Химический источник тока Советский патент 1984 года по МПК H01M6/02 H01M6/14 

1 Изобретение относится к химическим источникам тока (ХИТ), а именно к источнику тока цилиндрической формы. В химических источниках тока с расходуемым анодом во время разряда объем анода уменьшается и тем самым вызывает увеличение расстояния между анодом, сепаратором и катодом или катодным коллектором, что, в свою очередь, приводит к увеличению реннего сопротивления элемента. Для преодоления указанного недостатка используют химический источник тока, электроды которого свернуты, что обеспечивает хороший контакт между компонентами в процессе разряда D. Однако такой элемент сложен в про изводстве, Известен ХИТ с цилиндрическим кор пусом, положительньй электрод которого соприкасается с внешней оболоч кой элемента и отделен от отрицатель ного электрода с помощью пористого разделителя, отрицательньй электрод выполнен из листа расходуемого металла с большим отрицательным стандартным окислительным потенциалом и окружает упруго деформируемый коллектор тока, выполняемый в форме цилиндра со щелью. Упругость коллектора тока обеспечивает ему возможность сохранения смещаемого контакта с отрицательным электродом в течение всего времени вне зависимости от изменения объема электродов при разряде элемента и тем самым обеспечивает поддержание оптимального расстояния между реагирующими поверхностями твердых положительного и отрицательного электродов за счет непрерывного смещения отрицательного электрода к пористому разделителю 2j . ® Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является химический источник тока, содержащий цилиндрический корпус, катодный коллектор, пористый сепаратор, расположенньй внутри катодного коллектора в контакте с ним, жидкий электролит, катодный деполяризатор, анод, выполненньй из двух частей, расположенных внутри сепаратора, и деталь для смещения частей анода к сепаратору, расположенную между ними з . 12 Однако электрохимические характеристики такого источника тока недостаточно высоки, поскольку сопротивление во время разряда растет. Цель изобретения - повьшение срока службы химического источника тока и его электрохимических характеристик . Поставленная цель достигается тем, что в химическом источнике тока, содержащем цилиндрический корпус, катодный коллектор, пористьй сепаратор, расположенньй внутии катодного коллектора и имеюпщй с ним поверхностньй контакт, катодньй деполяризатор, жидкий электролит, расходуемьй анод, выполненньй по крайней мере из двух частей и расположенный внутри сепаратора, и деталь для смещения частей анода к сепаратору, расположенную между частями анода, части анода вьлолнены дугообразными и по внутренней поверхности контактируют с деталью для смещения частей анода к сепаратору через поддерживающие пластины, а деполяриза тор взят в жидком состоянии. Дугообразная часть анода предстай ляет собой дуговой сегмент детали цилиндрической формы, предпочтительное значение дуги которой составляет 90-180 в зависимости от числа дуговьк сегментов,используемых в элементе. Например, при использовании двух дуговых сегментов каждьй из них может быть равен 140-180 , а при использовании трех дуговых сегментов каждьй из них может быть равен 90-120 . В предлагаемом изoi5peтeнии общая цилиндрическая пружинная деталь представляет собой витую пружину, имеющую один или более витков, или пружину в виде дугообразного сегмента, меньшего 360 . В источнике тока, в котором используют жидкий активньй катодньй де поляризатор и катодньй коллектор, последний помимо функций коллектора тока служит местом протекания реакции катодного электрохимического про цесса. Следовательно, катодньй коллектор должен быть пористым с объемом соединенных между собой пустот, не меньшим 50% его общего объема, что необходимо для обеспечения больщего доступа к участкам реакгдаи, К тому же, катодньй коллектор должен быть выполнен из материала, способного катализировать или nojvifp UBiTf прохождение катодного электрохимического процесса. Материалами, пригодными для изготовления катодного коллектора, являются углеродистые материалы и металлы,- такие как никель с ацетиленовым чернением. В ма териалы, из которых изготавливают катодный коллектор, могут быть добавлены соответствующие связующие материалы, содержащие или не содержащие пластификаторы и стабилизатор Подходящими связующими материалами для этой цели могут быть винил, полиэтилен, полипропилен, соединения акриловой кислоты, стирол и т.