Электролит для химического источника тока Российский патент 2023 года по МПК H01M6/20 

Изобретение относится к разработке электролитов для среднетемпературных химических источников тока на основе йодидов и хроматов лития, калия и рубидия.

Известен электролит – эвтектическая смесь на основе системы
Li₂CrO₄-K₂CrO₄ и включающая 74 мол.% (65,56мас.%) хромата лития и 26 мол.% (34,44мас.%) хромата калия. Состав имеет сравнительно высокую температуру плавления, равную 392°С (Посыпайко В.И., Алексеева Е.А. и др. Диаграммы плавкости солевых систем. Ч. II. Двойные системы с общим анионом. – М.: «Металлургия», 1977. – 304 с.).

Известен электролит, включающий 89экв.% (83,19мас.%) хромата лития и 11экв.% (16,81мас.%) йодида рубидия. Температура плавления смеси равна 402°С (Бурчаков А.В. Бехтерева Е.М., Кондратюк И.М. Экспериментальное исследование стабильной диагонали Li₂CrO₄ – RbI трехкомпонентной взаимной системы Li,Rb||I,CrO₄. III Конф.по общ.инеорг. химии: тез.докл. Москва. 2013. С. 11-12). Недостатком данного состава является высокая температура плавления.

Наиболее близким по технической сущности является электролит, включающий 80,0 экв.% (67,54мас.%) хромата лития, 10 экв.% (13,81мас.%) йодида рубидия и 10 экв.% (18,65мас.%) хромата рубидия. Однако он тоже имеет высокую температуру плавления – 400°С (Бурчаков А.В. Кондратюк И.М. Бехтерева Е.М. Стабильный треугольник Li₂CrO₄–RbI–Rb₂CrO₄ трехкомпонентной взаимной системы Li,Rb||F,CrO₄. XIV Межд. конф. по термич. анализу и калориметрии в России (RTAC-2013): сб. трудов. Санкт-Петербург: СпГПУ. 2013 года. С. 120 – 122).

Техническим результатом настоящего технического решения является снижение температуры плавления и расширения диапазона использования в расплавленном состоянии электролита с низкой температурой плавления.

Технический результат достигается тем, что электролит для химического источника тока, включающий хроматы лития, рубидия и йодид рубидия, дополнительно содержит йодид калия и хромат калия при следующем соотношении компонентов (мас.%):

йодид калия – 3,84 …4,80

йодид рубидия – 4,53 … 5,67

хромат лития – 68,24 … 69,84

хромат калия – 8,95 … 9,16

хромат рубидия – 12,34 … 12,63

Новизна заявляемого состава по сравнению с прототипом заключается в том, что смесь, содержащая хроматы лития, рубидия и йодид рубидия, дополнительно содержит йодид калия и хромат калия.

Электролит получен изучением системы Li₂CrO₄-KI-LiKCrO₄-LiRbCrO₄-RbI (стабильный пентатоп четырёхкомпонентной взаимной системы Li,K,Rb||I,CrO₄) методом дифференциального термического анализа.

Примеры конкретного исполнения:

1. Предварительно обезвоженные соли расплавляли в печи шахтного типа в соотношении: 0,0144г (4,80мас.%) йодид калия + 0,0170 г (5,67мас.%) йодид рубидия + 0,2047 г (68,24мас.%) хромата лития + 0,0268 г (8,95мас.%) хромата калия +0,0370 г (12,34мас.%) хромата рубидия. Температура плавления электролита – 355 °С.

2. 0,0139 г (4,63 мас.%) йодид калия + 0,0164 г (5,47 мас.%) йодид рубидия + 0,2056 г (68,52мас.%) хромата лития + 0,0270 г (8,99мас.%) хромата калия +0,0372 г (12,39мас.%) хромата рубидия. Температура плавления электролита – 350 °С.

3. 0,0115 г (3,84 мас.%) йодид калия + 0,0136 г (4,53 мас.%) йодид рубидия + 0,2095 г (69,84мас.%) хромата лития + 0,0275 г (9,16мас.%) хромата калия +0,0379 г (12,63мас.%) хромата рубидия. Температура плавления электролита – 355 °С.

4. 0,0163 г (5,42мас.%) йодид калия + 0,0192 г (6,40 мас.%) йодид рубидия + 0,2016 г (67,21мас.%) хромата лития + 0,0264 г (8,81мас.%) хромата калия +0,0365 г (12,16мас.%) хромата рубидия. Температура плавления электролита – 384 °С.

5. 0,0048 г (1,59мас.%) йодид калия + 0,0056 г (1,87мас.%) йодид рубидия + 0,2207 г (73,58мас.%) хромата лития + 0,0290 г (9,65мас.%) хромата калия +0,0399 г (13,31мас.%) хромата рубидия. Температура плавления электролита – 384 °С.

За заявляемыми пределами (примеры 4, 5) возрастает температура плавления и нарушается однофазность электролита.

Сравнительные данные известного и заявляемого электролитов приведены в таблице.

Данные электролитов по прототипу и заявляемому составу

Состав электролита Содержание компонентов, мас. % Температура плавления, °С KI RbI Li₂CrO₄ K₂CrO₄ Rb₂CrO₄ Прототип - 13,81 67,54 - 18,65 400 Заявляемый 1. 4,80 5,67 68,24 8,95 12,34 355 2. 4,63 5,47 68,52 8,99 12,39 350 3. 3,84 4,53 69,84 9,16 12,63 355

Как видно из таблицы, заявляемый электролит имеет существенные преимущества по сравнению с известным: 1. на 45-50 °С снижена температура плавления, что значительно снижает энергозатраты на плавление смеси и приведение электролита в рабочее состояние; 2. расширение диапазона использования электролита в расплавленном состоянии; 3. на 8,14–9,28 мас.% снижено содержание дорогостоящего йодида рубидия и на 6,02 – 6,31 мас.% – дорогостоящего хромата рубидия.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электролиту для среднетемпературных химических источников тока на основе йодидов и хроматов лития, калия и рубидия. Снижение температуры плавления смеси для приведения электролита в рабочее состояние является техническим результатом изобретения, который достигается выбором состава электролита, в мас.%: йодид калия - 3,84-4,80, йодид рубидия - 4,53-5,67, хромат лития - 68,24-69,8, хромат калия - 8,95-9,16, хромат рубидия - 12,34-12,63. 1 табл., 4 пр.

Электролит для химического источника тока, включающий хроматы лития, рубидия и йодид рубидия, отличающийся тем, что дополнительно содержит йодид калия и хромат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

йодид калия 3,84-4,80 йодид рубидия 4,53-5,67 хромат лития 68,24-69,84 хромат калия 8,95-9,16 хромат рубидия 12,34-12,63