Цинковый аккумулятор

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к изготовлению аккумуляторов и нормальных элементов. Согласно изобретению в цинковом аккумуляторе объемный положительный электрод в разряженном состоянии аккумулятора является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль сульфида цинка:1 моль сульфида меди, с добавлением порошка графита в качестве объемного токосъемника и использованием электролита из водного раствора хлорида цинка постоянного состава. Техническим результатом является технологическая простота и дешевизна.

 

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к изготовлению аккумуляторов и нормальных элементов.

Из уровня техники известны цинковые аккумуляторы, где положительный электрод состоит из смеси серебра и его оксида [В.В.Стендер. Прикладная электрохимия. Издательство Харьковского университета, 1961 г., 541 стр.]. Использование серебра в цинковых аккумуляторах значительно увеличивает их стоимость, что не позволяет широко использовать в электротехнических изделиях.

Известны аккумуляторы с нерасходуемым твердым электролитом [Дж.Садуос, А.Тилли. Сернонатриевые аккумуляторы. Издательство Мир, 1988 г., 672 стр.]. Таким аккумулятором является натрий-серный аккумулятор, с использованием в качестве твердого электролита β-глинозем или спецстекло. Температура использования и хранения таких аккумуляторов составляет более 300°С. Все существующие аккумуляторы дороги по используемым материалам или по сложности изготовления и эксплуатации.

Натрий-серный аккумулятор наиболее близок, по принципу функционирования, к предлагаемому цинковому аккумулятору.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании аккумулятора нового типа с водорастворным электролитом постоянного состава.

Техническим результатом изобретения является замена в положительном электроде цинкового аккумулятора оксида серебра на сульфид меди.

Технический результат достигается тем, что в цинковом аккумуляторе с водорастворным электролитом и отрицательным электродом из амальгамы цинка согласно изобретению объемный положительный электрод в разряженном состоянии аккумулятора является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль сульфида цинка:1 моль сульфида меди с добавлением порошка графита в качестве объемного токосъемника и использованием электролита из водного раствора хлорида цинка постоянного состава.

Принципиальная особенность - постоянство состава электролита [водного раствора хлорида цинка ZnCl2] в процессах заряда и разряда аккумулятора, в ходе которых происходит изменение состава положительного электрода и изменение массы отрицательного цинкового электрода.

Объемный положительный электрод в разряженном аккумуляторе является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль ZnS:1 моль Cu2S.

В качестве объемного токосъемника добавляется порошок графита (или толченого кокса или угля).

При этом молекулы Cu2S являются акцепторами атомов серы при их отрыве от ZnS.

Токообразующая реакция данного процесса:

- на отрицательном электроде Zn+2+2е-=Zn

- на положительном электроде 2Cl-+ZnS+Cu2S=2е-+ZnCl2+2CuS

итоговая реакция: ZnS+Cu2S=Zn+2CuS.

Термодинамический потенциал этой реакции ΔG(20°C)=158,38 кДж/моль.

Отсюда получаем, что напряжение равно 1,0 В.

Электрические параметры процесса заряда в лабораторном опыте

U[B] 1.2 1.3 1.4 1.5
j[A/M2] 0 16 20 40

Удовлетворительное качество образующегося металла (его плотность и химическая чистота) достигалась при межэлектродном расстоянии >1÷2 см [Патент РФ № 2307202, опубл. 27.09.2007. Бюл. № 27].

В данном процессе отсутствует возможность загрязнения медью получаемого цинка (даже при высоком напряжении электролиза). Действительно, при U>1,7 В термодинамически разрешенной является токообразующая реакция с образованием CuCl2

Однако образующийся CuCl2 (р) взаимодействует с ZnS из положительного электрода по следующей самопроизвольной реакции

CuCl2(p)+ZnS=ZnCl2(p)+CuS

ΔC(20°C)=-115,45 кДж/моль.

Поэтому медь не появляется на отрицательном электроде даже при U>1,7 В.

Предложенный цинковый аккумулятор технологически прост и намного дешевле традиционного цинкового аккумулятора из-за отсутствия серебряного положительного электрода.

Кроме того, создаваемые плотности тока близки к току короткого замыкания известного свинцового аккумулятора. Поэтому возможна замена свинцового аккумулятора предложенным цинковым аккумулятором.

Цинковый аккумулятор с водорастворным электролитом и отрицательным электродом из амальгамы цинка, отличающийся тем, что объемный положительный электрод в разряженном состоянии аккумулятора является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль сульфида цинка:1 моль сульфида меди, с добавлением порошка графита в качестве объемного токосъемника и использованием электролита из водного раствора хлорида цинка постоянного состава.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к активному анодному материалу литиевой вторичной батареи и способу его изготовления. .

Изобретение относится к материалам положительных электродов для перезаряжаемых батарей. .

Изобретение относится к аккумуляторным батареям на основе железа. .

Изобретение относится к электротехнике и касается катодного материала химического источника тока, в частности термоэлектрохимических батарей, содержащих анод, катод и электролит между ними.
Изобретение относится к области неорганических твердых электролитов, а именно к композиционным твердым электролитам, обладающих высокой проводимостью по ионам лития в области температур 150-220°С, которые могут быть использованы в среднетемпературных литиевых перезаряжаемых батареях, электрохимических устройствах и сенсорах.

Изобретение относится к перезаряжаемым элементам с жидким электролитом. .

Изобретение относится к небольшому блоку батареи, имеющему огнезащитную клейкую деталь. .

Изобретение относится к активному катодному материалу, обеспечивающему характеристики элемента, не подверженные отрицательному воздействию переразрядки, а также к вторичному литиевому элементу с его использованием.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении кислотного комбинированного аккумулятора, в котором электроды, погруженные каждый в свой электролит, разделены химически стойкой перфторированной катионной мембраной.

Изобретение относится к вторичным источникам электрической энергии. .
Изобретение относится к источникам энергии, в частности к щелочно-солевым мембранным аккумуляторам. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к твердотельным химическим источникам тока, и может быть использовано в производстве первичного и вторичного источников тока.

Изобретение относится к перезаряжаемым источникам тока, использующим на положительном электроде активную серу. .

Изобретение относится к аккумуляторной (вторичной) батарее с улучшенными характеристиками подвижности ионов лития и увеличенной емкостью элементов

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к изготовлению аккумуляторов и нормальных элементов

Наверх