Электролит для химического источника тока

Авторы патента:

Гаркушин Иван Кириллович (RU)

Филиппова Галина Александровна (RU)

Губанова Татьяна Валерьевна (RU)

Баталов Николай Николаевич (RU)

Фролов Евгений Игоревич (RU)

H01M6/20 - работающим при высокой температуре (термоэлементы замедленного действия H01M 6/36)

Владельцы патента RU 2399994:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к электролитам для высокотемпературных химических источников тока. Согласно изобретению электролит для химического источника тока включает бромид, метаванадат, молибдат и соли лития, при этом в качестве солей лития введены его сульфат и фторид при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Бромид лития 30,1…30,7 Метаванадат лития 29,4…31,5 Молибдат лития 29,3…32,1 Сульфат лития 7,5…7,7

Техническим результатом изобретения является уменьшение удельной энтальпии и температуры плавления. 1 табл.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, включающей фториды, бромиды, метаванадаты, молибдаты и сульфаты щелочных элементов, которые применяются в качестве расплавляемых электролитов для высокотемпературных химических источников тока.

Известен химический источник тока, содержащий фториды, бромиды, метаванадаты и молибдаты лития с температурой плавления смеси 394°С и удельной энтальпией плавления 183 Дж/г (Фролов Е.И., Губанова Т.В., Гаркушин И.К. Электролит для химического источника тока. Патент на изобретение № 2340982 от 10.12.2008 года). Недостатком данного состава являются относительно высокая удельная энтальпия и температура плавления.

Наиболее близким к заявленному составу по температуре и компонентам является низкоплавкий состав системы LiF-LiCl-LiVO₃-Li₂MoO₄-Li₂SO₄ (Губанова Т.В. Фазовые равновесия в шестикомпонентной системе Li||F, Cl, VO₃, SO₄, CrO₄, MoO₄ и элементах ее огранения. Дис. канд. хим. наук. Самара, Самарский государственный технический университет, 2003. - 125 с.).

Удельная энтальпия плавления составила 284 Дж/г при температуре плавления эвтектического состава 363°С.

Настоящее изобретение позволяет снизить температуру плавления.

Новизна заявляемого состава по сравнению с известными заключается в том, что электролит, содержащий бромид, метаванадат, молибдат и соли лития, отличается тем, что для достижения уменьшения удельной энтальпии и температуры плавления в качестве соединений лития взяты фторид и сульфат в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Бромид лития	30,1…30,7
Метаванадат лития	29,4…31,5
Молибдат лития	29,3…32,1
Сульфат лития	7,5…7,7
Фторид лития	0,9…1,0

Примеры конкретного исполнения

Энтальпия плавления составов измерялась методом количественного ДТА. Снимали по три кривых охлаждения и нагревания исследуемого эвтектического состава и эталонного вещества (K₂Cr₂O₇, плавится при температуре 397,5°С, 125 Дж/г). Площади пиков дифференциальных кривых на диаграммах ограничивали в соответствии с рекомендациями Международного комитета по стандартизации в термическом анализе.

Расчет удельной энтальпии плавления состава проводили по формуле:

где Δ_tH_эт - удельная энтальпия фазового перехода эталонного вещества, близкого по температуре фазового перехода к исследуемому составу, кДж/кг; S_E, S_эт - площади пиков дифференциальных кривых, отвечающие плавлению эвтектического состава и фазовому переходу эталонного вещества соответственно; T_E, T_эт - температуры плавления эвтектического состава и фазового перехода эталонного вещества соответственно, К.

Пример 1

Переплавляют безводные соли 3,06 г (30,6 мас.%) бромида лития + 3,15 г (31,5 мас.%) метаванадат лития + 2,93 г (29,3 мас.%) молибдат лития + 0,77 г (7,7 мас.%) сульфата лития + 0,09 г (0,9 мас.%) фторид лития.

Температура плавления смеси 378°С, удельная энтальпия плавления 160 Дж/г.

Пример 2

Переплавляют безводные соли 3,07 г (30,7 мас.%) бромида лития + 3,00 г (30,0 мас.%) метаванадат лития + 3,07 г (30,7 мас.%) молибдат лития + 0,77 г (7,7 мас.%) сульфата лития + 0,10 г (1,0 мас.%) фторид лития.

Температура плавления смеси 374°С, удельная энтальпия плавления 164 Дж/г.

Пример 3

Переплавляют безводные соли 3,01 г (30,1 мас.%) бромида лития + 2,94 г (29,4 мас.%) метаванадат лития + 3,21 г (32,1 мас.%) молибдат лития + 0,75 г (7,5 мас.%) сульфата лития + 0,09 г (0,9 мас.%) фторид лития.

