Способ изготовления химического источника тока Советский патент 1991 года по МПК H01M10/39 

Изобретение относится к электротехнике и касается способа изготовления химического источника тока.

Цель изобретения - повышение степени перезарядки.

Способ осуществляют следующим образом.

В катодное отделение, отделенное от анодного твердым проводником ионов щелочного металла анода или молекулярным ситом с сорбированным щелочным металлом анода, помещают электролит из галогеналюмината щелочного металла анода, галогенид щелочного металла анода, активное катодное вещество на основе переходного металла Т, выбранного из группы, содержащей Fe, Nl. Co. Сг, Мп их смеси, и

алюминий. Причем соотношение между электролитом и галоидом щелочного металла такое, что после зарядки молярное соотношение между галогенидом алюминия и щелочным металлом 1:1, что обеспечивает минимальную растворимость в электролите катодного вещества. Нагревают до температуры расплавления электролита и щелочного металла анода и заряжают.

При этом катодное вещество галоидиру- ется и образуется щелочной металл по реакции

2MHaf + + THal2, где М - щелочной металл;

Hal - галоид.

Щелочной металл через разделитель проходит в анодную камеру. Присутствующип R клтодном отделении алюминий ЕППИ- модейстпауш с га;югенидом щелочного металла анода

4МНа + А1-3 М + MAIHaU

Таким образом, образуются дополни- тельный щелочной металл и электролит.

Избыточный щелочной металл также проходит через разделитель. Он обеспечивает стойкость к перезаряду, поскольку в анодной камере остается щелочной ме- талл.

В результате реализации предложенного способа изготовлен в заряженном состоянии химический источник тока, в котором при рабочей температуре в анод- ном отделении находится расплавленный щелочной металл, а в катодном - электронопроводящая матрица, пропитанная расплавленным электролитом из га- логеналюмината щелочного металла с диспергированным в ней катодным веществом на основе переходного металла, выбранного из группы, содержащей Fe, Ni, Co, Сг, Мп и их смеси. Катодное и анодное отделения разделены твердым проводником ионов щелочного металла анода, например, /J-глиноземом или молекулярным ситом с сорбированным щелочным металлом анода, например цеолитом.

Алюминий, вводимый в катодное отде- ление, может быть взят в металлической форме, в частности в порошковой. Катодное активное вещество представляет собой переходный металл, при этом алюминий может быть введен в виде сплава с переход- ным металлом катодного вещества, в частности, переходный металл может быть покрыт сплавом с алюминием. Часть алюминия может быть замещена цинком.

Щелочной металл может быть загружен в катодное отделение в металлической форме. В результате его реакции с расплавленным электролитом образуется галоид щелочного металла и алюминий. Щелочной металл может быть помещен в катодное от- деление путем пропитки пористого носителя.

Приготовление матрицы может включать спекание частиц, например порошков или волокон переходного металла, в восста- новительной атмосфере. Или, наоборот, приготовление матрицы может включать формование смеси частиц с органическим связующим, прессование из смеси единого блока и крекирование связующего посред- ством нагрева смеси под вакуумом при температуре свыше 400°С, которая является достаточной для пиролиза связующего. Например, карбид переходного металла можно смешивать с небольшим количеством

углеродобразующргп органического связующего, например фенолформальдегидной смолой. Из полученной смеси прессуют электрод, а смолу крекируют в вакууме при температуре свыше 600°С, которую выбирают для пиролиза связующего в проводящий углерод.

Включение NaCI и AI в матрицу можно осуществлять одновременно с формованием матрицы, при этом NaCI и AI в тонкоизмельченной форме диспергируют в порошковом материале, из которого формуют матрицу, до образования матрицы. NaCI и AI можно включать в матрицу посредством расплавления электролита и суспендирова- ния порошкового NaCI и AI в тонкоизмельченной форме в расплавленном электролите до пропитки электролитом матрицы, а затем осуществлять пропитку матрицы электролитом вместе с взвешенными NaCI и AI. Обработка матрицы может осуществляться посредством вакуумной пропитки ее электролитом в расплавленном состоянии.

Более предпочтительным является приготовление смеси путем смешения порошков NaCI, AI и переходного металла или их соединений.

Активное катодное вещество можно загружать в катодную камеру как промежуточное соединение переходного металла по меньшей мере с одним неметаллом из группы, состоящей из С, SI, В. N и AI.

Активное катодное вещество и галоид щелочного металла можно смешивать в порошковой форме для образования смеси, которую спекают для получения матрицы, проницаемой для электролита, и пропитывают расплавленным электролитом до ее загрузки в катодную камеру. Если алюминий присутствует в сыпучей форме, то он может составлять часть смеси, которая спекается.

