Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные | Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения | Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела | |
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) |
Навигация: => | На главную/ Каталог патентов/ В раздел каталога/ Назад / |
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2044371
ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА
Имя изобретателя: Станьков В.Х.; Матаруев В.Н.
Имя патентообладателя: Кооперативный инновационный центр "Перспективные технологии"
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1993.04.22
Использование: газожидкостные химические источники тока для автономных систем энергопитания с ограниченным обслуживанием.
Сущность изобретения:устройство содержит газодиффузионный положительный электрод, выполненный из угля с гидрофобизированным запорным слоем, металлический отрицательный электрод с катализатором, выбранным из группы, включающей платину, палладий, родий, золото, серебро, никель, в особенности никель Ренея, и топливно-электролитную смесь, мас. глицерин 15 40; вода 30 50 и гидроксид калия 30 45. Этот источник тока имеет повышенные удельные электрические характеристики в диапазоне температур от -30 до +80°С.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве химических источников тока (ХИТ) с жидкими анодными реагентами.
Известен газожидкостный ХИТ, содержащий угольный платинированный воздушный электрод, топливный электрод и топливно-электролитную смесь, состоящую из 6Н раствора серной кислоты и метанола. Недостатком указанного ХИТ является наличие коррозионно-активного кислотного электролита и ограниченный температурный диапазон работы из-за высокой летучести метанола [1]
Из известных устройств наиболее близким по совокупности существенных признаков является газожидкостный ХИТ, содержащий пористый металлический положительный электрод, отрицательный металлический электрод покрытый слоем шероховатого платинированного никеля, и смесь щелочи с жидким топливом, в качестве которого могут использоваться метанол, формальдегид и гидразин [2] Недостатком данного ЗИТ является нестабильность электрических характеристик из-за отравления положительного электрода продуктами реакции. Кроме того, к недостаткам указанного ХИТ можно отнести токсичность используемого топлива.
Целью изобретения являетсясоздание газожидкостного ХИТ, обладающего улучшенными электрическими характеристиками и расширенными функциональными возможностями в части диапазона рабочих температур.
Цель достигается тем, что в
газожидкостном ХИТ, содержащем
положительный газодиффузионный и
жидкостный металлический электрод с
катализатором и топливно-электролитную
смесь, в качестве положительного электрода
используется угольный электрод с
гидрофобизированным запорным слоем, в
качестве катализатора жидкостного
отрицательного электрода используется
металл, выбранный из группы, содержащей
платину, палладий, родий, никель, золото и
серебро, а в качестве топливно-электролитной
смеси используется смесь глицерина, воды и
гидроокиси калия при следующем соотношении
компонентов, мас. Глицерин 15-40 Вода 30-50
Гидроокись калия 30-45
При этом металлический катализатор
используется в виде металла Ренея.
Новым в заявляемом ХИТ является использование угольного электрода с гидрофобизированным слоем, металлического электрода с катализатором-металлом Ренея из группы, содержащей платину, палладий, родий, никель, золото и серебро, в сочетании с глицериново-щелочной смесью, при содержании компонентов, мас. глицерин 15-40; вода 30-50 и гидроокись калия 30-45.
Сравнительный анализ с прототипом показал, что предложенное техническое решение обладает наличием новых составляющих (электроды, топливно-электролитная смесь). Таким образом, заявляемый ХИТ соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что сами по себе составляющие известны. Газодиффузионный угольный и жидкостный металлические электроды используются в других электрохимических системах, например в воздушно-цинковой (Электрохимическая энергетика. III Всесоюзная научная конференция. М. 1989, с.29), и жидкостном топливном элементе (Топливные элементы. / Некоторые вопросы науки и теории. М. Наука, 1964, с.148). Однако использование их в заявляемой электрохимической системе приводит к улучшению электрических характеристик и расширению функциональных возможностей, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".
Достигнутый технический результат может быть обеспечен лишь всей совокупностью существенных признаков и не является результатом простого суммирования свойств отдельных известных признаков, поскольку не проявляется при использовании любого из них в отдельности в известных решениях.
На фиг.1 схематично показан предлагаемый ХИТ; на фиг.2 представлена разрядная характеристика ХИТ при токе1 мА/см2в сравнении с прототипом.