Температура плавления смеси 376°С, удельная энтальпия плавления 163 Дж/г.

За указанными пределами концентраций наблюдается неоднофазность составов вследствие чего тепловыделение становится неравномерным.

В таблице приведены сравнительные характеристики физико-химических свойств предлагаемого состава и состава, выбранного в качестве прототипа.

Составы	Состав смеси, мас.%	Удельная энтальпия плавления, Дж/г	Температура плавления, °С
LiBr	LiVO₃	Li₂MoO₄	Li₂SO₄	LiF
Прототип	44,1	21,1	34,7	-	-	166	413
Предлагаемый
1	30,6	31,5	29,3	7,7	0,9	160	376
2	30,7	30,0	30,7	7,7	1,0	164	372
3	30,1	29,4	32,1	7,5	0,9	163	374

Из результатов таблицы видно, что предлагаемый состав имеет температуру на 37-41°С ниже по сравнению с прототипом, что значительно снижает энергозатраты на плавление состава и приводит его в рабочее состояние, а также расширяет диапазон использования состава по температуре.

Электролит для химического источника тока, включающий бромид, метаванадат, молибдат и соли лития, отличающийся тем, что в качестве солей лития введены его сульфат и фторид при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Бромид лития	30,1…30,7
Метаванадат лития	29,4…31,5
Молибдат лития	29,3…32,1
Сульфат лития	7,5…7,7
Фторид лития	0,9…1,0

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии электродных пиротехнических составов в электрическую энергию, в частности к батареям высокотемпературных резервных источников электрического тока одноразового действия, предназначенных для работы в режиме ожидания.

Электролит для химического источника тока // 2340982

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для высокотемпературных тепловых химических источников тока.

Пиротехнический генератор // 2332637

Изобретение относится к пиротехническим резервным источникам электрического тока, принцип действия которых основан на преобразовании химической энергии в электрическую в гальванической ячейке, содержащей анод, сепаратор с электролитом и катод, а сам источник способен длительное время находиться в неактивированном режиме и вырабатывать электрическую энергию только после активации, достигается тем, что по электролитному материалу, находящемуся в закрытой камере, соединенной каналами с сепаратором гальванической ячейки, наносится тепловой удар от нагревателя, например пиротехнического состава, в результате чего электролитный материал, вскипая, разлагаясь, реагируя, распадаясь, выделяет жидкопарогазовую ионопроводящую субстанцию, которая, под действием возникающего в камере повышенного давления, быстро заполняет сепаратор и активирует гальваническую ячейку.

Пиротехнический источник электрического тока // 2301479

Способ быстрого запуска пиротехнического резервного источника тока // 2298146

Электрический взрыватель боеприпаса // 2200931

Изобретение относится к области боеприпасов, а именно к электрическим взрывателям боеприпасов, и может быть использовано в производстве электрических взрывателей боеприпасов.

Пиротехнический генератор электрического тока // 2137263

Изобретение относится к первичным резервным источникам тока одноразового действия и предназначено для автономного питания устройств энергозависимых объектов. .

Пиротехнический состав // 2135438

Изобретение относится к области пиротехники и может быть использовано в качестве пиротехнического нагревателя (ПТН) в различных изделиях, где от используемого пиротехнического состава (ПТС) требуется выдача строго определенного количества тепла в заданный интервал времени при малом газовыделении.

Пиротехнический генератор электрического тока // 2095745

Изобретение относится к устройствам для преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам тока одноразового действия, работающим в режиме ожидания и предназначенным для автоматического питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств (мостики накапливания, пироэнергодатчики, микродвигатели, реле и т.д.), используемых в системах автоматики и объектов различного назначения (в том числе для включения систем пожаротушения, сигнализации, оповещения, блокировки и т.п.).

Пиротехнический генератор электрического тока // 2088558

Тепловой химический источник тока // 2408113

Изобретение относится к области электротехники, к области резервных химических источников тока на твердом теле и может быть использовано для изготовления теплового источника тока с ионной проводимостью

Тепловая батарея // 2457586

Изобретение относится к области электротехники, а именно к термоактивируемым химическим источникам тока (ТХИТ), и может быть использовано в источниках электропитания как средств управления, так и активного питания силовых электрических агрегатов

Пиротехнический источник электрического тока // 2468478

Электролит для химического источника тока // 2484556

Электролит для химического источника тока // 2505891

Изобретение относится к области энергетики, в частности к разработке составов, содержащих фторид, бромид, молибдат лития, при этом для расширения диапазона концентраций с низкой температурой плавления дополнительно введен вольфрамат лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: фторид лития 6,34-7,03, бромид лития 76,28-79,61, вольфрамат лития 4,85-9,59, молибдат лития 4,47-11,84. Заявляемый состав обеспечивает работоспособность электролита для химического источника тока в диапазоне температур выше 447-451°С при сравнительно широкой области концентраций компонентов. 1 табл., 6 пр.

