6-вольтовый литий-фторидный химический источник тока

 

Использование: производство твердотельных 6 В литий-фторидных источников тока (ХИТ). Сущность изобретения: литий-фторидный ХИТ содержит анод на основе лития или литийсодержащего сплава, твердый электролит и катод на основе фторсодержащих соединений с энергией связи фтора не более 0,05 эВ. В качестве таких соединений могут использоваться фториды ксенона, криптона, серебра и кобальта. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве литий-фторидных химических источников тока (ХИТ).

Известен литий-фторидный ХИТ, содержащий литиевый анод, органический раствор электролита и катод на основе фторированного углерода [1].

Недостаток указанного ХИТ связан с использованием жидкофазного электролита, наличие которого предъявляет повышенные требования к его герметизации, а также снижает его эксплуатационную надежность из-за возможности разгерметизации с взрывом при аварийных режимах.

Из известных литий-фторидных ХИТ наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является ХИТ, содержащий литиевый анод, твердый литийпроводящий электролит и катод на основе фторуглерода [2].

Недостатком указанного ХИТ являются низкие удельные электрические характеристики.

Задачей изобретения является создание литиевого ХИТ, обладающего повышенными удельными электрическими характеристиками.

Указанный технический результат достигается тем, что в литий-фторидном ХИТ, содержащем анод на основе лития или литийсодержащего сплава, твердый электролит, в качестве катода взяты высшие фториды с энергией связи фтора в соединении не более 0,05 эВ.

В качестве таких соединений могут быть использованы фториды инертных газов ксенона и криптона, например XeF₆ и KrF₄. Кроме того, в качестве катодных материалов могут использоваться высшие фториды металлов, например AgF₂ и CoF₃.

Использование на катоде высших фторсодержащих соединений с малой энергией связи фтора (менее 0,05 эВ) позволит реализовать 6 В электрохимическую систему Li/F с удельной энергией более 300Вт·ч/кг. Это достигается за счет высоких активностей лития и фтора и их большой удельной энергоемкости.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного решения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого изобретения.

Установлено, что изобретение не следует явным образом для специалиста в данной области из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Пример практической реализации.

Для подтверждения возможности практической реализации заявленного изобретения был изготовлен лабораторный литиевый ХИТ. ХИТ собирался в разряженном состоянии, что упрощает его изготовление за счет использования менее активных веществ. В качестве анода использовался фторид лития (LiF), размещенный в матрице из никелевой фольги толщиной 70 мкм, пористостью 40% и размером пор 15 мкм, в качестве катода использовался фторид серебра (AgF), размещенный в аналогичной матрице. Электроды в форме дисков диаметром 20 мм размещались в корпусе стандартного литий-фторуглеродного пуговичного элемента типа ВR2325. После герметизации ХИТ подвергался заряду от внешнего источника постоянного тока при напряжении 6,6-8 В. В процессе заряда напряжение регулировалось, чтобы ток заряда не превышал 1 мА. Время заряда составляло 5-8 ч. В процессе заряда LiF восстанавливался до металлического лития, а фторид серебра (AgF) окислялся до дифторида серебра (AgF₂). После проведения заряда измеряли напряжение разомкнутой цепи. Его значение составило 6 В. При разряде током 0,1 мА лабораторный образец отдавал емкость 150мА·ч, сравнимую с выпускаемыми литий-фторуглеродными ХИТ. Однако за счет более высокого рабочего напряжения ≈6 В удельная энергия испытываемого ХИТ была выше на 40%.

Полученные данные подтверждают возможность практической реализации заявленного изобретения с достижением указанного технического результата. На основании изложенного можно сделать заключение, что заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Литий-фторидный химический источник тока, содержащий анод на основе лития или литийсодержащего сплава, твердый электролит и катод на основе фторсодержащих соединений, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащих соединений взяты высшие фториды, в которых фтор имеет энергию связи не более 0,05 эВ.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего соединения взяты фториды инертных газов, выбранных из группы, содержащей криптон, ксенон.

3. Источник по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащих соединений взяты высшие фториды, выбранные из группы, содержащей дифторид серебра, трифторид кобальта.