RU2768252C1 - Элемент термоактивируемого химического источника тока - Google Patents
Элемент термоактивируемого химического источника тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2768252C1 RU2768252C1 RU2021127401A RU2021127401A RU2768252C1 RU 2768252 C1 RU2768252 C1 RU 2768252C1 RU 2021127401 A RU2021127401 A RU 2021127401A RU 2021127401 A RU2021127401 A RU 2021127401A RU 2768252 C1 RU2768252 C1 RU 2768252C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- cell
- thermally activated
- lithium
- active component
- Prior art date
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
- H01M6/02—Details
-
- 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)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ), и может быть использовано в качестве источника электропитания как для средств управления, так и для активного питания силовых электрических агрегатов. Элемент содержит диск катодного полуэлемента с активным компонентом из галогенидов, оксидов переходных металлов или их смесей, помещенный в металлическую сетчатую обечайку, литийсодержащий анодный полуэлемент, а также электролит. Техническим результатом является повышение разрядного напряжения на элементе ТХИТ при снижении количества катодной массы, что увеличивает удельные электрические и емкостные характеристики элемента ТХИТ. 2 ил., 6 пр.
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ) и может быть использовано в качестве источника электропитания, как для средств управления, так и для активного питания силовых электрических агрегатов.
Из уровня техники известны элементы термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых выполнен в виде набора дисков, последовательно соединенных между собой (R. Guidotti, P. Masset. Thermally activated («thermal») battery technology Part I: An overview//J. of Power Sources, 161(2006) 1443-1449) [1]. Конструкция такого элемента содержит последовательно расположенные катодный токосъем, катодный диск, содержащий активный компонент с добавлением электроно – и ионопроводящих материалов, диск из электролитной смеси, анодный диск и анодный токосъем. Такая конструкция технологична, но из-за балластного содержания в ней электрон- и ионопроводящих материалов удельные электрические характеристики элемента ТХИТ имеют низкие значения.
Наиболее близким к заявляемому является элемент химического источника тока, известный из RU 2105392, опубл.20.02.1998 [2]. Данный элемент содержит анодный полуэлемент, выполненный из пористой металлической пластины, размещенной на поверхности анода, обращенной к катоду. Пористая металлическая пластина выполнена из пористой никелевой фольги толщиной 20 - 250 мкм, пористостью 30 - 60% и размером пор 1 - 40 мкм. Никель стоек при рабочих условиях литиевого ХИТ и широко используется в технологии производства. Пластина, расположенная на рабочей поверхности анода, препятствует образованию и росту литиевых дендритов и одновременно выполняет роль токоотвода. Металлический литий размещенный в порах и/или на поверхности анодного полуэлемента, увеличивает прочность сцепления активного компонента с токоотводом, что уменьшает внутреннее сопротивление и повышает разрядные характеристики. Инертный катодный полуэлемент также выполнен из пористой металлической пластины, в порах и/или на поверхности которой помещен активный компонент катода – тионилхлорид в растворе электролита. Предполагается, что катодный полуэлемент, обладающий высокой пористостью и развитой поверхностью, пропитанный раствором активного компонента в электролите, будет обеспечивать высокие разрядные токи.
Таким образом, известный элемент химического источника тока содержит катодный и анодный полуэлементы, помещенные в поры металлической пластины, приваренной к токосъемам. Тионилхлорид, используемый в известном элементе в качестве активного компонента, в процессе электрохимической реакции не образует электронопроводящего компонента, поэтому для работы известного элемента требуется не менее 30% электронопроводящего и не менее 20% – ионопроводящего компонентов по отношению к общей массе катодного полуэлемента. Балластные электронопроводящий и ионопроводящий компоненты снижают массу активного компонента катода, размещаемого в порах металлических пластин, что является причиной незначительной удельной электрической емкости известного элемента ТХИТ.
Задача изобретения заключается в разработке конструкции элемента термоактивируемого химического источника с повышенной удельной электрической емкостью.
