RU78006U1

RU78006U1 - CATHODE OF THE AIR-METAL CHEMICAL SOURCE OF THE CURRENT

Info

Publication number: RU78006U1
Application number: RU2008127061/22U
Authority: RU
Inventors: Валентин Иванович Козлов; Аркадий Федорович Потапов; Виктор Александрович Данилов; Елена Николаевна Ермакова; Галина Сергеевна Громова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Энергия"
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2008-11-10

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при производстве химических источников тока (ХИТ). Катод воздушно-металлического ХИТ состоит из активного слоя, содержащего активированный уголь 78-82 масс.%, технический углерод 9-11 масс.% и фторопласт 9-11 масс.%. Катод может дополнительно содержать гидрофобный слой, состоящий из технического углерода 56-59 масс.% и фторопласта 41-44 масс.%. Техническим результатом полезной модели является упрощение технологии производства и повышение энергетических характеристик ХИТ и батареи на его основе.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the production of chemical current sources (CIT). The cathode of the air-metal chit consists of an active layer containing activated carbon 78-82 wt.%, Carbon black 9-11 wt.% And fluoroplastic 9-11 wt.%. The cathode may further comprise a hydrophobic layer consisting of carbon black 56-59 wt.% And fluoroplastic 41-44 wt.%. The technical result of the utility model is to simplify the production technology and increase the energy characteristics of HIT and batteries based on it.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при производстве химических источников тока (ХИТ).The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the production of chemical current sources (CIT).

Известен катод по патенту РФ 2040832, Кл. Н01М 4/86 и Н01М 4/96, активный слой которого содержит активированный уголь 85-98 масс.%, остальное - полиэтилен, а гидрофобный слой содержит технический углерод 60-95 масс.%, остальное - полиэтилен. Недостаток этого катода в том, что полиэтилен недостаточно гидрофобен, а количества гидрофобизатора в гидрофобном слое недостаточно. Это снижает энергетические характеристики из-за промокания электрода.Known cathode according to the patent of the Russian Federation 2040832, CL. H01M 4/86 and H01M 4/96, the active layer of which contains activated carbon 85-98 wt.%, The rest is polyethylene, and the hydrophobic layer contains carbon black 60-95 wt.%, The rest is polyethylene. The disadvantage of this cathode is that polyethylene is not hydrophobic enough, and the amount of water repellent in the hydrophobic layer is not enough. This reduces energy performance due to the wetting of the electrode.

Известен катод, активная масса которого содержит технический углерод 61,4-63,4 масс.% и фторопласт 27-29% (патент РФ 1327755, Кл. Н01М М4/90 и Н01М 4/96). Недостаток заключается в снижении энергетических характеристик вследствие увеличенных омических потерь из-за большого количества фторопласта и недостаточной электрической проводимости сажи в активной части катода.Known cathode, the active mass of which contains carbon black 61.4-63.4 wt.% And fluoroplastic 27-29% (RF patent 1327755, CL. H01M M4 / 90 and H01M 4/96). The disadvantage is the reduction in energy characteristics due to increased ohmic losses due to the large amount of fluoroplastic and the insufficient electrical conductivity of soot in the active part of the cathode.

Прототипом настоящей полезной модели является катод, известный по патенту 2152670, Кл. Н01М 4/96 и Н01М 4/06. Активный и гидрофобный слои также содержат полиэтилен. Смесь каждого слоя смешивают вначале при комнатной, а затем при температуре 150°С. После прессуют на металлическую сетку также при температуре 150°С. После отмывки в растворителе, электрод подпрессовывают при температуре 110-170°С и удельном давлении 100-500 кгс/см².The prototype of this utility model is the cathode, known in patent 2152670, CL. H01M 4/96 and H01M 4/06. The active and hydrophobic layers also contain polyethylene. The mixture of each layer is mixed first at room temperature and then at a temperature of 150 ° C. After being pressed onto a metal mesh also at a temperature of 150 ° C. After washing in a solvent, the electrode is pressed at a temperature of 110-170 ° C and a specific pressure of 100-500 kgf / cm ² .

Недостаток прототипа заключается в сложности технологии. При прессовании при повышенной температуре обычно время нахождения под давлением не превышает 0,5-1 мин. Этого недостаточно для скрепления частиц пористого монолитного электрода. После снятия нагрузки, The disadvantage of the prototype is the complexity of the technology. When pressing at elevated temperature, usually the residence time under pressure does not exceed 0.5-1 minutes. This is not enough for bonding particles of a porous monolithic electrode. After unloading,

вследствие релаксационных явлений может возникать появление микротрещин, приводящих к затоплению пор электролитом и снижению энергетических характеристик ХИТ.as a result of relaxation phenomena, microcracks can occur, leading to flooding of pores by electrolyte and a decrease in the energy characteristics of chemical energy factors.

Задача полезной модели - упрощение технологии и повышение энергетических характеристик ХИТ.The objective of the utility model is to simplify the technology and increase the energy characteristics of HIT.

