Электролит для химического источника тока

Авторы патента:

Бурчаков Александр Владимирович (RU)

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

Владельцы патента RU 2791927:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электролиту для среднетемпературных химических источников тока на основе йодидов и хроматов лития, калия и рубидия. Снижение температуры плавления смеси для приведения электролита в рабочее состояние является техническим результатом изобретения, который достигается выбором состава электролита, в мас.%: йодид калия - 3,84-4,80, йодид рубидия - 4,53-5,67, хромат лития - 68,24-69,8, хромат калия - 8,95-9,16, хромат рубидия - 12,34-12,63. 1 табл., 4 пр.

Изобретение относится к разработке электролитов для среднетемпературных химических источников тока на основе йодидов и хроматов лития, калия и рубидия.

Известен электролит – эвтектическая смесь на основе системы
Li₂CrO₄-K₂CrO₄ и включающая 74 мол.% (65,56мас.%) хромата лития и 26 мол.% (34,44мас.%) хромата калия. Состав имеет сравнительно высокую температуру плавления, равную 392°С (Посыпайко В.И., Алексеева Е.А. и др. Диаграммы плавкости солевых систем. Ч. II. Двойные системы с общим анионом. – М.: «Металлургия», 1977. – 304 с.).

Известен электролит, включающий 89экв.% (83,19мас.%) хромата лития и 11экв.% (16,81мас.%) йодида рубидия. Температура плавления смеси равна 402°С (Бурчаков А.В. Бехтерева Е.М., Кондратюк И.М. Экспериментальное исследование стабильной диагонали Li₂CrO₄ – RbI трехкомпонентной взаимной системы Li,Rb||I,CrO₄. III Конф.по общ.инеорг. химии: тез.докл. Москва. 2013. С. 11-12). Недостатком данного состава является высокая температура плавления.

Наиболее близким по технической сущности является электролит, включающий 80,0 экв.% (67,54мас.%) хромата лития, 10 экв.% (13,81мас.%) йодида рубидия и 10 экв.% (18,65мас.%) хромата рубидия. Однако он тоже имеет высокую температуру плавления – 400°С (Бурчаков А.В. Кондратюк И.М. Бехтерева Е.М. Стабильный треугольник Li₂CrO₄–RbI–Rb₂CrO₄ трехкомпонентной взаимной системы Li,Rb||F,CrO₄. XIV Межд. конф. по термич. анализу и калориметрии в России (RTAC-2013): сб. трудов. Санкт-Петербург: СпГПУ. 2013 года. С. 120 – 122).

Техническим результатом настоящего технического решения является снижение температуры плавления и расширения диапазона использования в расплавленном состоянии электролита с низкой температурой плавления.

Технический результат достигается тем, что электролит для химического источника тока, включающий хроматы лития, рубидия и йодид рубидия, дополнительно содержит йодид калия и хромат калия при следующем соотношении компонентов (мас.%):

йодид калия – 3,84 …4,80

йодид рубидия – 4,53 … 5,67

хромат лития – 68,24 … 69,84

хромат калия – 8,95 … 9,16

хромат рубидия – 12,34 … 12,63

Новизна заявляемого состава по сравнению с прототипом заключается в том, что смесь, содержащая хроматы лития, рубидия и йодид рубидия, дополнительно содержит йодид калия и хромат калия.

Электролит получен изучением системы Li₂CrO₄-KI-LiKCrO₄-LiRbCrO₄-RbI (стабильный пентатоп четырёхкомпонентной взаимной системы Li,K,Rb||I,CrO₄) методом дифференциального термического анализа.

Примеры конкретного исполнения:

1. Предварительно обезвоженные соли расплавляли в печи шахтного типа в соотношении: 0,0144г (4,80мас.%) йодид калия + 0,0170 г (5,67мас.%) йодид рубидия + 0,2047 г (68,24мас.%) хромата лития + 0,0268 г (8,95мас.%) хромата калия +0,0370 г (12,34мас.%) хромата рубидия. Температура плавления электролита – 355 °С.

2. 0,0139 г (4,63 мас.%) йодид калия + 0,0164 г (5,47 мас.%) йодид рубидия + 0,2056 г (68,52мас.%) хромата лития + 0,0270 г (8,99мас.%) хромата калия +0,0372 г (12,39мас.%) хромата рубидия. Температура плавления электролита – 350 °С.

3. 0,0115 г (3,84 мас.%) йодид калия + 0,0136 г (4,53 мас.%) йодид рубидия + 0,2095 г (69,84мас.%) хромата лития + 0,0275 г (9,16мас.%) хромата калия +0,0379 г (12,63мас.%) хромата рубидия. Температура плавления электролита – 355 °С.

4. 0,0163 г (5,42мас.%) йодид калия + 0,0192 г (6,40 мас.%) йодид рубидия + 0,2016 г (67,21мас.%) хромата лития + 0,0264 г (8,81мас.%) хромата калия +0,0365 г (12,16мас.%) хромата рубидия. Температура плавления электролита – 384 °С.