Для этого предложен элемент термоактивируемого химического источника тока, который, как и прототип, содержит катодный полуэлемент с галогенидсодержащим активным компонентом, помещенный во внутрь металлического материала, литийсодержащий анодный полуэлемент, а также электролит. Новый элемент отличается тем, что диск катодного полуэлемента с активным компонентом из галогенидов, оксидов переходных металлов или их смесей помещен в металлическую сетчатую обечайку.
Сущность предложенного решения заключается в том, что в процессе разряда, без использования электроно – и ионопроводящих материалов, компоненты катодного полуэлемента, помещенного в металлическую сетчатую обечайку, восстанавливаются до электропроводящего металла в виде губчатой структуры, которая растет в направлении невосстановленного катодного материала. Электропроводная обечайка в этом решении выполняет функцию токосъемника. При этом внутреннее сопротивление элемента ТХИТ изменяется незначительно в процессе разряда и определяется сопротивлением электролитной смеси. Исключение из катодного полуэлемента балластных электрон – и ионопроводящих материалов, а также снижение его внутреннего сопротивления, позволяет повысить удельную электрическую емкость и удельные электрические характеристики элемента термоактивируемого химического источника тока.
Новый технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении удельной электрической емкости элемента и удельных электрических характеристик термоактивируемого химического источника тока.
Изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 изображен элемент термоактивируемого химического источника тока; на фиг.2 представлены разрядные кривые, соответствующие номерам нижеприведенных примеров.
Элемент термоактивируемого химического источника тока содержит металлическую сетчатую обечайку 1, помещенный в нее диск катодного полуэлемента 2 а также диск из электролита 3 и диск анодного полуэлемента 4. Сетчатая обечайка 1 может быть изготовлена из любого металла, например, никеля, кобальта, железа, меди и др, совместимого с активными компонентами элемента ТХИТ.
Для обоснования осуществимости предлагаемого решения проведены сравнительные разряды макетов элементов ТХИТ с общепринятой конструкцией катодного полуэлемента (пример 1) и с предлагаемой конструкцией, катодный диск которой выполнен с различными составами активного вещества (примеры 2-6).
Пример 1. Изготовлен макет элемента ТХИТ с катодным полуэлементом состава NiCl2–V2O3 (30 мас.%) без металлической сетчатой обечайки. Элемент содержит электролитную смесь на основе LiF–LiCl–LiBr (60 мас.%), загущенную γ–LiAlO2. Анодный полуэлемент представляет собой литий-борный композит с содержанием бора 24 мас.%. В качестве активного компонента катода, макет содержит дихлорид никеля и триоксид ванадия при следующем соотношении компонентов элемента ТХИТ, г:
Дихлорид никеля | 2,5 |
Триоксид ванадия | 1, 07 |
Электролитная смесь | 4,0 |
Литий-борный композит | 1,0 |
Разряд проводили при температуре 550°С плотностью тока 0,4 А/см2 в гальваностатическом режиме. Площадь рабочей поверхности катодного, электролитного и анодного дисков составила 4,8 см2.
Пример 2. Изготовлен макет элемента ТХИТ с катодным полуэлементом из NiCl2, помещенным в металлическую сетчатую обечайку. Элемент содержит электролитную смесь на основе LiF–LiCl–LiBr (60 мас.%), загущенную γ–LiAlO2. Анодный полуэлемент представляет собой литий-борный композит с содержанием бора 24 мас.%.
В качестве активного компонента катода, макет содержит дихлорид никеля при следующем соотношении компонентов элемента ТХИТ, г:
Дихлорид никеля | 2,5 |
Электролитная смесь | 4,0 |
Литий-борный композит | 1,0 |
Разряд проводили при температуре 550°С плотностью тока 0,4 А/см2 в гальваностатическом режиме. Площадь рабочей поверхности катодного, электролитного и анодного дисков составила 4.8 см2.
Пример 3. Изготовлен макет элемента ТХИТ с катодным полуэлементом состава NiCl2–V2O5 (30 мас.%), помещенным в сетчатую металлическую обечайку. Элемент содержит электролитную смесь на основе LiF–LiCl–LiBr (60 мас.%), загущенную γ–LiAlO2. Анодный полуэлемент представляет собой литий-борный композит с содержанием бора 24 мас.%.