п. В тех случаях, когда необходимо применять связующий материал, добавка этого материала должна составлять 10-30% от веса отформованного катод ного коллектора, поскольку добавка меньше 10% не может обеспечить достаточной прочности отформованной де тали, в то время как добавка, превьпиающая 30%, делает поверхность уг лерода несмачиваемой и/или уменьшае рабочую поверхность углерода, что приводит к уменьшению активной поверхности между материалом, таким как уголь и/или графит, и соответст вующим связующим материалом. Связую щий материал., используемьм при изготовлении формованных катодов, может быть добавлен в количестве 320% от веса формуемого анода, предпочтительно 4-7% от веса катода. В качестве материала для анода м жет быть применен любой из известны анодных материалов, из которого мог быть изготовлены удлиненные дугообразные или прямоугольные детали. Электропроводящая пружинная деталь, изготавливаемая из никеля, нержавеющей стали или коррозионно стойкого сплава, содержащего 76% никеля, 15% хрома и 9% железа, может быть применена в качестве элект ропроводящего устройства для электр ческого соединения катода с отрицательным зажимом элемента, являясь в то же время упругим смещающим устройством для осуществления механического усилия, прижимающего детали анода в радиальном направлении нару жу, к разделителю. Это может быть ос ществлено, например, использованием электропроводящей детали U-образной формы или в виде свернутой пружины, которая может быть сжата и введена между или вовнутрь пространства, образуемого деталями анода, что обеспечивает непрерывный электрический прижимной контакт с деталями анода и в то же время упругое смещение указанных деталей к разделителю,, который, в свою очередь, соприкасается с катодом или катодным коллектором элемента, а последний соприкасается с внутренней поверхностью корпуса элемента. Выступающий конец или ножка и-образной пружинной детали в случае ее вьшолнения электропроводящей, может быть прикреплен обычным способом к оболочке корпуса элемента, что позволяет использовать оболочку или корпус в качестве отрицательного зажима элемента. В качестве смещающего устройства может быть применено любое пружинящее устройство, обеспечивающее упругое смещение деталей анода, смонтированных с возможностью непрерывного физического соп1й1косновения указанных деталей с разделителем, разделителя с катодом или катодным коллектором, катода или катодного коллектора с корпусом элемента, что приводит в результате к низкому внутреннему сопротивлению элемента в процессе разряда. Хотя внутренний катодный электрод изнашивается в процессе разряда, упругое смещающее устройство создает усилие на этом электроде, сохраняя хороший контакт между поверхностя да анодного электро да и разделителя, а разделитель удерживается в фиксированном положении, соприкасаясь с катодом или ка;тодным коллектором элемента. Полость, образуемая деталями ано да, может быть использована в качестве резервуара для катодного деполяризатора. В одном из вариантов катодный коллектор выполнен в виде полуцилиндрических деталей, имеющих про дольную выемку на внешней поверхности, направленной к внутренней стенке корпуса, что создает резервуары для элеКТролита или катод электролита элемента. Безводные материалы жидкого катода, могут состоять из одного или боль шего числа оксигалогенных соединений химических элементов группы V или группы VI периодической таблицы эле wteHTOB и/нли из одного или более галоидных соединений химических элементов от группы IV до группы VI перио$дической таблицы элементов, например теонилхлорид, двуокись серы и т.п. В качестве анода используют лити натрий, кальций, магний. При необходимости к жидкому активному, способному к восстановлени катодному деполяризатору может быть добавлен растворитель, с тем чтобы разбавить растворенное вещество и и менить диэлектрическую постоянную, вягкость или свойства вещества в растворе для получения лучшей элект ропроводимости . В качестве подходящего для этой цели совместного раст ворителя могут быть использованы, н пример, нитробензол, тетрагидрофура 1,3-диоксолан, З-метил-2-оксазолидон, пропиленкарбонат и т.п. К числу водных материалов, испрл зуемых в качестве катода, относятся водные растворы персульфата, пер оксида, перманганата и хромойой кис лоты. К анодам пригодным для исполь зования в водных элементах, относятся алюминий, магний, цинк и кадмий. Сепаратор должен быть химически инертным и нерастворимым в системе элемента, а его пористость должна составлять 25%, предпочтительно 50%, что необходимо для обеспечения проникновения жидкого электролита через него для соприкосновения с анодом и образования тем самым пу ти для прохождения ионов между анодом и катодом. Совместно с жидкими оксигалоидными катодами используют безвойлочные стеклянные разделители. К числу разделителей, пригодных для использования в водных системах, относятся крахмальная или метиловая целлюлоза, нанесенная на войлочную бумагу, литые целлюлозовые пленки, желеобразный пшеничный крахмал или пасты из муки, войлочные или плетеные волокна из пластмасс,таких как нейлон, полиэтилен и т.