5. 0,0048 г (1,59мас.%) йодид калия + 0,0056 г (1,87мас.%) йодид рубидия + 0,2207 г (73,58мас.%) хромата лития + 0,0290 г (9,65мас.%) хромата калия +0,0399 г (13,31мас.%) хромата рубидия. Температура плавления электролита – 384 °С.

За заявляемыми пределами (примеры 4, 5) возрастает температура плавления и нарушается однофазность электролита.

Сравнительные данные известного и заявляемого электролитов приведены в таблице.

Данные электролитов по прототипу и заявляемому составу

Состав электролита	Содержание компонентов, мас. %	Температура плавления, °С
KI	RbI	Li₂CrO₄	K₂CrO₄	Rb₂CrO₄
Прототип	-	13,81	67,54	-	18,65	400
Заявляемый
1.	4,80	5,67	68,24	8,95	12,34	355
2.	4,63	5,47	68,52	8,99	12,39	350
3.	3,84	4,53	69,84	9,16	12,63	355

Как видно из таблицы, заявляемый электролит имеет существенные преимущества по сравнению с известным: 1. на 45-50 °С снижена температура плавления, что значительно снижает энергозатраты на плавление смеси и приведение электролита в рабочее состояние; 2. расширение диапазона использования электролита в расплавленном состоянии; 3. на 8,14–9,28 мас.% снижено содержание дорогостоящего йодида рубидия и на 6,02 – 6,31 мас.% – дорогостоящего хромата рубидия.

Электролит для химического источника тока, включающий хроматы лития, рубидия и йодид рубидия, отличающийся тем, что дополнительно содержит йодид калия и хромат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

йодид калия	3,84-4,80
йодид рубидия	4,53-5,67
хромат лития	68,24-69,84
хромат калия	8,95-9,16
хромат рубидия	12,34-12,63

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке составов, содержащих хлориды, бромиды, карбонаты и сульфаты лития, которые применяются в качестве расплавляемых электролитов в химических источниках тока. Техническим результатом является снижение удельной энтальпии и температуры плавления.

Тепловой химический источник тока // 2717089

Изобретение относится к области электротехники, а именно к тепловым химическим источникам тока, обладающим повышенным временем работы, мощностью и надежностью, которые могут найти применение в системах сигнализации и специальной технике. Тепловой химический источник тока содержит корпус с термоизоляцией и внешними токовыводами двух и более электрически соединенных параллельно и расположенных друг за другом блоков элементов термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых состоит из катода, электролита и анода, чередующихся последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами, тепловой химический источник тока содержит катодный и анодный токоотводы концевых катодов и анодов параллельно соединенных блоков элементов, зафиксированные на соответствующих внешних токовыводах.

Расплавляемый электролит для химического источника тока // 2645763

Расплавляемый электролит для химического источника тока // 2633360

Изобретение относится к расплавляемому электролиту для химического источника тока, включающему при следующем соотношении компонентов, мас. %: фторид лития 1,57…1,63, хромат лития 64,59…66,29, хлорид калия 16,38…18,52, хромат калия 15,32…15,70.

Химический источник тока // 2628567

Изобретение относится к электротехнике, к резервным источникам тока, и может быть использовано при изготовлении теплового химического источника тока (ТХИТ). Сущность изобретения: в отличие от известного ХИТ, содержащего размешенный в цилиндрическом корпусе, выполненном со сквозными вертикальными прорезями в виде окон и снабженном составной тепло- и электроизоляцией, поджатый вдоль его вертикальной оси системой упругих и регулировочных элементов блок термоактивируемых ЭХЭ, каждый из которых состоит из пакета последовательно чередующихся твердых слоев анода, электролита, катода и твердых слоев пиротехнических нагревательных элементов (ПТН), введенных между слоями активных масс, блок ЭХЭ, снабженный разнополюсными токовыводами, систему термоактивирования, согласно изобретению, каждый ЭХЭ выполнен в виде спрессованных твердых слоев анода, представляющего собой сплав литий-бор с содержанием бора не менее 28%, слоев электролита в виде эвтектической смеси силикатов и фосфатов щелочных металлов и катода, состоящего из смеси хлорида никеля и оксида ванадия, при этом в тело катода впрессована просечная никелевая сетка, диаметр которой составляет величину в диапазоне от 75% до 95% от диаметра катода, и имеющая толщину от 10% до 30% от толщины катода, по торцам блока ЭХЭ от краевых ЭХЭ выведены разнополюсные токовыводы к соответствующим полюсам ХИТ.

Расплавляемый электролит для химического источника тока // 2566362

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 фторид, метаванадат лития и другие соединения калия, отличающийся тем, что в качестве солей калия электролит содержит хлорид, бромид и метаванадат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фторид лития 1,06…1,30 Метаванадат лития 32,99…33,92 Хлорид калия 1,24…1,88 Бромид калия 5,58…6,58 Метаванадат калия 58,13…58,74 Заявляемый электролит имеет существенное преимущество по сравнению с известными аналогичными расплавами, поскольку на 36-42°C обеспечивает снижение температуры плавления, что позволяет снизить энергозатраты на приведение электролита в рабочее состояние и расширяет температурный диапазон использования электролита.

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.

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.

Пиротехнический источник электрического тока // 2519274

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.