Способ изготовления электролитной смеси для теплового химического источника тока

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к резервным химическим тепловым источникам тока (ТИТ), а именно - к способам изготовления электролитных смесей для электролитных таблеток тепловых источников тока. Технический результат от использования данного изобретения состоит в упрощении технологического процесса изготовления электролитной смеси ТИТ. Сущность изобретения состоит в том, что для достижения упомянутого технического результата с термообработанным загустителем, вводимым в электролитную смесь, смешивают 85-97 мас.% от общего количества солевого электролита, а остальные 3-15 мас.% солевого электролита вводят в смесь, измельченную и просеянную после повторной термообработки, а затем перемешивают в течение 30-60 мин при комнатной температуре в атмосфере просушенного воздуха. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к резервным химическим тепловым источникам тока (ТИТ) и касается способа изготовления электролитной смеси для электролитных таблеток тепловых элементов.

В современных ТИТ, применяющихся в условиях тяжелых механических перегрузок, для изготовления электролитных таблеток применяются электролитные смеси, состоящие из безводного солевого электролита и загустителя.

Подготовка электролитной смеси - процесс весьма длительный и трудоемкий.

Описан способ приготовления электролитной смеси для ТИТ (патент США № 3677.822 от 18.07.72 г.), включающий обезвоживание солевых компонентов, например, хлористого лития и хлористого калия, их смешение в эвтектическом соотношении, плавление, измельчение, сушку в вакууме при t=100°C, смешение со связующим (в качестве которого может быть использован пирогенный порошок кремнезема) в шаровой мельнице, плавление при 400°С в течение 16 ч. Затем материал измельчают, просеивают через сито. Технологический процесс отличается большой растянутостью во времени.

Известен способ изготовления электролитной смеси на основе LiCl-KCl по авт. св. № 1840266, который в целях интенсификации процесса, включает обезвоживание солевых компонентов и загустителя, причем хлористый литий обезвоживают в вакууме при давлении не более 10,1 кПа в течение 55-80 мин при комнатной температуре, затем нагревают до 160-180°С в течение 4-5 ч при том же давлении, хлористый калий высушивают на воздухе при температуре 150-180°C в течение 3-4 ч; Al₂ O₃ прокаливают при температуре 450-500°C в течение 60-70 мин и просеивают через сетку 016, порошкообразный электролит LiCl-KCl просеивают через сетку 0355; компоненты перемешивают в шаровой мельнице в течение 50-60 мин и термообрабатывают при температуре 500-530°С в течение 60-70 мин, измельчают в шаровой мельнице в течение 60-80 мин, повторно термообрабатывают при той же температуре в течение 60-70 мин, измельчают и просеивают через сетку 016. Описанный способ, выбранный в качестве прототипа, значительно сокращает технологический процесс.

Недостатком этого способа приготовления электролитной смеси является необходимость применения операции "горячего" прессования для изготовления из полученной электролитной смеси прочных электролитных таблеток, так как при прессовании при комнатных температурах таблетки электролита имеют недостаточную механическую прочность. Температура прессования t=160±20°C, время выдержки в пресс-форме составляет 60-120 с.

Второй недостаток этого способа связан с операцией предварительного грубого измельчения сплавленной электролитной смеси после первой термообработки при температуре 500-530°С перед помещением в шаровую мельницу.

Термообработанная электролитная смесь быстро остывает и отвердевает; в отвердевшем виде она обладает большой твердостью, поэтому первоначальное грубое измельчение должно производиться только в горячем состоянии.

Высокая температура и большая твердость смеси усложняют технологический процесс. Необходимо отметить, что чем больше количество загустителя в электролитной смеси, тем больше хрупкость смеси, тем легче она поддается предварительному помолу.

Высокая температура пресс-форм (160±20°С) намного усложняет операцию прессования и приводит к большому расходу электроэнергии, удлиняет технологическое время за счет времени, затраченного на прогрев пресс-форм, выдержку навески электролитной смеси в пресс-форме, нагретой до температуры 160°С, уменьшается время эксплуатации металлических пресс-форм вследствие ускорения коррозии металла при высокой температуре.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение технологического процесса изготовления электролитных таблеток.

С этой целью в способе приготовления электролитной смеси, включающем обезвоживание солевых компонентов, их смешение, плавление, измельчение и просев, введение термообработанного загустителя, перемешивание и термообработку при температуре 500-550°С, измельчение полученной термообработанной смеси, повторную термообработку при той же температуре, измельчение и просев, с загустителем смешивают от 97-85 мас.% общего количества солевого электролита, остальные 3-15 мас.% солевого электролита вводят в электролитную смесь, измельченную и просеянную после повторной термообработки, и перемешивают в смесителе в течение 30-60 мин при комнатной температуре в атмосфере осушенного воздуха.

