РАСПЛАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА Российский патент 2017 года по МПК C09K5/06 

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

Существует состав, содержащий бромид калия и метаванадат лития. Температура плавления смеси 510°С, удельная энтальпий плавления 477 Дж/г (Золотухина Е.В., Губанова Т.В., Гаркушин И.К. Трехкомпонентная взаимная система Li,K||Br,VO₃ // «Журнал неорганической химии». -2013. - Т. 52. - №12. - С. 2095-2098). Данный состав имеет высокие значения удельной энтальпии и температуры плавления.

Также известна эвтектическая смесь, содержащая бромид калия, метаванадат и молибдат лития с температурой плавления смеси 440°С и удельной энтальпией плавления 186 Дж/г (Е.И. Фролов, М.О. Шашков, И.К. Гаркушин. Изучение стабильного секущего треугольника KBr-LiVO₃-Li₂MoO₄ в четырехкомпонентной взаимной системе Li, K||Br, VO₃, MoO₄. «Журнал неорганической химии». - 2015. - Т. 60. - №3. С. 392-396).

Наиболее близким к заявленному составу по температуре и компонентам является низкоплавкий состав системы LiF-LiVO₃-KBr (Дорошева (Золотухина) Е.В., Губанова Т.В., Гаркушин И.К. Стабильный тетраэдр LiF-LiVO₃-KBr-KVO₃ четырехкомпонентной взаимной системы Li, K||F, Br, VO₃. Башкирский хим. журнал. - 2013. - Т. 20, №1. С. 43-45). Недостатками данного состава являются относительно высокая удельная энтальпия плавления 146 Дж/г и температура плавления 462°С.

Настоящее изобретение позволяет снизить удельную энтальпию и температуру плавления.

Новизна заявляемого состава по сравнению с известным заключается в том, что для снижения удельной энтальпии и температуры плавления в электролит, содержащий бромид калия и метаванадат лития, введено соединение LiKMoO₄, состоящее из молибдатов калия и лития, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

бромид калия 10,1-11,1 метаванадат лития 22,4-23,5 молибдат калия 38,1-39,0 молибдат лития 27,9-28,5

Примеры конкретного исполнения

Пример 1

Переплавляют в печи шахтного типа безводные соли 1,05 г (10,5 мас. %) бромида калия + 2,28 г (22,8 мас. %) метаванадата лития + 2,81 г (28,1 мас. %) молибдата лития + 3,86 г (38,6 мас. %) молибдата калия. Температура плавления смеси 417°С, удельная энтальпия плавления 87 Дж/г.

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 398°С, 125,7 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 ифференциальных кривых, отвечающие плавлению эвтектического состава и фазовому переходу эталонного вещества соответственно; T_E, T_эт - температуры плавления (K) эвтектического состава и фазового перехода эталонного вещества соответственно.

Пример 2

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли 1,11 г (11,1 мас. %) бромида калия + 2,27 г (22,7 мас. %) метаванадата лития + 2,79 г (27,9 мас. %) молибдата лития + 3,83 г (38,3 мас. %) молибдата калия. Температура плавления смеси 419°С, удельная энтальпия плавления 82 Дж/г.

Пример 3

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли 1,04 г (10,4 мас. %) бромида калия + 2,35 г (23,5 мас. %) метаванадата лития + 2,80 г (28,0 мас. %) молибдата лития + 3,81 г (38,1 мас. %) молибдата калия. Температура плавления смеси 419°С, удельная энтальпия плавления 75 Дж/г.

Пример 4

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли 1,01 г (10,1 мас. %) бромида калия + 2,24 г (22,4 мас. %) метаванадата лития + 2,85 г (28,5 мас. %) молибдата лития + 3,90 г (39,0 мас. %) молибдата калия. Температура плавления смеси 421°С, удельная энтальпия плавления 81 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.

Из результатов таблицы видно, что предлагаемый состав имеет более низкую температуру плавления на 89-93°С, а удельную энтальпию плавления по сравнению с прототипом ниже на 390-402 Дж/г, что значительно снижает энергозатраты на плавление состава и приведение его в рабочее состояние, при этом расширяет диапазон использования состава по температуре.

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 источниках тока. Состав содержит бромид калия и метаванадат лития. Введено соединение LiKMoO₄, состоящее из молибдатов калия и лития. Изобретение обеспечивает снижение удельной энтальпии и температуру плавления в электролите. 1 табл., 4 пр.

Расплавляемый электролит для химического источника тока, включающий бромид калия и метаванадат лития, отличающийся тем, что введено соединение LiKMoO₄, состоящее из молибдатов калия и лития, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

бромид калия 10,1-11,1 метаванадат лития 22,4-23,5 молибдат калия 38,1-39,0 молибдат лития 27,9-28,5