Химический источник тока Советский патент 1984 года по МПК H01M4/60 

Изобретение относится к источнику тока с органическим электролитом. Известен химический источник тока, содержащий органический катод, растворенный в двуокиси серыми литиевый анод ij . Однако температурный режим.работ этого источника весьма ограничен, поскольку температура кипения растворителя (80) равна - и такой элемент может работать лишь при низ ких температурах или при более высо ких температурах под давлением.Тако температурный режим работы требует сложной технологии изготовления эле мента и специальных условий его хра нения, при этом во избежание взрыва элемента требуется установка в элементе дополнительного устройства. П скольку в известном вариа-нте источника тока используется SO, , которая во многих химических реакциях выступает в качестве восстановителя, это приводит к весьма ограниченному выбору катодов (окислителей), рбла-дающих высоким окислительным потенциалом. Кроме того, двуокись серы реагирует с металлическим литием, что уменьшает срок хранения источника тока. . , Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является источник .тока, содержащий органический катод растворенный в органическом электро лите и литиевый анод 2 . Однако органические комплексы,используемые в этом источнике тока, плохо растворимы в органических эле тролитах. ЭДС такого источника тока 2,98-3,26 В. Этот источник тока не перезаряжаем. Цель - изобретения - повышение ЭДС источника тока. Для этого в предлагаемом источнике тока в качестве катода взят стабильный катион-радикал,аромати-. ческрго амина или гетероциклического соединения или стабильный электронейтральный радикал ароматического кислород-.или азотсодержащего соединения. В качестве катода можно использовать катион-радикал тритолиламина или феназина или электронейтральный радикал феноксила, или дифенилтикрил гидразила. Для обеспечения перезаряжаемости предлагаемого источника тока в качестве анода взят стабильный анинрадикал ароматического соединения, например нафталина, растворимый в органическом электролите. Кроме высоких окислительно-восстановительных свойств для эффективного использования в обратимых источ никак тока свободные радикалы должны обладать достаточной стабильностью (т.е. долгим временем жизни) по крайней мере в течение нескольких лет. Этим требованиям в качестве катодных материалов удовлетворяют: стабильные катион-радикалы ряда парафенилендиамина, трифениламина, феназина, фентиазина, тиантрена и др электронейтральные замещенные феноксильные, дифенилпикрилгидразильные, трифенилметильные, трифенилвердазильные, нитросильные и др. радикалы, а в качестве анодных материалов - стабильные анион-радикалы нафталина, антрацена,бензпирена бензофенола и др.ароматических углеводородов. Источник тока разделен на катодное и анодное пространства полупроницаемой перегородкой ,обладающей свойством свободно пропускать неорганичес кие ионы электролита и лолностью задерживать свободные радикалы.В катодном и анодном простран1.:тве находится один и тот же электролит,состоящий из неорганического растворителя и диссоциированной в. нем неорганической соли. В анодном пространстве растворен радикал-восстановитель, а в катодном радикал-окислитель. Токосъем осуществляется при помощи химически инертных к радикалу-восстановителю и к радикалу-окислителй металлических или графитовых электродов, погруженных в раствор катодного и анодного пространства.Токообразующей реакцией при работе такого элемента является окисление радикала-восстановителя (А ) радикалом-окислителем (R) или (К-). A- R4RHA+RiR®), где А - анион-радикал; R - катион-радикал; R. - эл.ектронейтральный радикал. Заряд источника протекает по обратной реакции: в анодном пространстве происходит восстановление электронейтральной молекулы А «.. а в катодном - окисление электронейтральной молекулы или аниона R R Проведенные физико-химические исследования показали, что процесс разряда и заряда такого источника тока связан только с переносом электрона, не вызывающего дальнейших необратимых химических превращений рабочих веществ, а образующиеся при этом частицы обладают исключительной стабильностью, причемрегенераЦия частиц Токообразующей реакции

протекает количественно. В силу этого такой источник тока,основанный на окислительно-восстановительных превращениях свободных радикалов,способен выдерживать неограниченно большое число зарядно-разрядных циклов. Поскольку в таком источнике тока компоненты (свободные радикалы) токо образующей реакции полностью растворены в электролите, то не требу- ется специальной технологии приготовления твердых электродов из

окислителя или восстановителя, а процесс разряда-заряда не связан с электрохимическим формированием и электрокристаллиэацией твердых электродов и, следовательно, не влияет на изменение площади и объема электродов.

t

В таблице приведены примеры выпол-: Jнeния обратимых источников тока, ос-/. нованных на окислительно-восстановительных реакциях свободных радикалов.

1.ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА, содержащий органический катод,растворенный в органическом электролите, и анод, отличающийся тем, что, с целью повышения ЭДС,цикличности, в качестве катода взят стабильный катион-радикал ароматического амина или гетероциклического соединения, стабильный электронейтральный радикал .ароматического кислород- или азотосодержащего соединения. 2,Химический источник тока по п.1 отличающийся тем, что в качестве катода взят катион-радикал тритолиламина-. 3.Химический источник тока по П.1, отличающийся тем, что . в качестве катода взят катионрадикал феназина. 4.Химический источник тока по П.1, отличающийся, тем, что в качестве катода взят электронейтральный радикал феноксила. 5.Химический источник тока по П.1, отличающийся тем, что в качестве катода взят электронейтральный радикал дифенилпикрилгидразила. 6.Химический источник тока по i П.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения перезаряСЛ жаемости, в качестве анода взят стабильный анион-радикал ароматического соединения, растворенный в органическом электролите. 7,Химический истОчни.к тока по пп.Диб, отличающийся « Од тем, что в качестве анода взят анион-радикал нафталина. СО СО

Примечание ТГФ - тетрагидрофура:н