ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ КИСЛОРОДНО(ВОЗДУШНО)-МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Российский патент 1998 года по МПК H01M12/06 H01M10/26 

Изобретение относится к области химических источников тока (ХИТ), конкретно - к воздушно (кислородно) - алюминиевой (ВА) электрохимической системе.

Известны электролиты для ВА ХИТ, представляющие собой водные растворы хлоридов лития, натрия, калия и аммония [1]. Недостаток данных электролитов связан с образованием нерастворимого гидроксида алюминия в виде геля, который заполняет поры газодиффузионного катода, адсорбируется на поверхности анода, блокируя ее, что приводит к падению мощности и прекращению работы элемента. Кроме того, эти электролиты имеют относительно низкую электропроводность, что ухудшает вольтамперную характеристику элемента.

Известны электролиты для ВА ХИТ, в состав которых для борьбы с гелеобразованием вводят добавки коагулянтов [2]. Известны элеткролиты, в состав которых для увеличения электропроводности вводят добавку калиевой щелочи [3].

Из известных электролитов наиболее близким по совокупности существенных признаков является электролит состава Kl+KCl+KOH (водный раствор) [3].

Недостатками рассматриваемого электролита являются: увеличенная скорость коррозии анода, относительно низкое напряжение источника, гелеобразование при малой концентрации щелочи и высокая цена и дефицитность используемых реактивов, особенно йодида.

Целью изобретения является снижение скорости коррозии анода, улучшение эксплуатационных и энергетических характеристик источника и повышение коэффициента полезного использования анодного материала.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве электролита для воздушно-металлического ХИТ применен водный раствор хлорида и гидроксида щелочного металла с ингибирующей коррозию добавкой. В качестве добавки используется станнат щелочного металла, а в качестве щелочного металла взят натрий. В электролите соблюдается следующее соотношение компонентов:
NaCl 5-30 мас.%; NaOH 0,5-25 мас.%; Na₂SnO₃ не менее 0,1 мас.%; вода - остальное.

Для усиления эффекта подавления гелеобразования в электролит могут дополнительно вводиться добавки неорганического флокулянта из ряда соединений Na₂CO₃, NaHCO₃, Na₂SO₄ с концентрацией не менее 0,01 мас.% или органического флокулянта на основе полиакриловых соединений - полиакриламида (ПАА) и сополимера (ВПС) - с концентрацией в диапазоне 0,001-1,0 мас.%.

Нижний предел определяется пороговой концентрацией добавки, обеспечивающей требуемый эффект, а верхний предел - технологией приготовления электролита. Кроме того, выше верхнего предела вводить добавку нецелесообразно, поскольку эффект может измениться на противоположный, а стоимость электролита увеличивается.

Пример.

Для приготовления электролита были взяты приготовленные заранее растворы 4 М NaCl, 4 M NaOH+0,06 моль/л станната натрия, и 1% раствор ПАА в воде. Раствор ПАА готовили из твердого полимера. Приготовленные растворы смешивали так, чтобы соотношение концентраций NaCl и NaOH равнялось 5:1. К полученной смеси добавляли Na₂CO₃, NaHCO₃ или Na₂SO₄ в количестве 0,1 моль/л или раствор ПАА до концентрации 0,2 мас.%.

Электролит заливали в ВА элемент, состоящий из анода из сплава алюминия с индием и газодиффузионного катода. Элемент разряжался при плотности тока j=400 А/м² в течение 8 ч.

Параллельно испытывался ВА элемент с электролитом 4 М NaCl.

Сравнительные эксперименты показали, что во всех предлагаемых электролитах гель либо отсутствует (образуется кристаллический осадок, легко удаляемый из элемента), либо флокулирует, приобретает некоторую гидрофобизацию поверхности, легко смывается с электродов и из внутренней полости элемента проточной водой даже после 2-х суток нахождения электродов в отработанном электролите. Работоспособность их при этом сохраняется. Напряжение на элементе с предлагаемыми электролитами во всех случаях на 0,3-0,5 B выше, чем на контрольном, а скорость коррозии анода такая же или ниже. Это позволяет сделать вывод о том, что заявленное техническое решение может быть реализовано и обеспечивает улучшение эксплуатационных и энергетических характеристик ВА элемента, а также повышает коэффициент использования анодного материала. Стоимость заявленного электролита ниже, чем у прототипа за счет исключения из состава наиболее дорогого и дефицитного компонента - йодида щелочного металла.

Список использованных источников
1. Кассюра В.П., Дмитренко С.В., Брауде И.М. Воздушно - алюминиевые элементы с водным солевым электролитом. "Электротехника", 1988, N 8, с.12-14.

2. Drazie A.R., Despio S., Zecevic A.O., Proс. 11-th Jufern. Power Sourсes Symp. 1979. p. 353.

3. Chem. and Eng., 1988, N 3, p. 85-88г

Использование: химические источники тока. Воздушно-металлические электрохимические системы. Сущность изобретения: электролит для кислородно (воздушно) - металлического химического источника тока содержит водный раствор хлорида и гидроксидьа щелочного металла с ингибирующей коррозию добавкой. В качестве добавки используется станнат щелочного металла, а в качестве щелочного металла взят натрий при следующих соотношениях компонентов: NaCL 5 - 30 мас%; NaOH 0,5 - 25 мас.%; Na₂SnO₃ - не менее 0,1 мас.%; вода -остальное. Для усиления эффекта подавления гелеобразования в электролит могут дополнительно вводится добавки неорганического флокулянта из ряда соединений Na₂CO₃, Na₂HCO₃, Na₂SO₄ с концентрацией не менее 0,1 мас.% или органического флокулянта на основе полиакриловых соединений - полиакриламида (ПАА) и сополимера (ВПС) - с концентрацией в диапазоне 0,001 - 1,0 мас.%. Применение электролита обеспечивает улучшение эксплуатационных и энергетических характеристик ХИТ и повышает коэффициент использования анодного материала. 2 з.п. ф-лы.

1. Электролит для кислородно (воздушно) - металлического химического источника тока, содержащий водный раствор хлорида и гидроксида щелочного металла и добавку, отличающийся тем, что в качестве добавки применен станнат щелочного металла, а в качестве щелочного металла взят натрий при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
NaCl - 5 - 30
NaOH - 0,5 - 25
Na₂SnO₃ - Не менее 0,1
Вода - Остальное
2. Электролит по п. 1, отличающийся тем, что, дополнительно содержит добавки соединений из ряда Na₂CO₃, NaHCO₃, Na₂SO₄ с концентрацией 0,01 - 1,4 мас.%. 3. Электролит по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит добавки на основе полиакриловых соединений с концентрацией в диапазоне 0,001 - 1,0 мас.%.