РАСПЛАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Российский патент 2015 года по МПК H01M8/14 C09K5/06 

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке составов, включающих бромиды, метаванадаты, молибдаты калия и лития, которые применяются в качестве расплавляемых электролитов в химических источников тока.

Известен электролит для химических источников тока, содержащий фторид и молибдат лития, метаванадат и молибдат калия с температурой плавления смеси 421°C и удельной энтальпий плавления 184 Дж/г (И.К. Гаркушин, Е.И. Сорокина, Т.В. Губанова, В.Г. Бамбуров. Фазовые равновесия и химическое взаимодействие в многокомпонентных системах из солей лития и калия (монография) - Екатеринбург: УрО РАН, 2012. - 98 с). Недостатком данного состава является относительно высокая удельная энтальпия и температура плавления.

Наиболее близким к заявленному составу по температуре и компонентам является низкоплавкий состав системы KCl-KVO₃-(K₂MoO₄·Li₂MoO₄) (Малышева Е.И., Губанова Т.В., Гаркушин И.К., Фролов Е.И. Стабильные треугольники KCl-KVO₃-LiKMoO₄, KCl-LiVO₃-LiKMoO₄ (Li₂MoO₄) четырехкомпонентной взаимной системы из хлоридов, метаванадатов и молибдатов лития и калия. Журнал «Конденсированные среды и межфазные границы». - 2011. - Т. 13. - №4. С.460-466).

Удельная энтальпия плавления составила 276 Дж/г при температуре плавления эвтектического сплава 388°C.

Настоящее изобретение позволяет снизить удельную энтальпию и температуру плавления.

Новизна предлагаемого состава по сравнению с известными заключается в том, что для снижения удельной энтальпии и температуры плавления в электролит, содержащий бромид, метаванадат и молибдат калия, дополнительно введен молибдат лития в следующем соотношении компонентов, мас.%:

бромид калия 6,4…7,4 метаванадат калия 64,6…66,8 молибдат калия 15,5…16,7 молибдат лития 11,3…12,2

Примеры конкретного исполнения:

Пример 1

Переплавляют в печи шахтного типа безводные соли 0,66 г (6,6 мас.%) бромида калия + 6,57 г (65,7 мас.%) метаванадат калия + 1,6 г (16,0 мас.%) молибдат калия + 1,17 г (11,7 мас.%) молибдат лития. Температура плавления смеси 366°C, удельная энтальпия плавления 117 Дж/г.

Энтальпия плавления составов измерялась нами методом количественного ДТА. Снимали по три кривых охлаждения и нагревания исследуемого эвтектического состава и эталонного вещества (KNO₃, плавится при температуре 338°C, 115,8 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_tH_эт - удельная энтальпия фазового перехода эталонного вещества, близкого по температуре фазового перехода к исследуемому составу, Дж/г;

S_E, S_эт - площади пиков дифференциальных кривых, отвечающие плавлению эвтектического состава и фазовому переходу эталонного вещества соответственно; Т_Е, Т_эт - температуры плавления (К) эвтектического состава и фазового перехода эталонного вещества, соответственно.

Пример 2

По условиям примера 1 переплавляют безводные соли 0,65 г (6,5 мас.%) бромида калия + 6,46 г (64,6 мас.%) метаванадат калия + 1,67 г (16,7 мас.%) молибдат калия + 1,22 г (12,2 мас.%) молибдат лития. Температура плавления смеси 366°С, удельная энтальпия плавления 141 Дж/г.

Пример 3

По условиям примера 1 переплавляют безводные соли 0,64 г (6,4 мас.%) бромида калия + 6,68 г (66,8 мас.%) метаванадат калия + 1,55 г (15,5 мас.%) молибдат калия + 1,13 г (11,3 мас.%) молибдат лития. Температура плавления смеси 366°С, удельная энтальпия плавления 146 Дж/г.

Пример 4

По условиям примера 1 переплавляют безводные соли 0,74 г (7,4 мас.%) бромида калия + 6,51 г (65,1 мас.%) метаванадат калия + 1,59 г (15,9 мас.%) молибдат калия + 1,16 г (11,6 мас.%) молибдат лития. Температура плавления смеси 364°С, удельная энтальпия плавления 127 Дж/г.

За указанными пределами концентраций наблюдается неоднофазность составов вследствие повышения температуры плавления, отличной от эвтектической.

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 KBr KVO₃ K₂MoO₄ Li₂MoO₄ Прототип 11,0 84,7 4,3 - 235 430 Предлагаемый 1 6,6 65,7 16,0 11,7 117 366 2 6,5 64,6 16,7 12,2 141 366 3 6,4 66,8 15,5 11,3 146 366 4 7,4 65,1 15,9 11,6 127 364

Из результатов таблицы видно, что предлагаемый состав имеет температуру плавления на 64-66°C ниже и удельную энтальпию плавления на 89-118 Дж/г меньше по сравнению с прототипом, что значительно снижает энергозатраты на плавление состава и приведение его в рабочие состояние, а также расширяет диапазон использования состава по температуре.

Изобретение относится к расплавляемому электролиту для химического источника тока, включающему бромид, метаванадат, молибдат калия. При этом электролит дополнительно содержит молибдат лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: бромид калия 6,4-7,4, метаванадат калия 64,6-66,8, молибдат калия 15,5-16,7, молибдат лития 11,3-12,2. Предложенный электролит обладает низкими удельной энтальпией и температурой плавления. 4 пр.

Расплавляемый электролит для химического источника тока, включающий бромид, метаванадат, молибдат калия, отличающийся тем, что дополнительно содержит молибдат лития при следующем соотношении компонентов, мас.%:
бромид калия 6,4…7,4 метаванадат калия 64,6…66,8 молибдат калия 15,5…16,7 молибдат лития 11,3…12,2