ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Российский патент 2011 года по МПК H01M6/00 

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов, включающих бромиды, метаванадаты, молибдаты и сульфаты щелочных элементов, которые применяются в качестве расплавляемых электролитов для высокотемпературных химических источников тока.

Известен ряд химических источников тока, содержащих хлорид, метаванадаты, молибдаты и сульфаты лития с температурой плавления смеси 416°C и удельной энтальпий плавления 213 Дж/г (Лекомцева Т.В., Гаркушин И.К., Баталов Н.Н., Архипов Г.Г. Исследование четырехкомпонентной системы LiCl-Li₂SO₄-LiVO₃-Li₂MoO₄ // VII Международная конференция «Фундаментальные проблемы преобразования энергии в литиевых электрохимических системах»: Тез. докл. Саратов, 2002, с.107-108). Недостатком данного состава является относительно высокая удельная энтальпия и температура плавления.

Наиболее близким к заявленному составу по температуре и компонентам является низкоплавкий состав системы LiF-LiBr-LiVO₃-Li₂MoO₄ (Фролов Е.И., Губанова Т.В., Гаркушин И.К. Электролит для химического источника тока, патент на изобретение № 2340982 от 10.12.2008 года).

Удельная энтальпия плавления составила 183 Дж/г при температуре плавления эвтектического состава 394°C.

Настоящее изобретение позволяет снизить температуру плавления и незначительно удельную энтальпию плавления.

Новизна заявляемого состава по сравнению с известными заключается в том, что электролит, содержащий бромид, метаванадат, молибдат и соли лития, отличается тем, что для достижения уменьшения удельной энтальпии и температуры плавления в качестве соединения лития взят сульфат в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Бромид лития 30,4…31,0 Метаванадат лития 29,6…31,4 Молибдат лития 29,7…32,3 Сульфат лития 7,7…7,8

Примеры конкретного исполнения

Энтальпия плавления составов измерялась нами методом количественного ДТА. Снимали по три кривых охлаждения и нагревания исследуемого эвтектического состава и эталонного вещества (K₂Cr₂O₇, плавится при температуре 397,5°C, 125 Дж/г). Площади пиков дифференциальных кривых на диаграммах ограничивали в соответствии с рекомендациями Международного комитета по стандартизации в термическом анализе.

Расчет удельной энтальпии плавления состава проводили по формуле:

где Δ_тH_эт - удельная энтальпия фазового перехода эталонного вещества, близкого по температуре фазового перехода к исследуемому составу, кДж/кг; S_E, S_эт - площади пиков дифференциальных кривых, отвечающие плавлению эвтектического состава и фазовому переходу эталонного вещества соответственно; T_E, Т_эт - температуры плавления эвтектического состава и фазового перехода эталонного вещества соответственно, K.

Пример 1.

Переплавляют безводные соли 3,09 г (30,9 мас.%) бромида лития + 3,14 г (31,4 мас.%) метаванадата лития + 2,97 г (29,7 мас.%) молибдата лития + 0,78 г (7,8 мас.%) сульфата лития.

Температура плавления смеси 378°C, удельная энтальпия плавления 160 Дж/г.

Пример 2.

Переплавляют безводные соли 3,10 г (31,0 мас.%) бромида лития + 3,02 г (30,2 мас.%) метаванадата лития + 3,10 г (31,0 мас.%) молибдата лития + 0,78 г (7,8 мас.%) сульфата лития.

Температура плавления смеси 376°C, удельная энтальпия плавления 145 Дж/г.

Пример 3.

Переплавляют безводные соли 3,04 г (30,4 мас.%) бромида лития + 2,96 г (29,6 мас.%) метаванадата лития + 3,23 г (32,3 мас.%) молибдата лития + 0,77 г (7,7 мас.%) сульфата лития.

Температура плавления смеси 380°C, удельная энтальпия плавления 153 Дж/г.

Пример 4.

Переплавляют безводные соли 3,06 г (30,6 мас.%) бромида лития + 2,99 г (29,9 мас.%) метаванадата лития + 3,07 г (30,7 мас.%) молибдата лития + 0,88 г (8,8 мас.%) сульфата лития.

Температура плавления смеси 389°C, удельная энтальпия плавления 141 Дж/г.

Пример 5.

Переплавляют безводные соли 3,19 г (31,9 мас.%) бромида лития + 2,98 г (29,8 мас.%) метаванадата лития + 3,06 г (30,6 мас.%) молибдата лития + 0,77 г (7,7 мас.%) сульфата лития.

Температура плавления смеси 397°C, удельная энтальпия плавления 138 Дж/г.

За указанными пределами концентраций наблюдается увеличение температуры плавления электролита (примеры 4 и 5).

В таблице приведены сравнительные характеристики физико-химических свойств, предлагаемого состава и состава, выбранного в качестве прототипа.

Составы Состав смеси, мас.% Удельная энтальпия плавления, Дж/г Температура плавления, °C LiBr LiVO₃ Li₂MoO₄ Li₂SO₄ Прототип 44,1 21,1 34,7 - 166 413 Предлагаемый 1 30,9 31,4 29,7 7,8 160 378 2 31,0 30,2 31,0 7,8 145 376 3 30,4 29,6 32,3 7,7 153 380

Из результатов таблицы видно, что предлагаемый состав имеет температуру на 33-37°C ниже по сравнению с прототипом, что значительно снижает энергозатраты на плавление состава и приводит его в рабочее состояние, а также расширяет диапазон использования состава по температуре.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов, включающих бромиды, метаванадаты, молибдаты и сульфаты лития, которые применяются в качестве расплавляемых электролитов для высокотемпературных химических источников тока. Согласно изобретению в качестве соли лития введен его сульфат при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Бромид лития 30,4…31,0

Метаванадат лития 29,6…31,4

Молибдат лития 29,7…32,3

Сульфат лития 7,7…7,8

Техническим результатом является уменьшение удельной энтальпии и температуры плавления. 1 табл.

Электролит для химического источника тока, включающий бромид, метаванадат, молибдат и соль лития, отличающийся тем, что в качестве соли лития введен его сульфат при следующих соотношения компонентов, мас.%:
Бромид лития 30,4-31,0 Метаванадат лития 29,6-31,4 Молибдат лития 29,7-32,3 Сульфат лития 7,7-7,8