Указанный технический результат достигается тем, что катод воздушно-металлического химического источника тока, содержащий токоотвод и активный слой, который содержит масс.%: активированный уголь 78-82, технический углерод 9-11 и фторопласт 9-11.The specified technical result is achieved by the fact that the cathode of an air-metal chemical current source containing a down conductor and an active layer that contains wt.%: Activated carbon 78-82, carbon black 9-11 and fluoroplastic 9-11.

Целесообразно, чтобы катод дополнительно содержал гидрофобный слой, состоящий масс.%: из технического углерода 56-59 и фторопласта 41-44.It is advisable that the cathode additionally contains a hydrophobic layer consisting of wt.%: From carbon black 56-59 and fluoroplastic 41-44.

В полезной модели задача решается, во первых, тем, что катод для ХИТ с относительно небольшим сроком контакта катода с электролитом и работы состоит из одного активного слоя, содержащего активированный уголь 78-82 масс.%, технический углерод 9-11 масс.% и фторопласт 9-11%, а катод для ХИТ с длительным сроком работы дополнительно содержит гидрофобный слой, состоящий из технического углерода 56-59 масс.% и фторопласта 41-44 масс.%. Во-вторых фторопласт вводят в массу в виде фторопластовой суспензии, разбавленной в дистиллированной воде. В третьих, производят прессование катода удельным усилием 150-300 кгс/см² Финишной операцией является термостабилизация катода при температуре 340-360°С в течение 10-20 минут.In a utility model, the problem is solved, firstly, by the fact that the cathode for CIT with a relatively short contact time of the cathode with the electrolyte and the operation consists of one active layer containing activated carbon 78-82 wt.%, Carbon black 9-11 wt.% And fluoroplastic is 9–11%, and the cathode for long-life chit is additionally containing a hydrophobic layer consisting of carbon black 56–59 mass% and fluoroplastic 41–44 mass%. Secondly, the fluoroplastic is introduced into the mass in the form of a fluoroplastic suspension diluted in distilled water. Thirdly, the cathode is pressed by a specific force of 150-300 kgf / cm ^{2 The} final operation is the thermal stabilization of the cathode at a temperature of 340-360 ° C for 10-20 minutes.

Катод с одним слоем - активным может использоваться в ХИТ с относительно коротким сроком работы, например, в воздушно-цинковых батареях «Штиль» для питания средств навигационной обстановки с заправкой электролитом перед разрядом и длительностью разряда 10-11 недель. Этот однослойный катод обладает смешанными гидрофильно-гидрофобными свойствами. Гидрофильность обеспечивается, прежде всего, активированным углем, этому также способствует сажа, хорошо впитывающая и удерживающая влагу. Гидрофобность достигается тем, что фторопласт, содержащийся в суспензии в мелкодисперсном виде, покрывает стенки пор катода. Мелкодисперсная пленка фторопласта, покрывая частицы катода, играет роль связующего между ними. Гидрофобности также способствует сажа, удерживающая электролит от просачивания из пор в течение времени разряда ХИТ. Термостабилизация катода в незаневоленном виде предотвращает снижение пористости и релаксационные явления. При температуре стабилизации 340-360°С происходит размягчение фторопласта и более плотное покрытие им частиц электрода повышающее его механическую прочность.A single-layer active cathode can be used in HIT with a relatively short life, for example, in Shtil air-zinc batteries to power navigation aids with electrolyte charge before discharge and a discharge duration of 10-11 weeks. This single-layer cathode has mixed hydrophilic-hydrophobic properties. Hydrophilicity is provided, first of all, by activated carbon, soot also contributes to this, which absorbs and retains moisture well. Hydrophobicity is achieved by the fact that the fluoroplastic contained in the suspension in a finely dispersed form covers the pore walls of the cathode. The finely dispersed fluoroplastic film, covering the cathode particles, plays the role of a binder between them. Hydrophobicity is also promoted by soot, which keeps the electrolyte from seeping from the pores during the time of the CIT discharge. Thermal stabilization of the cathode in an uninoculated state prevents porosity reduction and relaxation phenomena. At a stabilization temperature of 340-360 ° C, the fluoroplastic softens and a denser coating of the electrode particles increases its mechanical strength.

В варианте катода для ХИТ с длительным разрядом к активному слою присоединяют гидрофобный слой. Содержание в гидрофобном слое технического углерода достаточно для обеспечения электронной проводимости слоя, а значительное количество фторопласта обеспечивает невытекание электролита. Способ изготовления двухслойного электрода остается таким же, как и однослойного.In a variant of a cathode for long-term chit, a hydrophobic layer is attached to the active layer. The content of carbon black in the hydrophobic layer is sufficient to ensure the electronic conductivity of the layer, and a significant amount of fluoroplastic ensures non-leakage of the electrolyte. A method of manufacturing a two-layer electrode remains the same as a single-layer electrode.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».The analysis of the prior art showed that the claimed combination of essential features set forth in the formula of the utility model is unknown. This allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."

Сущность полезной модели поясняется примером практической реализации.The essence of the utility model is illustrated by an example of practical implementation.

