" (heat capacity 0.448 J / (g⋅K) and thermal conductivity 0.0008 W / (m⋅K)) and ATM-17 material (heat capacity 0.25 J / (g⋅K) and thermal conductivity 0, 0016 W / (m⋅K)) allow you to maintain the operating temperature of the electrode block for the time necessary to maximize the use of the cathode and anode, which allows you to increase the battery energy.

Сущность изобретения поясняется чертежом.The essence of the invention is illustrated by a drawing.

На фиг. 1 показан блок электрохимических элементов в продольном сечении установленный в корпусе.FIG. 1 shows a block of electrochemical cells in a longitudinal section installed in a housing.

1 - анод1 - anode

2 - электролит2 - electrolyte

3 - катод3 - cathode

4 - теплонагревательный элемент электрохимического элемента4 - heat-heating element of the electrochemical cell

5 - теплонагревательные элементы теплоизоляции5 - heat-heating elements of thermal insulation

6 - набор тепло- и электроизоляционных прокладок6 - a set of heat and electrical insulation gaskets

7 - крышка7 - cover

8 - блок электровоспламенителя8 - electric igniter block

9 - стяжка9 - screed

10 - опорный диск10 - support disk

11 - токоотвод элементов11 - down conductor of elements

12 - глухой цилиндрический корпус батареи12 - blind cylindrical battery case

13 - электроизоляция внутренних боковых поверхностей цилиндрического корпуса материалом «элмикатекс»13 - electrical insulation of the inner side surfaces of the cylindrical body with the material "elmikatex"

14 - теплоизоляция внутренних боковых поверхностей цилиндрического корпуса материалом «Картон-Н»14 - thermal insulation of the inner side surfaces of the cylindrical body with the "Cardboard-N" material

15 - теплоизоляция внутренних боковых поверхностей цилиндрического корпуса материалом «АТМ-17»15 - thermal insulation of the inner side surfaces of the cylindrical body with the material "ATM-17"

16 - электроизоляция боковой поверхности блока электрохимических элементов материалом «ЛЭС»16 - electrical insulation of the side surface of the block of electrochemical cells with the material "LES"

17 - токовыводы батареи17 - battery current leads

Тепловая батарея состоит из блока электрохимических элементов, состоящего из двух параллельных секций по 17 электрохимических элементов, каждый из которых снабжен" твердыми слоями анода 1, выполненного из литий-кремниевого сплава Li4Si в виде таблетки толщиной 1,5-2 мм, электролита 2, содержащего содержит в качестве загустителя оксид магния 49,9-50,1%, эвтектическая смесь - остальное, содержащая хлорид лития 42,9-43,1%, хлорид калия 53,9-54,1% и фторид лития 2,9-3,1%, и выполненного в виде таблетки толщиной 1,1-1,3 мм, катода 3, выполненного в виде таблетки толщиной 1,5-1,7 мм, и содержащей 43,4-43,6% оксида магния содержащего 63,0-65,0% дисульфида железа, 19,9-20,1% электролитной смеси, и 56,4-56,6% эвтектическая смеси, 4,9-5,1% гидрооксида лития и 10,0-11,0% эвтектической смеси хлорида лития 42,9-43,1% и хлорида калия 53,9-54,1% и фторида лития 2,9-3,1%, ограниченными с внешней стороны глухим цилиндрическим корпусом 12 диаметром 70 мм, блок электрохимических элементов размещен вдоль вертикальной оси глухого цилиндрического корпуса 12, поджат в осевом направлении стяжками 9 и опорным диском 10, блок электрохимических элементов изолирован по боковой поверхности электроизолирующим материалом «ЛЭС» 16, с внутренних боковых сторон цилиндрического корпуса выполнены слои теплоизоляции материалами «Картон-Н» 14 и «АТМ-17» 15 и электроизоляции слюдосодержащим материалом «эмикатекс» 13, между электрохимическими элементами введены твердые слои теплонагревательных элементов 4, токовыводы 11, в осевом направлении глухого цилиндрического корпуса размещены теплонагревательные элементы 5. Под крышкой 7 глухого цилиндрического корпуса 12 расположен блок электровоспламенителя 8 и набор тепло- и электроизоляционных прокладок 6. В крышке 7- смонтированы токовыводы батареи 17The thermal battery consists of a block of electrochemical cells, consisting of two parallel sections of 17 electrochemical cells, each of which is equipped with "solid layers of anode 1, made of lithium-silicon alloy Li4Si in the form of a tablet 1.5-2 mm thick, electrolyte 2 containing contains magnesium oxide 49.9-50.1% as a thickener, the eutectic mixture is the rest containing lithium chloride 42.9-43.1%, potassium chloride 53.9-54.1% and lithium fluoride 2.9-3 , 1%, and made in the form of a tablet with a thickness of 1.1-1.3 mm, cathode 3, made in the form of a tablet with a thickness of 1.5-1.7 mm, and containing 43.4-43.6% of magnesium oxide containing 63 , 0-65.0% iron disulfide, 19.9-20.1% electrolyte mixture, and 56.4-56.6% eutectic mixture, 4.9-5.1% lithium hydroxide and 10.0-11, 0% eutectic mixture of lithium chloride 42.9-43.1% and potassium chloride 53.9-54.1% and lithium fluoride 2.9-3.1%, limited from the outside by a blind cylindrical body 12 with a diameter of 70 mm, block electrochemical cells are placed along the vertical axis of the blind cylindrical body 12, is pressed in the axial direction by the ties 9 and the support disk 10, the block of electrochemical cells is insulated along the lateral surface with the electrically insulating material "LES" 16, the inner sides of the cylindrical body are made of thermal insulation layers with the materials "Cardboard-N" 14 and " ATM-17 "15 and electrical insulation with mica-containing material" emicatex "13, solid layers of heating elements 4, current leads 11 are introduced between the electrochemical elements, heating elements 5 are placed in the axial direction of the blind cylindrical body 5. Under the cover 7 of the blind cylindrical body 12 there is an electric igniter 8 and a set of heat and electrical insulating gaskets 6. In the cover 7- battery current leads are mounted 17

