Твердый электролит для химического источника тока

Изобретение относится к области электротехники, в частности к твердым электролитам на основе ортогерманата лития. Техническим результатом изобретения является уменьшение значения удельного электросопротивления. Согласно изобретению электролит содержит ортогерманат лития, литиевую соль кислородсодержащей кислоты и ортоцирконат лития при следующем соотношении компонентов, мол.%: ортогерманат лития 60-85, соль лития Li_xMO₄ 10-35 и ортоцирконат лития 1,5-5,0. В качестве литиевой соли кислородсодержащей кислоты можно использовать соль, содержащую пяти- или шестивалентный элемент: Li₃PO₄, Li₃VO₄, Li₂SO₄, Li₂SeO₄, Li₂CrO₄, Li₂MoO₄, Li₂WO₄. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области электротехники и может применяться в химических источниках тока в качестве твердого электролита с проводимостью по катионам лития.

Известен твердый электролит для химического источника тока, содержащий соль лития и имеющий состав LiI·x[Al₂(SO₄)₃·nH₂O] (патент Великобритании №1527330, кл. H1В, 1978). Однако удельное электросопротивление такого электролита довольно высоко (10⁴Ом·см при 300°С и 10³Ом·см при 400°С), что существенно ограничивает возможные области его применения.

Наиболее близким по достигаемому результату является твердый электролит для химического источника тока (Е.И.Бурмакин. Твердые электролиты с проводимостью по катионам щелочных металлов. М.: Наука. 1992 (глава 2)), содержащий ортогерманат лития Li₄GeO₄ и литиевую соль кислородсодержащей кислоты Li_xMO₄, где х=2 или 3; М - Р⁵, V⁵, S⁶, Se⁶, Cr⁶, Mo⁶, W⁶. Такие твердые электролиты, содержащие 65-90 мол. % ортогерманата лития и 10-35 мол. % одной из указанных солей лития, имеют удельное электросопротивление 10-15 Ом·см при 300°С, 3-6 Ом·см при 400°С, 1,7-3,5 Ом·см при 500°С.

Однако известные электролиты имеют высокое удельное электросопротивление, что препятствует повышению характеристик химических источников тока.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка твердого электролита на основе ортогерманата лития с более низкими значениями удельного электросопротивления.

Поставленная задача решается за счет того, что твердый электролит для химического источника тока, содержащий ортогерманат лития и литиевую соль кислородсодержащей кислоты, дополнительно содержит ортоцирконат лития при следующем соотношении компонентов, мол.%:

Ортогерманат лития	60-85
Соль LixМО4	10-35
Ортоцирконат лития	1,5-5,0

В качестве литиевой соли кислородсодержащей кислоты можно использовать соль, содержащую пяти- или шестивалентный элемент: Li₃PO₄, Li₃VO₄, Li₂SO₄, Li₂SeO₄, Li₂CrO₄, Li₂MoO₄, Li₂WO₄.

Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом позволяет сделать заключение, что заявляемое техническое решение отличается от известного тем, что электролит дополнительно содержит ортоцирконат лития в количестве 1,5-5,0 мол.%.

Изобретение может быть проиллюстрировано примерами.

Пример 1. В алундовом тигле при 1000-1050°С в течение 10 ч были синтезированы твердые электролиты составов 0,90 Li₄GeO₄·0,10 Li₂SO₄ (1) и 0,85 Li₄GeO₄·0,05 Li₄ZrO₄·0,10 Li₂SO₄ (2).

Измерения удельного электросопротивления изготовленных из обожженной смеси керамических образцов дали следующие значения:

Состав	Удельное электросопротивление, Ом·см при t°C
300	400	500	600
1	12,5	3,50	1,70	1,00
2	10,9	3,05	1,25	0,90

Пример 2. В алундовом тигле при 1050-1100°С в течение 15 ч были синтезированы твердые электролиты составов 0,75 Li₄GeO₄·0,25 Li₃VO₄ (3) и 0,71 Li₄GeO₄·0,04 Li₄ZrO₄·0,25 Li₃VO₄ (4).

Измерения удельного электросопротивления изготовленных из обожженной смеси керамических образцов дали следующие значения:

Состав	Удельное электросопротивление, Ом·см при t°C
300	400	500	600
3	9,30	2,95	1,60	1,00
4	5,60	2,05	1,25	0,70

При выходе за указанные пределы концентрации Li₄ZrO₄ удельное электросопротивление возрастает и эффект от введения добавки становится небольшим. Так, в системе 0,75 Li₄GeO₄·0,25 Li₃VO₄ - Li₄ZrO₄ (пример 2) при концентрации Li₄ZrO₄ 1 мол.% удельное электросопротивление составляет 7,80 Ом·см при 300°С, 0,91 Ом·см при 600°С. При содержании Li₄ZrO₄ 6,5 мол.% - 7,90 Ом·см (300°С); 0,89 Ом·см (600°С), т.е. в обоих случаях эффект является незначительным.

Как видно из приведенных данных, предлагаемые электролиты имеют существенно более низкие значения удельного сопротивления по сравнению с прототипом.

Таким образом, введение в твердый электролит ортоцирконата лития в количестве 1,5-5,0 позволяет позволяет получить электролит с более низкими значениями удельного электросопротивления.

Предлагаемые электролиты могут использоваться в качестве твердого электролита в химических источниках тока с анодом из лития или сплавов лития в широком температурном интервале.

1. Твердый электролит для химического источника тока, содержащий ортогерманат лития и литиевую соль кислородсодержащей кислоты, отличающийся тем, что электролит дополнительно содержит ортоцирконат лития при следующем соотношении компонентов, мол.%:

ортогерманат лития	60-85
соль лития LixMO4	10-35
ортоцирконат лития	1,5-5,0

2. Твердый электролит по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли лития содержит Li₃PO₄, Li₃VO₄, Li₂SO₄, Li₂SeO₄, Li₂CrO₄, Li₂MoO₄, Li₂WO₄.