Первичный химический источник тока

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники, в частности к производству первичных химических источников тока с анодом, например, из лития или его сплавов, содержащих неводный электролит на основе апротонных органических растворителей, и может быть использована в качестве источника автономного питания электронных устройств, например электронных схем, часов, калькуляторов и т.д. Первичный химический источник тока содержит корпус, заполненный неводным электролитом, в котором размещены анод и катод, между которыми находится сепарационный материал, в качестве энергоносителя катодный материал содержит трисульфид сурьмы Sb ₂S₃. В качестве неводного электролита может быть использован полимерный электролит, одновременно выполняющий функцию сепарационного материала. Предложенный первичный химический источник тока имеет более длительный срок хранения.

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники, в частности к производству первичных химических источников тока с анодом, например, из лития или его сплавов, содержащих неводный электролит на основе апротонных органических растворителей, и может быть использована в качестве источника автономного питания электронных устройств, например электронных схем, часов, калькуляторов и т.д.

Известен первичный химический источник тока (И.А.Кедринский, В.Е.Дмитренко, И.И.Грудянов, Литиевые источники тока, Москва, Энергоатомиздат, 1992, стр.112, 113), содержащий неводный электролит, в котором находятся литиевый анод, катод, между которыми расположен сепаратор. В качестве энергоносителя в составе катода использован сульфид железа FeS.

Недостатками данного первичного химического источника тока являются сравнительно низкие значения эксплуатационных параметров, таких как, например, сравнительно низкая электрическая емкость, сравнительно низкая мощность.

Кроме того известен первичный химический источник тока (патент Японии №5086628, М Кл Н 01 М 4/48), содержащий анод, активным материалом для которого служит литий или его сплав, неводный электролит и катод, активным материалом для которого служит оксид меди. В катод введена добавка сульфида меди.

Недостатком данного первичного химического источника тока является сравнительно небольшой срок хранения, поскольку его энергоноситель имеет сравнительно низкий емкостной ресурс и большой ток саморазряда, срок же хранения первичного химического источника тока оказывается пропорционален емкостному ресурсу и обратно пропорционален току саморазряда.

Задачей полезной модели является создание первичного химического источника тока, имеющего более длительный срок хранения.

Поставленная задача достигается тем, что в первичном химическом источнике тока, содержащем корпус, заполненный неводным электролитом, в котором размещены анод и катод, между которыми находится сепарационный материал, в качестве энергоносителя катодный материал содержит трисульфид сурьмы Sb₂S₃ . Также в первичном химическом источнике тока в качестве неводного электролита может быть использован полимерный электролит, одновременно выполняющий функцию сепарационного материала.

На чертеже приведен предлагаемый первичный химический источник тока, который содержит анод 1, крышку 2, катод 3, корпус 4 и герметизирующую прокладку 5. Внутренний объем корпуса 4 заполнен электролитом 6. Между анодом 1 и катодом 3 находится сепарационный материал 7, обеспечивающий электрическую изоляцию анода 1 и катода 3.

Функционирование предлагаемого первичного химического источника тока осуществляется следующим образом. Корпус 4 совместно с крышкой 2 обеспечивает герметичность и жесткость конструкции первичного химического источника тока с помощью герметизирующей прокладки 5. Электролит 6 обеспечивает электрический контакт между анодом 1 и катодом 3 и выполняет функцию сольватирующего ионы агента. Сепарационный материал 7, находящийся между анодом 1 и катодом 3, обеспечивает электрическую изоляцию анода 1 и катода 3. Анод 1 и катод 3 в совокупности образуют гальваническую пару окислитель-восстановитель, где окислителем является энергоноситель (трисульфид сурьмы Sb ₂S₃) в составе катодного материала, а восстановителем является материал анода, например, литий, его сплавы, сплавы щелочных металлов и т.д. При замыкании предлагаемого первичного химического источника тока в электрическую цепь на внешнюю нагрузку электроны перетекают с анода 1 к катоду 3, тем самым обеспечивается преобразование энергии химической реакции в электрическую энергию. Атомы материала анода, например лития, отдав по внешней цепи электроны, становятся положительными ионами, которые сольватируются электролитом 6. Катодный материал, получив электроны по внешней цепи, претерпевает химическое восстановление с появлением нескомпенсированных отрицательных зарядов, образующихся вследствие разрыва химических связей в трисульфиде сурьмы 86283, которые электростатически притягивают сольватированные ионы лития. Под влиянием электростатического поля ионы лития направленно дрейфуют через сепарационный материал 7 от анода 1 к катоду 3. Достигнув катода 3 ионы лития химически фиксируются в нем в виде конечных продуктов химической реакции. Суммарно токообразующая электрохимическая реакция выглядит следующим образом:

[6(x+1)-2y]Li+Sb ₂S₃3xLi₂S+2Li_3-y Sb,

где х - стехиометрический коэффициент, характеризующий глубину восстановления серы в сульфид лития,

у - индекс, характеризующий глубину восстановления сурьмы в антимонид лития;

при этом 0x1, при х1 у=3, при х=10у<3.

При разряде первичных химических источников тока на основе электрохимической системы Li-SbS ₃ с начальным напряжением 1,8 В до конечного напряжения 0,9 В на

различных нагрузках достигнута более чем 6-ти электронная токообразующая электрохимическая реакция, что соответствует х=1, у<3.

В случае, когда в качестве электролита 6 используется полимерный электролит, этот электролит исключает прямой электрический контакт между анодом 1 и катодом 3, выполняя функцию сепарационного материала 7, но при этом осуществляется электрическая связь анода 1 и катода 3 через полимерный электролит путем диффузии сольватированных ионов, например лития, от анода 1 к катоду 3.

Поскольку срок хранения первичного химического источника тока пропорционален емкостному ресурсу и обратно пропорционален току саморазряда, а предлагаемый первичный химический источник тока имеет больший емкостной ресурс и меньший ток саморазряда по сравнению с прототипом, то предлагаемый первичный химический источник тока имеет больший срок хранения.

Собранные в соответствии с чертежом первичные химические источники тока хранились в течение 5 лет при комнатной температуре и далее были подвергнуты разрядным испытаниям на нагрузке 10 кОм. Потеря емкостного ресурса в процессе хранения первичных химических источников тока в течение 5 лет не превысило 1%.

1. Первичный химический источник тока, содержащий корпус, заполненный неводным электролитом, в котором размещены анод и катод, между которыми находится сепарационный материал, отличающийся тем, что в качестве энергоносителя катодный материал содержит трисульфид сурьмы Sb₂S₃ .

2. Первичный химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что в качестве неводного электролита использован полимерный электролит, одновременно выполняющий функцию сепарационного материала.