В качестве активного компонента катода, макет содержит дихлорид никеля и триоксид ванадия при следующем соотношении компонентов элемента ТХИТ, г:
Дихлорид никеля | 2,5 |
Пятиокись ванадия | 1, 07 |
Электролитная смесь | 4,0 |
Литий-борный композит | 1,0 |
Разряд проводили при температуре 550°С плотностью тока 0,4 А/см2 в гальваностатическом режиме. Площадь рабочей поверхности катодного, электролитного и анодного дисков составила 4,8 см2.
Пример 4. Изготовлен макет элемента ТХИТ с катодным полуэлементом состава NiF2– MoO3 (20 мас.%), помещенным в сетчатую металлическую обечайку. Элемент содержит электролитную смесь на основе LiF–LiCl–LiBr (60 мас.%), загущенную γ–LiAlO2. Анодный полуэлемент представляет собой литий-борный композит с содержанием бора 24 мас.%.
В качестве активного компонента катода, макет содержит дифторид никеля и оксид молибдена при следующем соотношении компонентов элемента ТХИТ, г:
Дифторид никеля | 2,5 |
Оксид молибдена | 0,625 |
Электролитная смесь | 4,0 |
Литий-борный композит | 1,0 |
Разряд проводили при температуре 550°С плотностью тока 0,4 А/см2 в гальваностатическом режиме. Площадь рабочей поверхности катодного, электролитного и анодного дисков составила 4,8 см2.
Пример 5. Изготовлен макет элемента ТХИТ с катодным полуэлементом состава NiO, помещенным в сетчатую металлическую обечайку. Элемент содержит электролитную смесь на основе LiF–LiCl–LiBr (60 мас.%), загущенную γ–LiAlO2. Анодный полуэлемент представляет собой литий-кремний сплав.
В качестве активного компонента катода, макет содержит оксид никеля при следующем соотношении компонентов элемента ТХИТ, г:
Оксид никеля | 1,0 |
Электролитная смесь | 4,0 |
Литий-кремний сплав | 2,0 |
Разряд проводился при температуре 550°С плотностью тока 0,4 А/см2 в гальваностатическом режиме. Площадь рабочей поверхности катодного, электролитного и анодного дисков составляла 4,8 см2.
Пример 6. Изготовлен макет элемента ТХИТ с катодным полуэлементом состава CoCl2– WO3 (20 мас.%), помещенным в сетчатую металлическую обечайку. Элемент содержит электролитную смесь на основе LiF–LiCl–LiBr (60 мас.%), загущенную γ–LiAlO2. Анодный полуэлемент представляет собой литий-борный композит с содержанием бора 24 мас.%.
В качестве активного компонента катода, макет содержит дифторид никеля и оксид молибдена при следующем соотношении компонентов элемента ТХИТ, г:
Дихлорид кобальта | 2,5 |
Оксид вольфрама | 0,625 |
Электролитная смесь | 4,0 |
Литий-борный композит | 1,0 |
Разряд проводили при температуре 520°С плотностью тока 0,4 А/см2 в гальваностатическом режиме. Площадь рабочей поверхности катодного, электролитного и анодного дисков составила 4,8 см2.
Как видно из приведенных данных, использование заявленного изобретения повышает разрядное напряжение на элементе ТХИТ при снижении количества катодной массы, что увеличивает удельные электрические и емкостные характеристики элемента ТХИТ.