Тепловая батарея работает следующим образом. В требуемый момент времени на токоотводы 11 электровоспламенителя 8 подается напряжение, от которого происходит поджигание пиротехнической воспламенительной ленты (на фигуре не показана), передающей горение теплонагревательным элементам теплоизоляции 5 и электрохимических элементов 4. В результате в каждом из электрохимических элементов происходит нагревание и расплавление электролита 2 и электролита, входящего в состав катода. Электролит 2 при этом приобретает за счет содержания загустителя, оксида магния в количестве 49,9 -50,1%, повышенную вязкость, которая препятствует его вытеканию из блока электрохимических элементов. Этому также способствует фиксация блока электрохимических элементов электроизолирующей тканью ЛЭС 16, а также электроизоляция корпуса эластичным материалом «эмикатекс» 13 и теплоизолирующие слои материала «Картон-Н» 14 и «АТМ-17» 15. Удерживание электролита в осевом направлении происходит благодаря действию стяжек 9 и опорного диска 10, а также крышкой 7. Работа элемента происходит за счет анодного растворения литий-кремниевого сплава анода 1 и катодного восстановления дисульфида железа катодной таблетки 3. Добавка электролита пониженной вязкости в катод способствует увеличению рабочей поверхности и повышению рабочих токов. Этому также способствует наличие в конструкции батареи двух параллельных цепей электрохимических элементов, за счет чего снижается токовая нагрузка на каждый электрохимический элемент. Результатом действия совокупности существенных признаков заявленного изобретения является работа батареи током 11 А и емкостью 14000 А-с с коэффициентами полезного использования анода 80% и катода 63%.The thermal battery works as follows. At the required time, a voltage is applied to the down conductors 11 of the electric igniter 8, from which a pyrotechnic igniting tape (not shown in the figure) is ignited, which transfers combustion to heat-heating elements of thermal insulation 5 and electrochemical elements 4. As a result, in each of the electrochemical elements, heating and melting of electrolyte 2 occurs and an electrolyte that is part of the cathode. At the same time, electrolyte 2 acquires, due to the content of the thickener, magnesium oxide in the amount of 49.9 -50.1%, increased viscosity, which prevents it from flowing out of the block of electrochemical cells. This is also facilitated by the fixation of the block of electrochemical elements with the electrically insulating fabric LES 16, as well as the electrical insulation of the body with the elastic material "Emikatex" 13 and the heat-insulating layers of the material "Karton-N" 14 and "ATM-17" 15. The electrolyte is retained in the axial direction due to the action of ties 9 and the support disk 10, as well as the cover 7. The cell operates due to the anodic dissolution of the lithium-silicon alloy of the anode 1 and the cathodic reduction of iron disulfide of the cathode pellet 3. The addition of a low-viscosity electrolyte to the cathode increases the working surface and increases the operating currents. This is also facilitated by the presence of two parallel circuits of electrochemical cells in the battery design, thereby reducing the current load on each electrochemical cell. The result of the action of the totality of the essential features of the claimed invention is the operation of the battery with a current of 11 A and a capacity of 14000 A-s with an anode efficiency of 80% and a cathode of 63%.