п., или пористые литые листы из винила. На фиг. 1 изображен предлагаемьй источник тока, вертикальное сечение на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. V, на фиг. 3 - источник тока, горизонтальное сечение, вариант исполнения. I В цилиндр1гческом корпусе 1 катодный коллектор 2 соприкасается с вер16тикальной периферийной поверхностью корпуса 1, что дает возможность использовать корпус в качестве катодного положительного зажима элемента. Внутри катода или катодного коллектора 2 расположен соприкасающийся с его внутренней поверхностью сепаратор 3, нижний конец 4 которого загнут вовнутрь в радиальном направлении и служит подкладкой для нижнего сепарационного диска 5. При необходимости материал катодного коллектора может быть запрессован вовнутрь корпуса 1, прокатан совместно с материалом корпуса или выполнен в виде одного или нескольких сегментов для образования цилиндрической трубы, помещаемой в корпус. Расходуемый анод 6 выполнен из двух деталей, которые образуют первую дугообразную часть 7, имеющую плоские концевые фаски 8 и 9, и вторую дугообразную часть 10, имеющую плоские концевые фаски 11 и 12. Плоские концевые фаски каждой дугообразной части анода устанавливают так, что они противостоят друг другу (фиг. 1 и 2) и между ними образуется полость 13 вдоль оси. При необходимости вдоль внутренней поверхности Стенок частей 7 и 1 О анода помещены дугообразные поддерживающие пластины 14 и 15 соответственно в виде инертных электропроводящих метал:чических листов или сеток с,целью обеспечения равномерного распределения тока вдоль поверхности анода. Это приводит к равномерному использованию анода и обеспечивает однородное давление пружины, по поверхности внутренней стенки анода. Деталь для смещения частей анода к сепаратору выполнена в виде электропроводящей пружинящей ленты 16, изогнутой соответствующим образом для придания ей уплощенной эллиптической формы, и имеет выступающий конец 17. При аведении пружинящей ленты 16 в корпус плечи 18 и 19 электропроводящей ленты прижимаются друг к другу и вдвигаются в щель, образукяцуюся вдоль оси между двумя поддерживающи1 Ф1 пластинами деталей анода (фиг. 1 и 2). Электропроводящая пружинящая лента 16 упруго смещает обе детали 7 и 10 анода через поддерживающие пластины 14 и 15 таким образом, чтобы обеспечнть равномерное и непрерывное давление при соприкосновении с внутренней стенкой деталей анода. Конец 17 пружинящей ленты 16 выступает над уровнем деталей 7 и 10 анода. Диск 20 из электроизоляционного материала имеет центральное отверстие 21, через которое проходит выступающий конец 17 пружинящей ленты 16 над диском. Конец 17 приваривают к крышке, состоящей из двух частей 22 и 23, тем самьгм обеспечивая возможность использования крьш1ки в качестве анодного отрицательного зажима элемента Перед тем, как элемент закрывается, электролит или катодный деполяризатор может быть введен в полость 13, откуда может проникать через анод, сепаратор и катодный коллектор. Кро ме того, сепаратор может быть предва рительно пропитан электролитом до установки в источник тока. Диск 20 из изоляционного материа ла имеет периферическую отбортовку располагаемую между крышкой 22 и верхней внутренней частью стенки корпуса 1, которая служит для запай ки элемента по обычной технологии обжима. Вариант выполнения анода показан на фиг..3. Анод 25 состоит из трех деталей: первой дугообразной детали 26, второй дугообразной детали 27 и третьей дугообразной детали 28, угловой размер каждой из которых составляет vl2;)°. Продольные плоские концевые фаски дугообразных деталей 26, 27 и 28 противостоят друг другу и мeжjD y указанными деталями образуется полость 29, проходящая в осевом направлении. Таким образом, когда анод, состоящий из трех частей, устанавливают в корпусе совместно с деталью 30 в виде свернутой пружины, вводимой в осевую полость 29, деталь 30 упруго смещает дугообразные детали анода в направлении сепаратора 3, который, в свою очередь, соприкасается с катодным коллектором 2, чем обеспечивается сохранение хорошего физического контакта между элементами. Пример . Предлагаемый химический источник тока, содержащий в качестве деполяризатора одномолярньй раствор LiAlCl4 в SOjClj, разряжают через нагрузку 88 Ом до напряжения 2,5 в. Полученные данные приведены в таблице. Как свидетельствуют испытания, предлагаемьй источник тока обеспечивает получение высокой плотности энергии и высокую степень использования лития.

ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА, содержащий цршиндрический корпус, ка5т-r Vhu/ тодный коллектор, пористый сепаратор, расположенный внутри катодного коллектора и имеющий с ним поверхностный контакт,катодный деполяризатор, жидкий электролит, расходуемый анод, выполненный по крайней мереиз двух частей и расположенный внут и сепаратора, и деталь для смещения частей анода к сепаратору, расположенную между частями анода, отличающийся тем, что, с целью повышения электрохимических характеристик, части анода вьтолнены дугообразными и по внутренней поверхности контактируют с деталью для смещения частей анода к сепаратору через поддерживающие пластины, а деполяризатор взят О) в жидком состоянии. 17 23 gt № 2 202

1,58

203

8,18 209 1,31 8,41

3,51

81,3 3,54 83,9

19

30

10

12

PU8. 3