КАТОДНАЯ МАССА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА С ВОДНО-СОЛЕВЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ Российский патент 1995 года по МПК H01M4/50 H01M6/06 

Изобретение относится к химическим источникам тока (ХИТ) и касается состава катодной массы первичных ХИТ с водно-солевым электролитом воздушно-цинковой (ВЦ) системы.

Известны герметичные водно-солевые ХИТ [1] содержащие влагоемкую добавку 0,1-0,2% обеспечивающую влажность активной массы до 19-22% и благодаря этому качественные технологические параметры (сыпучесть, прессуемость ее). Присутствие воды в катодной массе ВЦ-элемента необходимо, во-первых, для обеспечения технологических параметров, во-вторых, для повышения емкости ХИТ, так как в процессе его работы вода является расходуемым компонентом. Поэтому содержание воды стараются обеспечить на повышенном уровне, например, путем введения в катодную массу влагоемких добавок.

Однако в вышеуказанных ХИТ катодная масса по причине относительно невысокой влагоемкости не позволяет получить изделия с более высокой электрической емкостью (продолжительностью работы).

Наиболее близкой к изобретению является катодная масса для ВЦ ХИТ с водно-солевым электролитом [2] применяемая в настоящее время в производстве по рецептуре: Двуокись марганца 35-45% Графит 45% Активированный уголь 20-10% Хлорид аммония 15 г/100 г смеси
увлажнение электролитом 35% на 100 г сухой массы, который состоит из хлоридов солей аммония и цинка 23,5 и 6,1% соответственно, что в пересчете на влажную катодную массу составляет мас. Двуокись марганца 20-22 Активированный уголь 10-12 Графит 27-28 Хлорид аммония 20-22 Хлорид цинка 1,3-1,5 Вода 21,7-14,5
Содержание большого количества хлорида аммония и низкое содержание влаги в данной активной массе ведет к усиленному комплексообразованию и кристаллизации при разряде элемента, а высокое содержание (20-22%) дорогой и дефицитной двуокиси марганца ведет к значительному удорожанию изделия.

Для устранения указанных недостатков и получения высокотехнологичной катодной массы, отвечающей одновременно двум основным требованиям высокая влажность (не ниже 30%) и высокая пористость (пористая структура обеспечивает подвод кислорода к зоне реакции и достаточную поверхность трехфазной границы), предлагается катодная смесь с ненабухающей влагопоглощающей добавкой из группы соединений типа природных алюмосиликатов при следующем соотношении компонентов, мас. Двуокись марганца 6-12 Технический углерод (сажа) 9-12 Активированный уголь 14-16 Хлорид цинка 18-28 Влагопоглощающая добавка 0,5-2 Вода Остальное
Дополнительно в состав катодной массы могут быть введены перхлораты металла, выбранного из группы, содержащей магний, цинк, кальций, в количестве 0,1-6. Введение перхлоратов способствует удержанию влаги в процессе длительных разрядов и уменьшает саморазряд. При содержании перхлоратов выше 6% становится заметным снижение напряжения, которое наблюдается при присутствии в массе соединений хлорной кислоты.

Введение влагопоглощающей добавки в количестве 0,5-2% позволяет получить массу с влажностью 30-52,5% и содержанием хлорида цинка 18-28% Увеличение количества влаги при применении хлорцинкового солевого электролита позволяет получить катодную массу с высокими емкостными характеристиками. Кроме того, при этом соотношении компонентов обеспечивается получение технологической, легко прессуемой массы и соответственно катода с высокой пористостью и влажностью.

Однако присутствие излишнего количества влагопоглощающей добавки заметно ухудшает электропроводимость катодной массы и тем самым увеличивает внутреннее сопротивление элементов, что может привести к падению их энергохарактеристик. Это обстоятельство не позволяет ввести в катод больше 2% добавки.

На чертеже приведены кривые непрерывного разряда на ток 60 мА цилиндрических элементов ВЦ-системы типа R20 (373) с оптимальным составом активной массы: кривая 1 катодная масса с соотношением компонентов, мас. Двуокись марганца 12 Технический углерод (сажа) 10 Активированный уголь 16 Хлорид цинка 18 Влагопоглощающая добавка 2 Вода 42
кривая 2 катодная масса, содержащая перхлорат магния с соотношением компонентов, мас. Двуокись марганца 6 Технический углерод (сажа) 12 Активированный уголь 14 Хлорид цинка 22 Перхлорат магния 4,5 Влагопоглощающая добавка 0,5 Вода 41
кривая 3 представляет разряд стандартных герметичных ВЦ-элементов в габаритах R20 с катодной массой, не содержащей влагоемкой добавки, при влажности массы 18-21% и содержании двуокиси марганца 35-43% [3]
Удельные характеристики элементов типа R20 с катодами из предлагаемой массы и стандартной (серийной) при непрерывном режиме разряда током 60 мА до конечного напряжения 0,85 В составляет соответственно 95-100 Вт ˙ ч/кг против 30-35 Вт.ч/кг.

Использование: в первичных химических источниках тока с водно-солевым электролитом. Сущность изобретения: катодная масса для химического источника тока содержит, мас. двуокись марганца 6 12, технический углерод (сажа) 9 12, активированный уголь 14 16, хлорид цинка 18 28, водопоглощающую добавку 0,5 2 и воду остальное. Кроме того, катодная масса может дополнительно содержать 0,1 6 мас. перхлората металла, выбранного из группы, содержащей магний, цинк, кальций. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. КАТОДНАЯ МАССА ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА С ВОДНО-СОЛЕВЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ, содержащая двуокись марганца, проводящую углеродную добавку, активированный уголь, хлорид цинка и воду, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введена влагопоглощающая добавка, выбранная из группы природных алюмосиликатов, а в качестве углеродной добавки взят технический углерод (сажа), при следующем соотношении компонентов, мас.

Двуокись марганца 6 12
Технический углерод (сажа) 9 12
Активированныйуголь 14 16
Хлорид цинка 18 28
Влагопоглощающая добавка 0,5 2,0
Вода Остальное
2. Масса по п. 1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введено 0,1-6,0 мас. перхлората металла, выбранного из группы, содержащей магний, цинк, кальций.