Расплавляемый электролит для химического источника тока Российский патент 2022 года по МПК H01M6/36 H01M6/20 

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке составов, включающих хлориды, бромиды, карбонаты и сульфаты 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). Недостатками данного состава являются высокие значения удельной энтальпии и температуры плавления.

Также известна эвтектическая смесь, включающая фторид лития (5,50 мас. %), бромид лития (73,94 мас. %) и молибдат лития (20,56 мас. %) (Фролов Е.И., Губанова Т.В., Гаркушин И.К., Афанасьева О.Ю. Трехкомпонентные системы LiF-LiBr-Li₂MoO₄ и LiF-LiBr-Li2SO₄. // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. - 2009. Т. 52. - №12. - С. 129-131). Рабочая температура состава выше 444°С. Недостатком данного состава является высокая температура плавления.

В качестве прототипа выступает состав содержащий фторид, бромид и сульфат лития с температурой плавления смеси 421-426°С и удельной энтальпией плавления 232-249 Дж/г (Патент РФ №2326920).

Техническим результатом является снижение удельной энтальпии и температуры плавления.

Технический результат достигается тем, что в расплавляемый электролит для химического источника тока, включающий хлорид, бромид, карбонат и сульфат лития, введено соединение Li₂CO₃ и фторид заменен на хлорид, при следующем соотношении компонентов мас. %:

хлорид лития 12,5…13,7 бромид лития 25,1…26,1 карбонат лития 38,9…40,4 сульфат лития 20,9…22,4

Новизна заявляемого состава по сравнению с прототипом заключается в том, что в электролите, содержащем фторид, бромид и сульфат лития, заменен фторид лития, на хлорид лития и добавлен карбонат лития.

Примеры конкретного исполнения:

Пример 1.

Переплавляют в печи шахтного типа безводные соли 1,27 г (12,7 мас. %) хлорида лития + 2,61 г (26,0 мас. %) бромида лития + 2,93 г (39,4 мас. %) карбоната лития + 2,19 г (21,9 мас. %) сульфата лития. Температура плавления смеси 398°С, удельная энтальпия плавления 184 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 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.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли 1,37 г (13,7 мас. %) хлорида лития + 2,57 г (25,7 мас. %) бромида лития + 3,89 г (38,9 мас. %) карбоната лития + 3,14 г (21,7 мас. %) сульфата лития. Температура плавления смеси 402°С, удельная энтальпия плавления 187 Дж/г.

Пример 3.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли 1,25 г (12,5 мас. %) хлорида лития + 2,56 г (25,6 мас. %) бромида лития + 4,04 г (40,4 мас. %) карбоната лития + 2,15 г (21,5 мас. %) сульфата лития. Температура плавления смеси 402°С, удельная энтальпия плавления 186 Дж/г.

Пример 4.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли 1,27 г (12,7 мас. %) хлорида лития + 2,51 г (25,1 мас. %) бромида лития + 3,98 г (39,8 мас. %) карбоната лития + 2,24 г (22,4 мас. %) сульфата лития. Температура плавления смеси 403°С, удельная энтальпия плавления 188 Дж/г.

Пример 5.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли 1,26 г (12,6 мас. %) хлорида лития + 2,61 г (26,1 мас. %) бромида лития + 4,04 г (40,4 мас. %) карбоната лития + 2,09 г (20,9 мас. %) сульфата лития. Температура плавления смеси 401°С, удельная энтальпия плавления 185 Дж/г.

За указанными пределами концентраций наблюдается повышение температуры плавления и энтальпии плавления.

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 23-28°С, а удельную энтальпию плавления по сравнению с прототипом ниже на 48-61 Дж/г, что значительно снижает энергозатраты на плавление состава и приведение его в рабочие состояние, при этом расширяет диапазон использования состава по температуре.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке составов, содержащих хлориды, бромиды, карбонаты и сульфаты лития, которые применяются в качестве расплавляемых электролитов в химических источниках тока. Техническим результатом является снижение удельной энтальпии и температуры плавления. Расплавляемый электролит для химического источника тока, включающий бромид лития, сульфат лития, дополнительно содержит карбонат лития Li₂CO₃ и хлорид лития, при следующем соотношении компонентов, мас. %: хлорид лития 12,5…13,7, бромид лития 25,1…26,1, карбонат лития 38,9…40,4, сульфат лития 20,9…22,4. 1 табл., 5 пр.

Расплавляемый электролит для химического источника тока, включающий бромид лития, сульфат лития, отличающийся тем, что дополнительно содержит карбонат лития Li₂CO₃ и хлорид лития, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

хлорид лития 12,5…13,7 бромид лития 25,1…26,1 карбонат лития 38,9…40,4 сульфат лития 20,9…22,4