Пример 1 практический реализации. Изготовляем однослойный катод для ХИТ, входящего в состав двух элементов батареи «Штиль» резервного типа. Токоотвод - стальная никелированная сетка толщиной 70 мкм. Активную массу готовят из смеси: активированный уголь - 80 масс.%, технический углерод (сажа) - 10 масс.%, суспензия фторопласта - 10 масс.% по сухому остатку. Производят перемешивание активированного угля и углерода в смесителе в водно-спиртовом растворе в течение 5 мин. Фторопластовую суспензию разбавляют дистиллированной водой и выливают в смеситель и перемешивают активированный уголь, технический углерод и фторопластовую суспензию в течение 7 минут. Затем активную массу сушат при температуре 130-150°с в течение суток и прессуют катод при комнатной температуре удельным усилием 220 кгс/см²Финишная операция - термостабилизация при температуре 350°С в течение 15 мин. Батареи разряжались с плотностью тока на катодах 3 мА/см² со скважностью разряда: разряд - 0,5 сек, отдых - 0,5 сек. Время работы в таком режиме составило 1676 часов.Example 1 practical implementation. We produce a single-layer cathode for HIT, which is part of two elements of the battery "Calm" backup type. The down conductor is a nickel-plated steel mesh 70 microns thick. The active mass is prepared from a mixture: activated carbon - 80 wt.%, Carbon black (soot) - 10 wt.%, Fluoroplastic suspension - 10 wt.% On a dry residue. The activated carbon and carbon are mixed in a mixer in an aqueous-alcoholic solution for 5 minutes. The fluoroplastic suspension is diluted with distilled water and poured into the mixer and the activated carbon, carbon black and fluoroplastic suspension are mixed for 7 minutes. Then the active mass is dried at a temperature of 130-150 ° C during the day and the cathode is pressed at room temperature with a specific force of 220 kgf / cm ^{2. The} final operation is thermal stabilization at a temperature of 350 ° C for 15 minutes. The batteries were discharged with a current density of 3 mA / cm ² at the cathodes with discharge duty cycle: discharge - 0.5 sec, rest - 0.5 sec. The operating time in this mode was 1676 hours.

Время работы батареи с катодами, изготовленными по прототипу, составило 1334 часа.The battery life with cathodes made according to the prototype was 1334 hours.

Пример 2. Изготовлен двухслойный катод для батареи «Штиль». Активную массу готовят по способу, описанному в примере 1. Состав гидрофобной массы: технический углерод - 58 масс.%, фторопласт - 42 масс.%, по сухому остатку. Производят перемешивание углерода в водно-спиртовом растворе в течение 5 мин. в смесителе, в который затем выливают фторопластовую суспензию, разбавленную дистиллированной водой и перемешивают в течение 6 минут.Example 2. A two-layer cathode for the battery "Calm". The active mass is prepared according to the method described in example 1. The composition of the hydrophobic mass: carbon black - 58 wt.%, Fluoroplastic - 42 wt.%, On a dry residue. The carbon is mixed in an aqueous-alcoholic solution for 5 minutes. in a mixer, into which a fluoroplastic suspension is then poured, diluted with distilled water, and stirred for 6 minutes.

Смешанную массу сушат, как в примере 1.The mixed mass is dried, as in example 1.

В прессформу засыпают активный слой, затем - гидрофобный слой, накладывают металлическую сетку, прессуют и термостабилизируют, как в примере 1.The active layer is poured into the mold, then a hydrophobic layer, a metal mesh is applied, pressed and thermostabilized, as in example 1.

Одна батарея разряжалась сразу после заливки по режиму, приведенному в примере 1. Время работы составило 1630 часов. Некоторое преимущество батареи с однослойными катодами One battery was discharged immediately after filling according to the mode shown in Example 1. The operating time was 1630 hours. Some advantage of single-layer cathode batteries

связано с более высоким напряжением ХИТ с однослойным катодом. Другая батарея с двухслойными катодами хранилась до разряда 3 месяца (2160 часов) с заправленным электролитом. Время работы после включения на разряд составило 1610 часов, что свидетельствует о кондиционности катодов, контактировавшим с электролитом до разряда и при разряде, всего 3770 час.due to the higher voltage of the single-layer cathode chit. Another battery with two-layer cathodes was stored until discharge for 3 months (2160 hours) with a charged electrolyte. The operating time after switching on to the discharge was 1610 hours, which indicates the condition of the cathodes in contact with the electrolyte before discharge and during discharge, a total of 3770 hours.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что заявленные катод и способ его изготовления могут быть реализованы с достижением заявленного технического результата, т.е. они соответствуют критерию «промышленная применимость».Based on the foregoing, we can conclude that the claimed cathode and method of its manufacture can be implemented with the achievement of the claimed technical result, i.e. they meet the criterion of "industrial applicability".

Claims

1. The cathode of an air-metal chemical current source containing a collector and an active layer, characterized in that the active layer of the cathode contains, wt.%: Activated carbon 78-82, carbon black 9-11 and fluoroplastic 9-11.

2. The cathode according to claim 1, characterized in that it further comprises a hydrophobic layer, consisting, wt.%: Of carbon black 56-59 and fluoroplastic 41-44.