ХИТ представляет собой корпус 1 "карманного
типа" с воздушными электродами 2, с
токоотводом 3, заполненный топливно-электролитной
смесью 4. Внутри корпуса размещается
отрицательный жидкостный электрод 5 с
токоотводом 6. При работе ХИТ на аноде
происходит взаимодействие глицерина с
гидроксильными ионами с образованием воды
и альдегидов и освобождением электронов, а
на катоде ионизированный кислород,
взаимодействуя с водой, образует
гидроксильные группы, которые диффундируют
к аноду. Токообразующая реакция имеет вид:
анод С3Н5(ОН)3 + 3ОН-_--> С3Н5О3 + 3Н2О + 3е-
катод 1,5О2 + 1,5Н2О + 3е- _--> 3ОН-
Образующаяся в результате реакции вода
накапливается в электролите, вызывая его
разбавление.
Выбор содержания гидроокиси калия 30-45 мас. и воды 30-50 мас. определяется, с одной стороны, пределом растворимости КОН при нормальной температуре, с другой стороны, тем, чтобы обеспечить длительную работоспособность и при этом в конце разряда концентрация электролита из-за разбавления не должна выходить за нижний рабочий предел. Нижний предел содержания глицерина в топливно-электролитной смеси определяется временем работы и нижним рабочим пределом концентрации электролита. Верхний предел ограничивается чрезмерной вязкостью смеси, затрудняющей диффузионные процессы в ХИТ и ограничивающей его электрические характеристики.
Использование на положительном электроде угольного электрода с гидрофобизированным запорным слоем обеспечивает стабильность характеристик ХИТ за счет инертности угля к глицерину, достаточной активности в реакции восстановления кислорода и предотвращения затопления активного слоя путем гидрофобизации. Активный слой обычно содержит смесь сажи, активированного угля и фторопластового связующего. Гидрофобизированный слой изготавливается путем напрессовывания на газовую сторону электрода фторопластовой пленки, либо нанесением фторопластовой эмульсии с последующей сушкой.
Отрицательный металлический электрод использует в качестве катализатора металл, выбранный из групп: платина, палладий, родий, никель, золото и серебро. Указанные катализаторы обладают достаточными активностью и стойкостью при рабочих условиях ХИТ. Катализатор используется в виде металла, черни или металла Ренея. Катализатор наносится на электрод химическим или электрохимическим осаждением или в смеси со связующим. Металлом Ренея называют порошок металла, полученный после выщелачивания сплава соответствующего катализатора с алюминием. Металлы Ренея обладают высокой удельной поверхностью и достаточной активностью в реакции окисления глицерина.
Исследовались характеристики экспериментального образца заявляемого ХИТ. В качестве положительных электродов использовались двухслойные угольные электроды с фторопластовым связующим и сетчатым никелевым токоотводом. Гидрофобный запорный слой наносился на газовую сторону электрода в виде концентрированной эмульсии фторопласта с последующей сушкой.
В качестве отрицательного электрода использовались спеченный электрод из никеля Ренея и химически платинированная никелевая сетка. В качестве топливно-электролитной смеси использовалась смесь, мас. глицерина 20; воды 40 и гидроокиси калия 40. ХИТ с никелевым анодом разряжался при плотности тока 1 мА/см2в течение более 200 ч. Типичная разрядная кривая в сравнении с прототипом приведена на фиг.2. ХИТ с платинированной сеткой допускал разряд при более высоких плотностях тока до 10 мА/см2. Разрядная кривая имеет аналогичный характер. Исследованиями установлено, что при окислении глицерина можно реализовать емкость 1 А ч/г. Удельная энергия заявляемого ХИТ оценивается в 60-80 Вт ч/кг в зависимости от назначения и используемых конструкционных материалов. Экспериментальный образец ХИТ испытывался в диапазоне температур от -30 до +80оС без нарушения работоспособности. С увеличением рабочей температуры удельные мощностные характеристики ХИТ возрастают.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
- ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА,
содержащий газодиффузионный
положительный электрод, металлический
отрицательный электрод с катализатором и
топливоэлектролитную смесь, включающую
гидроксид калия, воду и спирт,
отличающийся тем, что положительный
электрод выполнен из угля, запорный слой
которого гидрофобизирован, в качестве
катализатора отрицательного электрода
взят металл, выбранный из группы,
включающей платину, палладий, родий,
никель, золото и серебро, а в качестве
спирта в топливно-электролитной смеси
взят глицерин при следующем соотношении
компонентов, мас.
Глицерин 15 40
Вода 30 50
Гидроксид калия 30 45 - Источник тока по п.1, отличающийся тем, что никелевый катализатор отрицательного электрода выполнен из никеля Ренея.
Версия для печати
Дата публикации 10.12.2006гг
Created/Updated: 25.05.2018