Увеличенное содержание загустителя и уменьшенное количество электролита (до 85 мас.% от общего количества солевого электролита) в электролитной смеси на первом этапе приводит к тому, что первоначально термообработанная электролитная смесь обладает большой хрупкостью, легко измельчается, но плохо прессуется при комнатной температуре.

Введение же в повторно термообработанную просеянную электролитную смесь остального солевого электролита (от 3-15 мас.%) улучшает механические свойства смеси, позволяет получать прочные прессованные электролитные таблетки уже при комнатной температуре.

Введение менее 3 мас.% электролита в просеянную повторно термообработанную смесь приводит к повышению брака при холодном прессовании электролитных таблеток; у части таблеток (20-30%) осыпаются края. В том случае, если в просеянную повторно термообработанную смесь вводят более 15 мас.% солевого электролита, то при разряде тепловых элементов с электролитными таблетками, отпрессованными из полученной электролитной смеси, особенно при температуре ≥600°С, наблюдаются вытеки электролита и короткие замыкания.

Если время перемешивания просеянной повторно термообработанной электролитной смеси с оставшимся солевым электролитом меньше 30 мин, то смесь получается неоднородной. Перемешивать более 60 мин не имеет смысла, поскольку даже при перемешивании с 2 мас.% солевого электролита получается однородная смесь.

В соответствии с предлагаемым способом была приготовлена электролитная смесь. Обезвожены солевые компоненты LiCl и KCl, причем LiCl обезвожен в вакууме при давлении не более 10,1 кПа в течение 55 мин при комнатной температуре, затем нагрет до 170°С в течение 4,5 ч при том же давлении, а KCl высушен на воздухе при температуре 160°C в течение 3-4 ч. Обезвоженные компоненты смешаны, сплавлены, измельчены и просеяны через сетку 0355. Полученный солевой электролит разделили на две части. На первом этапе 91 мас.% от общего количества солевого электролита смешивали с прокаленным при температуре 500°С в течение 60 мин и просеянным через сетку 0355 загустителем - γAl₂O₃

После перемешивания в шаровой мельнице в течение 60 мин смесь термобрабатывали при температуре 500°С в течение 60 мин, измельчали в шаровой мельнице в течение 70 мин, повторно термообрабатывали при той же температуре в течение 60 мин, измельчали и просеивали через сетку 016.

На втором этапе в повторно термообработанную просеянную электролитную смесь вводили остальные 9 мас.% солевого электролита и перемешивали в смесителе в течение 50 мин при комнатной температуре в атмосфере осушенного воздуха.

Было приготовлено по 200 г электролитной смеси пяти вариантов с общим соотношением солевого электролита и загустителя 68:32. В таблице приведены варианты электролитных смесей с различным количеством солевого электролита, введенного на I и II этапе, а также различное время перемешивания смесей и качество отпрессованных электролитных таблеток.

Из полученных электролитных смесей при комнатной температуре были отпрессованы электролитные таблетки. Испытания тепловых элементов с этими таблетками показали положительные результаты.

При изготовлении таблеток 1) сэкономлена электроэнергия, затрачиваемая ранее на прогрев пресс-форм; 2) сокращено время прессования таблеток, поскольку не надо выдерживать каждую навеску в нагретой пресс-форме (от 60 до 120°С); 3) время эксплуатации металлических пресс-форм при комнатной температуре значительно больше, чем при температуре 160°С.

Таблица Количество электролитной смесиСоотношение солевого электролита и загустителяКоличеств загустителя в смесиКоличеств солевого электролита, первоначально смешанного с загустителем Количество солевого электролита, введенного в электролитную смесь после второй термообработки, измельчения и просеваВремя перемешивания Качество электролитной смеси после перешивания Качество электролитных таблеток г г %г% гмин   200 68:326498 133,322,7 60однороднаяосыпаются края-- -97 13234,0 50-прочные -- -91124 91245 --- -- 85115,615 20,430- --- -83 1131723,0 25неоднородная-

Формула изобретения

Способ изготовления электролитной смеси для теплового химического источника тока, включающий обезвоживание солевых компонентов, их смешивание, плавление, измельчение, просев, введение термообработанного загустителя, перемешивание, термообработку при температуре 500-550°С, измельчение термообработанной смеси, повторную термообработку при той же температуре, измельчение и просев смеси, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологического процесса, с загустителем смешивают 85-97 мас.% от общего количества солевого электролита, а остальные 3-15 мас.% солевого электролита вводят в смесь, измельченную и просеянную после повторной термообработки, и перемешивают в течение 30-60 мин при комнатной температуре в атмосфере осушенного воздуха.