Расплавляемый электролит для химического источника тока // 2506668

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для химических источников тока на основе солей лития и калия. Расплавляемый электролит для химического источника тока, включающий метаванадат лития и соли калия, отличающийся тем, что в качестве солей калия содержит бромид и метаванадат, при следующем соотношении компонентов, мас.%: метаванадат лития 33,26…35,20, бромид калия 4,79…7,72, метаванадат калия 57,08…61,11. Снижение температуры и удельной энтальпии плавления расплава указанного электролита позволяет увеличить диапазон его использования в области температур 329-347°С, что позволяет снизить энергозатраты на приведение электролита в рабочее состояние. 1 пр., 1 табл.

Электролит для химических источников тока // 2506669

Изобретение относится к области энергетики, в частности к разработке составов солей лития, которые могут быть использованы в качестве расплавляемых электролитов для химического источника тока. В целях расширения диапазона концентраций с низкой температурой плавления предложенный состав содержит в качестве соли лития вольфрамат лития при следующем отношении компонентов, мас.%: бромид лития 68,97…71,83; бромид калия 24,84…25,42; молибдат лития 0,47…5,06; вольфрамат лития 0,30…3,10. Предложенный состав обеспечивает повышение работоспособности электролита для химического источника тока в диапазоне температур выше 323-327°С при сравнительно широкой области концентраций используемых компонентов. 3 пр., 1 табл.

Пиротехнический источник электрического тока // 2519274

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам электрического тока одноразового действия, и может быть использовано, например, для автономного питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств и т.п. Пиротехнический источник тока представляет собой батарею высокотемпературных гальванических элементов (ВГЭ), выполненных в виде набора многослойных пиротехнических зарядов с избытком окислителя в катоде и избытком горючего в аноде, разделенных сепаратором из асбеста, диспергированного в электролите, содержащем фториды металлов и диоксид циркония, соединенных последовательно, посредством токоотводов из металлической фольги, и связанных с торцевыми пиронагревателями и воспламенительной лентой. Оптимизация тепловых и электрохимических режимов окислительно-восстановительных процессов в ВГЭ обеспечивается заявленным качественным и количественным составом компонентов электродов и сепаратора, а также их оптимальной толщиной. Снижение времени выхода на рабочий режим и повышение длительности работы ВГЭ является техническим результатом заявленного изобретения. 2 ил.

Пиротехнический источник электрического тока // 2525843

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам электрического тока одноразового действия, предназначенным для работы в режиме ожидания - автономного задействования и питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств, например в виде мостиков накаливания, пиротехнических энергодатчиков, микроэлектродвигателей, реле, и т.д., систем оповещения, автоматического пожаротушения, блокировки и т.п. В предложенном пиротехническом источнике электрического тока (ПИТ) толщины пластин анода, сепаратора и катода выполнены в соотношении 1:(1,2-1,3):(1,4-1,5) при следующем содержании компонентов в них, в мас.%: в аноде: цирконий 71-75, сплав или смесь фторидов металлов 20-26, асбест 3-5; в сепараторе: цирконий 24-30, барий хромовокислый 59-63, диоксид циркония 6-10, асбест 3-5; в катоде: цирконий 7-9, оксид меди 29-33, сплав или смесь фторидов металлов 47-50, диоксид циркония 7-10, асбест 3-5. Повышение надежности пиротехнического источника электрического тока, увеличение времени генерирования тока при уменьшении толщины элементарной ячейки, а также увеличение стабильности токовых характеристик является техническим результатом предложенного изобретения. 2 ил.

Тепловая батарея // 2553449

Заявленное изобретение относится к резервным источникам тока, а именно к тепловым химическим источникам тока (ТХИТ). Повышение надежности работы, исключение риска появления коротких замыканий между элементами активных масс электрохимических элементов (ЭХЭ), образующих блок устройства, является техническим результатом заявленного изобретения. Снаружи блока расположена составная теплоизоляция, выполненная из композиционного материала на основе силикатной композиции и слюды. Для выравнивания теплового режима в краевых ЭХЭ между внутренней поверхностью слоя электроизоляции и боковой поверхностью ЭХЭ установлены пластины, выполненные из материала, удельная теплоемкость которого не менее 0,11 кал/г·град, а между изоляцией и поверхностью поджигающих пиротехнических лент выполнены воздушные зазоры. 1 ил., 1 пр.