Химический твердофазный источник тока

Полезная модель относится к области химических твердофазных источников тока, а именно, к твердофазным низкотемпературным источникам тока с литиевым анодом и может быть использована в качестве автономного источника питания в различных областях народного хозяйства. Химический твердофазный источник тока содержит анод на основе лития и приведенный с ним в непосредственный контакт катод, выполненный на основе сернистой сурьмы. В состав катода введена элементарная сера в количестве 10-90 мол.%. Технический результат - повышение удельной энергии химического твердофазного источника тока. 1 н.п. ф-лы.

Полезная модель относится к области химических твердофазных источников тока, а именно, к твердофазным низкотемпературным источникам тока с литиевым анодом и может быть использована в качестве автономного источника питания в различных областях народного хозяйства.

Известен химический источник тока, содержащий литиевый анод, твердый электролит с проводимостью по ионам лития, и катод, представляющий собой йодсодержащий органический комплекс с переносом заряда (см. патент на изобретение США 3660163, МПК H01M 21/00, опубл. 02.05.1972 г.).

Однако, ввиду высокого давления паров окислителя, данные источники тока обладают большим саморазрядом, а также низкими электрическими характеристиками, которые резко падают во времени. Существенным недостатком этих источников тока является низкая удельная энергия, теоретическое значение которой составляет 470 Вт·ч/кг.

Известен также твердофазный литий-йодный химический источник тока улучшенной конструкции, обладающий повышенной герметизацией, за счет чего удается устранить высокий саморазряд источника тока (см. патент на изобретение США 3874929, МПК H01M 17/02, опубл. 01.04.1975 г.).

Однако данное техническое решение не привело к существенному повышению энергетических характеристик источника тока, которые остались на прежнем невысоком уровне.

Известен химический источник тока, содержащий литиевый анод и приведенный с ним в непосредственный контакт катод, представляющий собой органический комплекс с переносом заряда, например, комплекс хлоранила с фенилендамином (см. патент на изобретение США 3653966, МПК H01M 3/02, опубл. 04.04.1972 г.).

В известном патенте химический источник тока обладает низкими техническими характеристиками, а именно низкими значениями плотности разрядного тока, не превышающими 10-20 мкА/см² в диапазоне комнатных температур.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является химический источник тока, содержащий анод на основе лития и приведенный с ним в непосредственный контакт катод, при этом катод выполнен из материала на основе соединений типа Li_xSb_yS_z следующего состава: LiSbS₂, Li₆Sb₄S₉, Li₃SbS₃ (см. патент на полезную модель РФ 64429, МПК H01G 9/22, опубл. 27.06.2007 г.)

Недостатками указанного технического решения является использование указанного выше класса сульфидов в качестве катода в твердофазном источнике тока, что негативно влияет на его эксплуатационные характеристики, а именно обусловливает низкое значение теоретической удельной энергии источника тока, которое составляет 1300 Вт·ч/кг.

Задачей настоящей полезной модели является создание химического твердофазного источника тока, обладающего улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Техническим результатом при решении поставленной задачи является повышение удельной энергии химического твердофазного источника тока.

Поставленная задача достигается тем, что в предложенном химическом твердофазном источнике тока, содержащем анод на основе лития и приведенный с ним в непосредственный контакт катод, выполненный на основе сернистой сурьмы, согласно полезной модели, в состав катода введена элементарная сера в количестве 10-90 мол. %.

Указанный технический результат достигается за счет следующего.

Добавление в состав катода химического твердофазного источника тока элементарной серы обусловлено тем, что она является широко доступным активным электродным материалом с невысокой себестоимостью, при этом электрохимическая система, включающая анод, выполненный из металлического лития, и катод с добавлением элементарной серы, обладает повышенным значением удельной теоретической энергии - 2600 Вт·ч/кг, тем самым, улучшая эксплуатационные характеристики источника тока в целом. Но при комнатной температуре элементарная сера обладает недостаточной электропроводностью, поэтому для обеспечения электропроводящих свойств в составе катода твердофазного химического источника тока она может использоваться только совместно с электропроводящим материалом, например, графитом или сернистыми соединениями.

Химический твердофазный источник тока содержит электрохимическую систему, включающую анод и приведенный с ним в непосредственный контакт катод.

При этом анод выполнен на основе лития, а катод - на основе сернистой сурьмы.

Согласно предложенному техническому решению в состав катода дополнительно введена элементарная сера в количестве 10-90 мол. %.

Полезная модель используется следующим образом.

По первому примеру выполнения химического твердофазного источника тока в полиэтиленовый цилиндр помещается металлический литий. На него накладывается титановый диск с нанесенным катодным материалом, например, сернистой сурьмой с добавкой элементарной серы в количестве 50 мол. %. Катодный материал изготавливается в виде пасты, которая намазывается на титановый диск. Нанесенный катодный материал сушится на воздухе в течение 2-4 ч. Сверху металлический литий покрывается никелевой фольгой, являющейся токоотводом. Собранный источник тока герметизируется компаундом. ЭДС химического твердофазного источника тока, выполненного согласно предложенного примера, составляет 2,77 В, ток короткого замыкания 4,8 мА/см² , внутреннее сопротивление 2680 Ом, теоретическая удельная энергия 2100 вт·ч/кг.

По второму примеру выполнения химического твердофазного источника тока литиевую фольгу приводят в соприкосновение с катодным материалом - сернистой сурьмой с добавкой элементарной серы в количестве 85 мол. %, нанесенной предварительно в пастообразном состоянии на титановую фольгу и высушенным при комнатной температуре в течение 2 ч. Далее свертывают в рулон и помещают в титановый корпус, который закрывается крышкой с изоляционной прокладкой и заливается герметичным компаундом. ЭДС химического твердофазного источника тока, выполненного согласно предложенного примера, составляет 2,72 В, ток короткого замыкания 22,2 мА/см², внутреннее сопротивление 600 Ом, теоретическая удельная энергия 2300 вт·ч/кг.

По следующему примеру исполнения химический твердофазный источник тока изготавливается аналогично описанному в предыдущем примере. Катодным материалом является сернистая сурьма с добавкой элементарной серы в количестве 33 мол. %. ЭДС такого источника тока 2,82 В, ток короткого замыкания 16,75 мА/см², внутреннее сопротивление 800 ОМ, теоретическая удельная энергия 1950 вт·ч/кг.

Таким образом, полученный согласно предложенного технического решения химический твердофазный источник тока, обладает повышенными эксплуатационными характеристиками, обусловленными, в частности, именно повышенной теоретической удельной энергией, например, до 2300 Вт·ч/кг.

Химический твердофазный источник тока, содержащий анод на основе лития и приведенный с ним в непосредственный контакт катод, отличающийся тем, что катод представляет собой титановый диск, на поверхность которого нанесен слой катодного материала на основе сернистой сурьмы с добавкой элементарной серы в количестве 10-90 мол.%.