ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Российский патент 2013 года по МПК H01M6/20 

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов высокотемпературных тепловых химических источников тока, включающих хлориды лития и калия и другие соли лития.

Известны составы, которые могут быть использованы в качестве электролитов для химических источников тока, а именно:

1) содержащий ванадат и молибдат лития; температура плавления смеси 533°C, удельная энтальпия плавления 328 Дж/г (Беляев И.Н., Лупейко Т.Г., Вяликова В.И. Системы LiVO₃-Li₂Mo(W)O₄ и NaVO₃-Na₂Cr(Mo)O₄ // Журн. неорган, химии. 1975. Т.20. №9. С.2483-2486);

2) содержащий хлорид и молибдат лития; температура плавления смеси 501°C, удельная энтальпия плавления 302 Дж/г (Трунин А.С. Исследование тройных взаимных систем Li, Ва||Cl, МоO₄ и Li, Ва||Cl, WO₄ //Известия Северокавказского центра высшей школы. Естественные науки. 1980. №3. С.53-55).

Недостатком данных составов является относительно высокая энтальпия и температура плавления.

Наиболее близким к заявленному составу по температуре и компонентам является низкоплавкий состав системы LiCl-KCl (Химические источники тока / под ред. Коровина Н.В. М.: Издательство МЭИ, 2003 г., 740 с). Температура плавления эвтектического состава составляет 358°C. Недостатком данного состава также является высокая температура плавления смеси.

Техническим результатом изобретения является возможность применения состава в качестве электролита для химического источника тока в диапазоне температур 336-341°C. Технический результат достигается тем, что электролит содержит хлорид калия, хлорид, метаванадат и молибдат лития в следующем соотношении компонентов, мас.%:

хлорид калия 39.62…42.70

хлорид лития 30.79…33.08

метаванадат лития 8.34…9.26

молибдат лития 15.89…20.32

Новизна заявляемого состава по сравнению с известным заключается в том, что данный состав содержит хлориды лития и калия и другие соли лития, где в качестве солей лития взяты метаванадат и молибдат лития, что позволяет снизить температуру плавления и сократить энергозатраты на его плавление.

Примеры конкретного исполнения.

Пример 1.

В электропечи шахтного типа переплавляют безводные соли квалификации «хч» (LiCl, LiVO₃) и «чда» (Li₂MoO₄, KCl) 0,4270 г (42.70 мас.%) хлорида калия +0.3308 г (33.08 мас.%) хлорида лития +0.0834 г (8.34 мас.%) метаванадата лития +0.1589 г (15.89 мас.%) молибдата лития.

Температура плавления смеси 338°C.

Удельная энтальпия плавления рассчитывалась по формуле:

$${\text{Δ}}_{\text{m}}{\text{H}}_{\text{E}}={\text{Δ}}_{\text{t}}{\text{H}}_{\text{эт}}\frac{{\text{S}}_{\text{E}}}{{\text{S}}_{\text{эт}}}\cdot \frac{{\text{T}}_{\text{E}}}{{\text{T}}_{\text{эт}}}\text{, Дж/г}\text{,}$$

где Δ_tH_E - удельная энтальпия фазового перехода вещества, близкого по температуре фазового перехода к исследуемому составу, Дж/г; S_E, S_эт - площади пиков дифференциальных кривых, отвечающих плавлению эвтектического состава и фазовому переходу эталонного вещества соответственно; T_e, T_эт - температуры плавления эвтектического состава и фазового перехода эталонного вещества соответственно, К. Окончательное значение энтальпии находили как среднее трех измерений. В качестве эталонного вещества взят KNO₃ (температура плавления 338°C, удельная энтальпия плавления 115.8 Дж/г).

Удельная энтальпия состава 291 кДж/кг.

Пример 2.

В электропечи шахтного типа переплавляют безводные соли квалификации «хч» (LiCl, LiVO₃) и «чда» (Li₂MoO₄, KCl) 0.3962 г (39.62 мас.%) хлорида калия +0.3079 г (30.79 мас.%) хлорида лития +0.0926 г (9.26 мас.%) метаванадата лития +0.2032 г (20.32 мас.%) молибдата лития.

Температура плавления смеси 341°C.

Удельная энтальпия плавления 298 кДж/кг.

Пример 3.

В электропечи шахтного типа переплавляют безводные соли квалификации «хч» (LiCl, LiVO₃) и «чда» (Li₂MoO₄, KCl) 0.4133 г (41.33 мас.%) хлорида калия +0.3173 г (31.73 мас.%) хлорида лития +0.0881 г (8.81 мас.%) метаванадата лития +0.1813 г (18.13 мас.%) молибдата лития.

Температура плавления смеси 336°C.

Удельная энтальпия плавления 295 кДж/кг.

За заявляемыми пределами нарушается однофазность состава, возрастает температура, что приводит к увеличению энергозатрат на плавление смеси.

В таблице приведены сравнительные характеристики свойств заявляемого состава и состава, выбранного в качестве прототипа.

Составы Состав смеси, мас.% Удельная энтальпия плавления, кДж/кг Температура плавления, °C KCl LiCl LiVO₃ Li₂MoO₄ Прототип 52.4 47.6 - - - 358 Предлагаемый 1 42.70 33.08 8.34 15.89 291 338 2 39.62 30.79 9.26 20.32 298 341 3 41.33 31.73 8.81 18.13 295 336

Как видно из данных таблицы, предлагаемый состав имеет температуру на 17-22°C ниже по сравнению с прототипом, что значительно снижает энергозатраты на плавление состава и приведение его в рабочее состояние, а также расширяет диапазон использования по температуре.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для высокотемпературных тепловых химических источников тока. Согласно изобретению электролит содержит хлорид калия, хлорид, метаванадат и молибдат лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлорид калия 39.62…42.70, хлорид лития 30.79…33.08, метаванадат лития 8.34…9.26, молибдат лития 15.89…20.32. Техническим результатом изобретения является снижение удельной энтальпии и температуры плавления. 1 табл., 3 пр.

Электролит для химического источника тока, включающий хлориды лития, калия и другие соли лития, отличающийся тем, что в качестве солей лития введены его метаванадат и молибдат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
хлорид калия 39,62-42,70 хлорид лития 30,79-33,08 метаванадат лития 8,34-9,26 молибдат лития 15,89-20,32