Claims (1)

Тепловая батарея, содержащая блок электрохимических элементов, каждый из которых снабжен твердыми слоями анода, катода и расположенного между ними электролита, которые ограничены с внешней стороны корпусом с теплоизоляцией, блок электрохимических элементов размещен вдоль вертикальной оси корпуса, фиксирующий элемент, корпус выполнен глухим цилиндрическим из нержавеющей стали, с крышкой с расположенными в ней токовыводами батареи, электролит состоит из смеси загустителя и эвтектики, катод дополнительно содержит электролитную смесь, состоящую из солей щелочных металлов, с внутренних боковых и торцевых сторон цилиндрического корпуса выполнены слои тепло- и электроизоляции, между электрохимическими элементами введены твердые слои теплонагревательных элементов, между которыми размещены токоотводы, причем блок электрохимических элементов состоит из двух параллельных секций по 17 электрохимических элементов и выполнен диаметром 70 мм, фиксирующий элемент выполнен в виде стяжки и опорного диска, катод выполнен в виде таблетки толщиной 1,5-1,7 мм и содержит 63,0-65,0% дисульфида железа, 19,9-20,1% электролитной смеси, содержащей 43,4-43,6% оксида магния и 56,4-56,6% эвтектической смеси, содержащей 4,9-5,1% гидрооксида лития и 10,0-11,0% эвтектической смеси хлорида лития 42,9-43,1% и хлорида калия 53,9-54,1% и фторида лития 2,9-3,1%, электролит, расположенный между катодом и анодом, содержит в качестве загустителя оксид магния 49,9-50,1%, эвтектическая смесь - остальное, содержащая хлорид лития 42,9-43,1%, хлорид калия 53,9-54,1% и фторид лития 2,9-3,1%, и выполнен в виде таблетки толщиной 1,1-1,3 мм, анод выполнен из литий-кремниевого сплава Li4Si в виде таблетки толщиной 1,5-2 мм, электроизоляция внутренней боковой поверхности блока электрохимических элементов выполнена из электроизолирующей ткани «ЛЭС», электроизоляция внутренних боковых сторон цилиндрического корпуса выполнена из слюдосодержащего материала «элмикатекс», теплоизоляция внутренних боковых сторон цилиндрического корпуса выполнена из слоя материала «Картон-Н» и материала ATM-17, электроизоляция торцевых сторон выполнена в виде электроизолирующих прокладок.A thermal battery containing a block of electrochemical cells, each of which is equipped with solid layers of an anode, a cathode and an electrolyte located between them, which are bounded from the outside by a casing with thermal insulation, a block of electrochemical cells is located along the vertical axis of the casing, a fixing element, the casing is made of a blind cylindrical stainless steel steel, with a lid with battery current leads located in it, the electrolyte consists of a mixture of a thickener and a eutectic, the cathode additionally contains an electrolyte mixture consisting of alkali metal salts, layers of thermal and electrical insulation are made from the inner side and end sides of the cylindrical body, between the electrochemical cells solid layers of heating elements, between which down conductors are located, and the block of electrochemical cells consists of two parallel sections of 17 electrochemical cells and is made with a diameter of 70 mm, the fixing element is made in the form of a tie and a support disk a, the cathode is made in the form of a tablet with a thickness of 1.5-1.7 mm and contains 63.0-65.0% of iron disulfide, 19.9-20.1% of an electrolyte mixture containing 43.4-43.6% of oxide magnesium and 56.4-56.6% of the eutectic mixture containing 4.9-5.1% of lithium hydroxide and 10.0-11.0% of the eutectic mixture of lithium chloride 42.9-43.1% and potassium chloride 53, 9-54.1% and lithium fluoride 2.9-3.1%, the electrolyte located between the cathode and the anode contains magnesium oxide as a thickener 49.9-50.1%, the eutectic mixture is the rest containing lithium chloride 42 , 9-43.1%, potassium chloride 53.9-54.1% and lithium fluoride 2.9-3.1%, and is made in the form of a tablet with a thickness of 1.1-1.3 mm, the anode is made of lithium silicon alloy Li4Si in the form of a tablet 1.5-2 mm thick, electrical insulation of the inner side surface of the block of electrochemical cells is made of electrically insulating fabric "LES", electrical insulation of the inner sides of the cylindrical body is made of mica-containing material "elmikatex", thermal insulation of the inner sides is cylindrical The second body is made of a layer of "Cardboard-N" material and ATM-17 material, the electrical insulation of the end sides is made in the form of electrical insulating gaskets.
RU2020104076A 2020-01-29 2020-01-29 Thermal battery RU2744416C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020104076A RU2744416C1 (en) 2020-01-29 2020-01-29 Thermal battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020104076A RU2744416C1 (en) 2020-01-29 2020-01-29 Thermal battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2744416C1 true RU2744416C1 (en) 2021-03-09

