Химический источник тока Советский патент 1981 года по МПК H01M10/39 

Изобретение относится if химически источникам тока, в частности источникам тока, работанщим при повьшенны температурах с расплавленным металли ческим отрицательным сепаратором. Известен натрий - серный источник тока, в котором между отрицательньм токовым коллектором и сепаратором располсжен слой натрийсодержащих солейНаиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является химический источник тока, в котором твердый непористьй ионопроводящий сепаратор ра деляет положительный и отрицательшяй отсеки, а отрицательный отсек содержит область с расплавленным металлом и промежуточную область, смежную с сепаратором и содержащую расплавляемый металл и/или расплавляемую соль металла или ее раствор .2. Однако у этих источников тока очень высокие плотности тока. Цель изобретения - ограничение плотности тока. Для этого в предложенном источнике тока в отрицательном отсеке между областью, содержащей металл, и промежуточной областью установлен твердый непористый ионопроводящий электролит, в частности, из натрийсодержащего -глинозема. На фиг. i изображен предлагаемый источник тока; на фиг. 2 - то же, вариант исполнения. Источник содержит отрицательный I и положителышй 2 отсеки, разделенные непо{жсть 1 твердьм ионопроводящим сепаратором 3. Отрицательнь1й отсек содержит область с металлом 4 и промежуточную область 5, разделенные твердым иепористм ионопроводящим злектролитом 6. Устройство представляет собой две электрохимические системы, соединенные последовательно и состоящие с одного конца из цепи: отрицательное активное вещество - твердый электролит промежуточная среда, с другого конца из цепи: промежуточная среда твердый сепаратор - положительное ак тивное вещество. Общим звеном для об их электрохимических систем является промежуточная среда. Во время работы устройства масса композицииj составляющей промежуточную среду, не изменяется при прохождении потока ионов металла между отсеками 1 и 2, поскольку ввиду эффекта постоянства тока в промежуточную область 5 через одну из граничных поверхностей 6 и 3 проникает столько же ионов, скольк их уходит из указанной промежуточной среды через граничную поверхност 6 или 3. В этих условиях площадь поверхности остается неизменной, и при заданном общем токе плотность тока через сепаратор зависит только от площади сепаратора, при этом электрическое сопротивление всего устрой ства практически не изменяется во время его работы, несмотря на измене ние площади электролита. Соответстве но достаточно определить минимальное значение площади электролита такое, чтобы плотность тока, проходящего через электролит, не превыщала бы некоторое предварительно установленное значение. Оно может быть достаточно высоким, например, в случае натрийсодержащих глиноземов Ь и j может достигать 1500 мА/см поверхности сепаратора. Поверхности 3 и 6 могут быть плоскими или цилиндрическими. Толщина сепаратора 3 предпочтительно должна равняться толщине электролита 6. Интервал е между поверхностями 6 и 3 предпочтительно , мал с целью уменьшения мертвого веса устройства, например, 0,5 мм. Устройство работает следующим образом, В начале разрядного цикла уровень натрия в отрицательном отсеке представлен линией А (фиг, 2) расположенной на расстоянии LУровень пентасульфида натрия в положительном отсеке аналогичным образом представлен линией В, а уро вень промежуточной области представлен линией С. Линии.А и С могут быть, например, практически на одно и том же расстоянии L от дна. Лини В расположена на расстоянии Н от дн причем Н меньше, чем L и равна при :мерно 4,3 см. В начале разрядного цикла So, 26,5 см , 6 94 В процессе разряда во внепшей цепи, соединенной с клеммами Р и N протекают следующие процессы. Уровень натрия в отрицательном отсеке постепенно понижается, достигая в конце разрядного цикла линии А, расположенной на расстоянии L от дна. Уровень С остается постоянным; - уровень положительного активного вещества в положительном отсеке повышается, достигая в конце разрядного процесса уровня В, расположенного на расстоянии L от дна,что приблизительно соответствует общей внутренней высоте отрицательного и положительного отсеков; это положительное активное вещество состоит из смеси полисульфидов натрия, состав которых к концу разряда близок к формуле Ма2,5, (трисульфид натрия); - во время разряда, которое составляет минимум 45 мин, величина тока во внешней цепи не превьшает 5 А, таким образом, плотность потока ионов натрия, проникающих в сепаратор и равная « - , не пре.2 . вьшает 200 мА/см ; при этих условиях облегчается работа положительного отсека; плотность потока ионов i,-3ol/S(, проникающих в электролит, приблнзитель но равна 260 мА/см в начале разрядного цикла; плотность этого потока постепенно растет, достигая в конце разрядного цикла значения, примерно равного 1300 мА/см . Промежуточная область может состоять из расплавов солей натрия,, например, тетрахлоралюмината натрия или смеси тетрахлоралюмината натрия и хлористого натрия, или из растворов солей натрия, например одной или нескольких солей галогенов, в растворе в органической жидкости, например в пропиленкарбонате, N, N-диметилформамиде или их смесях. Следует отметить, что один из вариантов предусматривает использование, натрия в растворе, например в гексаметилфосфотриамиде, в качестве отрицательного активного вещества в отрицательном отсеке , Использование различных растворов этого типа позволяет снизить рабочую температуру генератора. Положительное активное вещество может состоять из серы, полисульфидов натрия, и из любого другого вещества, служащего акцептором электронов, например такого как соли металлов, в частности галогениды переходных металлов. Изобретение.относится также и к

случаю, в котором в качестве отрицательного активного вещества, кроме натрия, используется по крайней мере еще один металл.

В предлагаемом устройстве используется 80% теоретической емкости и повышается надежность работы.

Формула изобретения

1. Химический источник тока, содержащий твердый непористый ионопроводящий сепаратор, который разделяет положительный и отрицательный отсеки, а отрицательный отсек содержит область с металлом, расплавляемым при рабочей температуре, и промежуточную область, смежную с сепаратором и содержащую

металл, расплавляемый при рабочей температуре и/шш расплавляемую соль металла или ее раствор, отличающийся тем, что, с целью ограничения плотности тока, в отрицательном отсеке между областью,.сосодержащей металл, и промежуточной областью установлен твердый непористый ионопроводящий электролит.

2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что, в качестве злектролита взят натрийсодержащий |Ь-глинозем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 555468, кл. Н 01 М 10/38, 1975.

2.Патент Велибритании № 1456073, кл. Н 01 М 10/39, 1976.

Н- 2