ВОЗДУШНЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Российский патент 1995 года по МПК H01M4/86 H01M4/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве химических источников тока (ХИТ) с воздушным окислителем.

Известен воздушный электрод для химического источника тока, содержащий металлический токоотвод, активный слой на основе углерода и фторопласта и защитный слой в виде фторопластовой пленки [1]
Недостаток данного воздушного электрода связан с недостаточной прочностью сцепления защитного фторопластового слоя с основой электрода. Это приводит к ее отслаиванию в процессе эксплуатации, затоплению активного слоя электрода электролитом и снижению характеристик.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является электрод, содержащий металлический токоотвод, активный слой из смеси катализатора и фторопластового связующего, промежуточный слой и гидрофобный слой на основе фторопласта [2]
Недостатком этого электрода является небольшой срок службы, связанный заполнением пор активного слоя электролитом и потерей активности и недостаточной механической прочностью электрода, приводящей к выкрашиванию активной массы и нарушению работоспособности.

Задачей изобретения является создание воздушного электрода для ХИТ, обладающего повышенным ресурсом и стабильными электрическими характеристиками.

Указанный технический результат достигается тем, что в активном слое электрода в качестве катализатора используется смесь скелетного никеля, оксида никеля и активированного угля при следующем соотношении компонентов, мас. Скелетный никель 30-40 Оксид никеля 10-20
Активированный уголь 30-40
Фторопластовое связующее 5-10
Промежуточный слой электрода содержит расширенный графит, уголь, сажу и фторопластовое связующее при следующем соотношении компонентов, мас.

Расширенный графит 15-25 Уголь 25-35 Сажа 20-30
Фторопластовое связующее 20-25
Гидрофобный слой содержит сажу и фторопластовое связующее при следующем соотношении компонентов, мас. Сажа 60-70
Фторопластовое связующее 30-40
Применение трехслойного воздушного электрода с указанным составом слоев исключает возможность затопления активного слоя электрода электролитом и обеспечивает свободный доступ кислорода воздуха в зону реакции, что стабилизирует характеристики электрода и снижает его поляризацию.

Изменение состава активного слоя за пределы заявленных соотношений в части уменьшения содержания катализатора и увеличение содержания фторопласта снижают активность электрода за счет ухудшения смачиваемости электролитом и исключения части катализатора из работы за счет обволакивания фторопластом. Снижение количества фторопласта против заявленного приводит к уменьшению механической прочности активного слоя и его выкрашиванию.

Состав промежуточного слоя выбран из условия обеспечения улучшенного транспорта газа в зону реакции и высокой электропроводимости. Уменьшение количества связующего приводит к затоплению части слоя электролита и ухудшению транспорта газа, увеличение количества фторопласта снижает электропроводимость слоя. Соотношение между графитом, углем и сажей определяется оптимальными электропроводимостью, газопроницаемостью и активностью.

Гидрофобный слой обеспечивает передачу тока к токовому коллектору и защиту электрода от промокания. Увеличение содержания фторопласта в слое снижает его электропроводимость, снижение количества фторопласта снижает запорные свойства против промокания.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков не известна, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного решения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

П р и м е р. Воздушный электрод изготавливался методом последовательного нанесения на никелевую плетеную сетку с размером ячейки 0,5 мм предварительно приготовленных порошков гидрофобного, промежуточного и активного слоев и последующего прессования и термообработки. Масса гидрофобного слоя содержала 65 мас. сажи и 35 мас. фторопласта Ф-4Д. Масса для промежуточного слоя содержала 20 мас. расширенного графита, 30 мас. угля, 25 мас. сажи и 25 мас. фторопласта Ф-4Д. Масса активного слоя содержала 30 мас. скелетного никеля, 40 мас. активированного угля и 10 мас. фторопласта Ф-4Д.

Прессование электрода проводилось при давлении 50 ктс/см², спекание при температуре 320^оС. Полученный электрод имеет толщину 1,2 мм.

Исследование электрохимических характеристик изготовленного электрода методом снятия поляризационной кривой показало высокую активность. Электрод при токе нагрузки 100 мА/см² имеет поляризацию 100 мВ. Характеристики электрода оставались неизменными в течение длительного времени, промокания электрода не наблюдалось.

Таким образом, заявленный воздушный электрод обладает стабильными характеристиками и может быть использован в металловоздушных ХИТ. Подтверждена возможность изготовления электрода с получением заявляемого технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".

Использование: в металловоздушных химических источниках тока. Сущность изобретения: воздушный электрод содержит металлический токоотвод, гидрофобный слой из 60 70 мас. сажи и 30 40 мас. фторопластового связующего,промежуточный слой из 15 25 мас. расширенного графита, 25 35 мас. угля, 20 -30 мас. сажи и 20 25 мас. фторопластового связующего и активный слой из 30 40 мас. скелетного никеля, 10 20 мас. оксида никеля, 30 40 мас. активированного угля и 5 10 мас. фторопластового связующего. Электрод имеет повышенный ресурс работы и стабильные электрические характеристики.

ВОЗДУШНЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА, содержащий металлический токоотвод, активный слой из смеси катализатора активированного угля и фторопластового связующего, промежуточный и гидрофобный слой, включающие фторопластовое связующее, отличающийся тем, что в активный слой введены дополнительные катализаторы склетный никель и оксид никеля при следующем соотношении компонентов, мас.

Склетный никель 30 40
Оксид никеля 10 20
Активированный уголь 30 40
Фторопластовое связующее 5 10
промежуточный слой дополнительно содержит расширенный графит, уголь, сажу при следующем соотношении компонентов, мас.

Расширенный графит 15 25
Уголь 25 35
Сажа 20 30
Фторопластовое связующее 20 25
а в гидрофобный слой введена сажа при следующем соотношении компонентов, мас.

Сажа 60 70
Фторопластовое связующее 30 40