ФТОРУГЛЕРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1995 года по МПК H01M4/00 H01M10/40 C01B31/00 

Изобретение относится к новым материалам, полученным химическим путем. Эти материалы могут найти применение как активные вещества в источниках тока, как гидрофобные катализаторы, как носители для хроматографии.

Целью изобретения является разработка фторуглеродного материала, применение которого в катодах позволит поднять напряжение разряда для последних при высоких плотностях тока, а также придать им обращаемость.

Цель изобретения фторуглеродным материалом на основе порошкообразного фтористого углерода, частицы которого выполнены пористыми, дополнительно содержащим металл, введенный в поры и на поверхность частиц фтористого углерода в количестве 10-80 мас.

Цель достигается также фторуглеродным материалом, в поры и на поверхность которого нанесен металл, взятый из группы, содержащей никель, медь, серебро, палладий, платину.

Отличительными признаками предлагаемого материала является то, что фтористый углерод на основе порошкообразного фтористого углерода содержит металлы, такие как никель, медь, серебро, палладий, платина, введенные в поры и на поверхность частиц фтористого углерода в количестве 10-80 мас.

П р и м е р, В 20 см³ органического растворителя растворяется такое количество соли меди, что содержание меди достигает 2,5 г, после чего в этот раствор вносится 10 г фторуглерода CF 1,18-1,33 и перемешивается. Затем полученная масса высушивается, вся соль меди впитывается в поры фторуглерода, где и проводится ее пиролиз до свободной меди при соответствующей температуре в контролируемой газовой среде, в результате чего образуется порошкообразный продукт кирпичного цвета, содержащий в порах 20% меди.

Если эту операцию повторить с вновь полученным продуктом, то содержание меди достигнет 33% и т. д. вплоть до 50% Аналогичные материалы получены при нанесении никеля на фтористый углерод.

Металлы наносятся в количестве от 10 до 80 мас. от веса материала в зависимости от поставленной цели и экономической целесообразности, а также объема пор используемого фторуглерода. Фторуглерод CF1,18-1,33 имеет объем пор 0,4-0,6 см³/г. что вполне достаточно, чтобы вместить в себя до 50 мас. никеля или меди и до 80% серебра или палладия или платины. Нужный процент металла, если позволяет растворимость соли или другого соединения металла в используемом растворителе, наносится в одну стадию, или в несколько, если растворимости недостаточно.

Рентгенофазовый анализ, выполненный для этих веществ, показывает строго две фазы фторуглерода и металла, причем металл находится в мелкораздробленном состоянии со средним размером 400-600 А, что соответствует размеру под максимального объема пор используемого фторуглерода CF 1,18-1,33. Электронно-микроскопическое исследование этих веществ показано, что независимые частицы металлов отсутствуют, все они объединены с фторуглеродными, т. е. находятся в порах или на поверхности. При внесении больших количеств меди или никеля, чем 50% а серебра палладия или платины больше 80% уже под оптическим микроскопом наблюдаются частицы металла, не связанные с фторуглеродными. Это нисколько не вредит основному применению материала, но и не улучшает его свойств.

Испытания материалов, содержащих медь и никель в источниках тока, показало, что при токе разряда 1 мА/см² они проявляют напряжение выше на 0,1-0,2 В по сравнению с прототипом (см. таблицу).

Повышение напряжения разряда можно объяснить, с одной стороны, каталитическим действием металлов на процесс электрохимического восстановления фторуглерода литием, с другой стороны, приданием некоторой контактной электропроводности частицам фторуглерода, содержащимся на его поверхности металлами, что заметно проявляется при их содержании выше 30%
Материал, содержащий никель, придал катоду свойства электрохимической обратимости, наиболее полновыраженной при содержании никеля 50 мас.

Процесс разряда и заряда можно описать уравнениями:
разряд 2CF+2Li^°__→ 2C^°+2LiF
заряд 2LiF+Ni^°__→ 2Li^°+NiF₂
Затем этот материал разряжается по NiF₂ и перезаряжается по Ni. Таким образом было набрано 20 циклов разряда-заряда, после чего испытания были прекращены. Для меди подобный прогресс в условиях испытаний не пошел. Остальные материалы, содержащие серебро, палладий, платину, подобных электрохимических испытаний не проходили ввиду их дефицитности, но они могут найти применение как гидрофобные катализаторы.

Использование: активное вещество для литиевых источников тока. Сущность изобретения: фторуглеродный материал на основе порошкообразного фтористого углерода, частицы которого выполнены пористыми, дополнительно содержит никель, медь, серебро, палладий или платину, введенные в поры и на поверхность частиц фторуглерода в количестве 10-80 мас. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. ФТОРУГЛЕРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ на основе порошкообразного фтористого углерода, частицы которого выполнены пористыми, отличающийся тем, что он дополнительно содержит металл, введенный в поры и на поверхность частиц фторуглерода в количестве 10-80 мас. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что металл взят из группы, содержащей никель, медь, серебро, палладий, платину.