Family

ID=74857797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020104076A RU2744416C1 (en) 2020-01-29 2020-01-29 Thermal battery

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2744416C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU221853U1 (en) * 2023-01-26 2023-11-28 Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") THERMAL CHEMICAL CURRENT SOURCE

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2369944C2 (en) * 2007-11-26 2009-10-10 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Thermal battery
US20170054114A1 (en) * 2015-08-17 2017-02-23 L-3 Communications Corporation Co-Located Battery and Reservoir Assembly
CN106684402A (en) * 2017-01-18 2017-05-17 沈阳理工大学 Microminiature activating device for thermal batteries
RU2623101C1 (en) * 2016-01-19 2017-06-22 Акционерное общество "Энергия" Thermal chemical current source
RU193576U1 (en) * 2019-07-09 2019-11-06 Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") THERMAL CHEMICAL SOURCE
RU195695U1 (en) * 2019-06-25 2020-02-04 Акционерное общество "Энергия" THERMAL CHEMICAL SOURCE

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2369944C2 (en) * 2007-11-26 2009-10-10 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Thermal battery
US20170054114A1 (en) * 2015-08-17 2017-02-23 L-3 Communications Corporation Co-Located Battery and Reservoir Assembly
RU2623101C1 (en) * 2016-01-19 2017-06-22 Акционерное общество "Энергия" Thermal chemical current source
CN106684402A (en) * 2017-01-18 2017-05-17 沈阳理工大学 Microminiature activating device for thermal batteries
RU195695U1 (en) * 2019-06-25 2020-02-04 Акционерное общество "Энергия" THERMAL CHEMICAL SOURCE
RU193576U1 (en) * 2019-07-09 2019-11-06 Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") THERMAL CHEMICAL SOURCE

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU221853U1 (en) * 2023-01-26 2023-11-28 Акционерное общество "Энергия" (АО "Энергия") THERMAL CHEMICAL CURRENT SOURCE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2369944C2 (en) Thermal battery
US4119769A (en) Thermal battery having iron pyrite depolarizer
US20100239893A1 (en) Sodium-sulfur battery with a substantially non-porous membrane and enhanced cathode utilization
Kaun et al. High temperature lithium/sulfide batteries
KR840007487A (en) Method for producing a polymer of electrically conductive polypyrrole and pyrrole and battery
US4877695A (en) Non-aqueous electrochemical cell
RU2313158C2 (en) Solid-state chemical current supply and method for raising discharge capacity/
RU2740794C1 (en) System of stable high-temperature secondary battery and method related thereto
CA1077562A (en) Electrode structure for electrical energy storage device
US4064325A (en) Electric storage batteries
RU2744416C1 (en) Thermal battery
JP6959436B2 (en) Electrolyte for fluoride ion secondary battery, and fluoride ion secondary battery using the electrolyte
RU2091918C1 (en) Electrochemical thermal battery
RU2607471C1 (en) Electrolyte mixture for thermal chemical current source
Girija et al. Low temperature electrochemical cells with sodium β ″-alumina solid electrolyte (BASE)
US10700364B2 (en) Solid-state reserve battery activated by compression
US4087591A (en) Pyrotechnically activated lithium-chlorine cell having a lithium vapor barrier
JPH10106900A (en) Electrode for electric double layer capacitor
US5401593A (en) High temperature secondary batteries
JPH0463509B2 (en)
JPH0740489B2 (en) Thermal battery
RU210951U1 (en) THERMAL CHEMICAL CURRENT SOURCE
US3575720A (en) Insulator means for lithium-chlorine high temperature battery
US10050312B2 (en) Electrochemical storage device having improved electrical conduction properties
RU53817U1 (en) ELECTROCHEMICAL ELEMENT OF HEAT BATTERIES