Когда переходный металл присутствует в форме промежуточного соединения, то этим соединением может быть карбид, например карбид железа, хрома или марганца.

Щелочным металлом может быть натрий, а галоидом - хлор.

Алюминий, который вводят в катодное отделение сначала, должен быть расположен так, чтобы образующийся , не портил разделитель. Например, алюминий в форме тонких листов располагают на расстоянии от разделителя и электрически соединяют с токосборником катода.

Поскольку ячейка подвергается повторным циклам заряд - разряда, то избыточное содержание хлористого натрия, которое присутствует в катодном отделении в начаne, f)yw всегда обеспечивать достаточное количество натрия в анодном отделении для поддержания всей поверхности разделителя, покрытой натрием, даже когда ячейка перезаряжена.

Избыточный щелочной металл обеспечивает стойкость к перезаряду, поскольку в анодной камере остается щелочной металл.

Формула изобретения

1. Способ изготовления химического источника тока, содержащего в заряженном состоянии при рабочей температуре в анодном отделении расплавленный щелочной металл, а в катодном - электронопроводя- щую матрицу, пропитанную расплавленным электролитом из галогеналюмината щелочного металла с диспергированным в ней активным катодным веществом на основе переходного металла, выбранного из труп- пы, содержащей Fe, Ni, Co, Cr, Мп и их смеси, причем катодное и анодное отделения разделены твердым проводником ионов щелочного металла анода или молекулярным ситом с сорбированным щелочным металлом анода, заключающийся в том, что в катодное отделение, отделенное от анодного твердым проводником ионов щелочного металла анода или молекулярным ситом с сорбированным щелочным метал- лом анода, помещают электролит из галогеналюмината, щелочного металла, анода, галогенид- щелочного металла анода, активное катодное вещество на основе переходного металла, выбранного из группы, содержащей Fe, N1, Со, Сг, Мп и их смеси, нагревают до температуры расплавления электролита и щелочного металла анода и заряжают, в результате чего щелочной металл анода, образовавшийся при взаимо- действии галогенида щелочного металла с активным веществом катода, проходит через разделитель в анодное отделение, причем соотношение между электролитом и галоидом щелочного металла берут такое,

что после зарядки молярное ССЮТНОШШИР между галоидом щелочного металпз и i-т логенидом алюминия 1:1, а растворимость катодного вещества в электролите минимальная, отличающийся тем. что, с целью повышения степени перезарядки, в катодное отделение помещают алюминий, который взаимодействует с галоидом щелочного металла с образованием дополнительного электролита и дополнительного щелочного металла, который проходит через разделитель в анодное отделение.

2.Способ по п. 1, отличающийся тэм, что алюминий взят в металлической форме.

3.Способ по п. 2, отличающийся тем, что активное катодное вещество взято в виде переходного металла.

4.Способ по п. 2, отличающийся тем, что алюминий взят в порошковой форме.

5.Способ поп. 4, отличающийся тем, что переходный металл взят в виде сплава с алюминием.

6.Способ по п. 4, отличающийся тем, что переходный металл покрыт сплавом с алюминием.

7.Способ по пп, 1-6, отличающий- с я тем, что активное катодное вещество и галоид щелочного металла смешивают в порошковой форме для образования смеси, спекают для образования проницаемой для электролита матрицы, которую пропитывают расплавленным электролитом до загрузки в катодное отделение.

8.Способ по пп. 1-7, отличающий- с я тем, что щелочной металл загружают в катодное отделение в металлической форме и подвергают реакции с расплавленным электролитом для образования галоида щелочного металла и алюминия.

9.Способ по п. 8, отличающийся тем, что щелочной металл помещают в катодное отделение путем пропитки пористого носителя.

Изобретение относится к-электротехни- ке и касается способа изготовления химического источника тока. Цель изобретения - повышение степени перезаряжаемости. Предложенный способ заключается в том, что в катодное отделение, отделенное от анодного твердым электролитом, помещают электролит из галогеналюмината щелочного металла анода, галогенид щелочного металла анода, активное катодное вещество на основе переходного металла и алюминий, Нагревают до расплавления электролита и щелочного металла анода и заряжают. В результате алюминий взаимодействует с галоидом щелочного металла с образованием электролита и дополнительного щелочного металла, а гало генид щелочного металла взаимодействует по реакции заряда с активным веществйм катода с образованием щелочного металла. Щелочной металл из катодного отделения через распределитель проходит в анодное отделение. Избыточный щелочной металл обеспечивает стойкость к перезаряду, поскольку в анодной камере остается щелочной металл. 8 з.п. ф-лы.