Claims (1)
- Элемент термоактивируемого химического источника тока, содержащий катодный полуэлемент с галогенидсодержащим активным компонентом, помещенный во внутрь металлического материала, литийсодержащий анодный полуэлемент, а также электролит, выполненные в виде дисков, отличающийся тем, что диск катодного полуэлемента с активным компонентом из галогенидов, оксидов переходных металлов или их смесей помещен в металлическую сетчатую обечайку.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021127401A RU2768252C1 (ru) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | Элемент термоактивируемого химического источника тока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021127401A RU2768252C1 (ru) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | Элемент термоактивируемого химического источника тока |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2768252C1 true RU2768252C1 (ru) | 2022-03-23 |
Family
ID=80819780
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021127401A RU2768252C1 (ru) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | Элемент термоактивируемого химического источника тока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2768252C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1397767A (en) * | 1972-06-07 | 1975-06-18 | Secr Defence | Thermal battery |
RU2105392C1 (ru) * | 1995-06-05 | 1998-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Интергрин" | Химический источник тока |
EP2400585A1 (en) * | 2010-06-24 | 2011-12-28 | EaglePicher Technologies, LLC | Thermal battery cathode materials containing nickel disulfide and batteries including same |
KR101802115B1 (ko) * | 2017-06-16 | 2017-11-28 | 국방과학연구소 | 금속 폼을 이용한 열전지 양극의 제조 방법 |
RU2746268C1 (ru) * | 2020-11-06 | 2021-04-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Батарея термоактивируемых химических источников тока |
-
2021
- 2021-09-17 RU RU2021127401A patent/RU2768252C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1397767A (en) * | 1972-06-07 | 1975-06-18 | Secr Defence | Thermal battery |
RU2105392C1 (ru) * | 1995-06-05 | 1998-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Интергрин" | Химический источник тока |
EP2400585A1 (en) * | 2010-06-24 | 2011-12-28 | EaglePicher Technologies, LLC | Thermal battery cathode materials containing nickel disulfide and batteries including same |
KR101802115B1 (ko) * | 2017-06-16 | 2017-11-28 | 국방과학연구소 | 금속 폼을 이용한 열전지 양극의 제조 방법 |
RU2746268C1 (ru) * | 2020-11-06 | 2021-04-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Батарея термоактивируемых химических источников тока |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8778546B2 (en) | Air breathing lithium power cells | |
CN111525181A (zh) | 一种低界面电阻的全固态电池及其制备方法 | |
Wang et al. | A scalable hybrid separator for a high performance lithium–sulfur battery | |
US20200203677A1 (en) | Electrochemical element and manufacturing method therefor | |
KR20080083112A (ko) | 이기능성 공기 전극 | |
CN103931028A (zh) | 钠电池用负极活性物质、负极和钠电池 | |
JP2016122650A (ja) | 全固体金属−金属電池 | |
JPS6035462A (ja) | 電気化学的電池 | |
CN110600677A (zh) | 锂金属负极及其制备方法和锂金属、锂硫、锂空气电池 | |
CN112054159A (zh) | 一种一体化全固态锂离子电池的制备方法 | |
CN104488131B (zh) | 具有钠的混合储能器件 | |
RU2768252C1 (ru) | Элемент термоактивируемого химического источника тока | |
EP4329007A1 (en) | Battery | |
EP3696896A1 (en) | Phosphorous-based polyester electrolytes for high voltage lithium ion batteries | |
US20210296634A1 (en) | Aqueous zinc lithium-ion battery and method for making same | |
US11916253B2 (en) | Electrolyte membrane for lithium-air battery, method of manufacturing same and lithium-air battery comprising same | |
EP4386893A1 (en) | Battery | |
KR20210034917A (ko) | 양극, 이를 포함하는 금속-공기전지 및 이의 제조방법 | |
CN219457659U (zh) | 一种用于熔融锂金属电池的复合式负极集流体 | |
EP4386894A1 (en) | Battery | |
EP3702395A1 (en) | Sulfur-based polyester electrolytes for high voltage lithium ion batteries | |
US11817575B2 (en) | Graded composition electrode with active component mix and solid-state electrolyte | |
RU2759843C1 (ru) | Элементарная ячейка литий-ионного аккумулятора и аккумулятор на ее основе | |
US12002927B1 (en) | Electrolytes, electrodes, electrolytes and electrodes materials, and manufacturing thereof | |
JPH07183038A (ja) | 溶融炭酸塩型燃料電池用集電板 |