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invention
Fédération de Russie Patent RU2295178

SOLIDE SECONDAIRE SOURCE DE COURANT

SOLIDE SECONDAIRE SOURCE DE COURANT

Nom de l'inventeur: Potanine Aleksandr Abramovich
Le nom du titulaire du brevet: Limited Liability Company "système de batterie à haute énergie" (OOO "= VEB")
Adresse pour la correspondance: 607189, région de Nijni - Novgorod, Sarov Str.. Silkin, 5, kv.40, Ltd. AA "= VEB" Potanine
Date de début du brevet: 21.04.2005

L'invention concerne le domaine du génie électrique, à savoir les sources d'énergie électrochimiques secondaires (batteries). Selon l'invention, une source de courant secondaire à l'état solide est constitué d'une anode d'un métal ou alliage métallique, dont la fluoration conduit à un fluorure ou des fluorures avec une forte formation isobare potentiel de l'électrolyte sous la forme d'un conducteur de fluor ionique à l'état solide avec une haute conductivité électronique ionique et faible et une cathode sous la forme d' fluorure ou d'une solution solide de fluorure à faible isobornyle potentiel de formation, l'anode et la cathode sont réversibles par rapport aux ions de fluor à des tensions inférieures à la tension de solide décomposition de l'électrolyte et l'anode, l'électrolyte et la cathode contiennent dans leur composition d'au moins un composant qui empêche la destruction de la batterie à l'état solide cycles de charge-décharge. Le résultat technique de l'invention est d'améliorer les caractéristiques énergétiques spécifiques des batteries secondaires et la conservation à long terme de l'énergie électrique.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention concerne le domaine du génie électrique, à savoir la source d'énergie électrochimique secondaire (batteries), principalement dont l'utilisation des dispositifs électroniques et microélectroniques dans les systèmes de télécommunication et les ordinateurs portables, les véhicules électriques et d' autres équipements, pour lesquels l'opération nécessaire à haute énergie et des sources sûres d'énergie électrochimiques secondaires ( batteries) avec une faible auto-décharge.

Un niveau prometteur pour ces applications plus larges peut être considéré comme les paramètres suivants des batteries secondaires:

  • La consommation spécifique d'énergie de 500 Wh / kg,
  • La densité de l'énergie électrique de 600 Wh / l,
  • Le nombre de cycles de charge / décharge autour de 1000,
  • L'auto-décharge de 1-3% par an.

Afin d' atteindre les plus hautes caractéristiques d'énergie spécifiques de sources d'énergie électrochimique mise en oeuvre sont le plus favorable de la réaction en cours de formation avec le cation le plus électropositif Li + et (ou) avec l'anion plus électronégatif F -.

En même temps, des sources électrochimiques de haute énergie spécifique de paramètres d'urgence devient le problème de la sécurité des sources de courant. Selon les / 1 / au niveau des sources chimiques de densité d'énergie de la perspective de courant de 500 à 1000 Wh / dm3 respectivement 1,8-3,6 kJ / cm 3 est déjà comparable à celle du niveau d'énergie de la transformation explosive des explosifs, tels que le TNT (6,7 kJ / cm 3). A cet égard, dans le groupe des sources électrochimiques avec des paramètres spécifiques d'énergie élevée sont des sources de courant les plus prometteuses à l'état solide, dans laquelle l'anode, l'électrolyte et la cathode sont solides et en phase solide de courant produisant des réactions est réalisé avec la phase solide stable en tant que cathode et l'anode lors de la charge et de décharge. Dans ce sens, le coffre-fort et à forte intensité énergétique stand le plus solide ftorionnye sources de courant sur la base des conducteurs ioniques solides d'ions de fluor / 1 /. Pour large bande et des solutions solides de fluorures avec fluorures dopants sont caractérisés par une forte mobilité des ions de fluor et de fluor respectivement une conductivité ionique élevée dans la phase solide. En même temps, il existe une corrélation avec la mobilité des paramètres de maille d'anions / 2 /.

composés divalents , tels que MF 2 (M = Ca, Sr, Ba, Cd et Pb) avec un nombre de coordination cationique de 8 - fluorites.

composés divalents , tels que MF 2 (M = Mg, Mn et Zn) composé avec un nombre de coordination de 6 - rutile.

composé trivalents MF 2, où M = Al, Se et In; M = Y, Gd, et Bi; M = La appartiennent au type déformée ReO 3, YF 3 et tapez tisonitnogo structures de type, respectivement, avec les numéros de coordination de cations 6, 9 et 11, respectivement.

le fluorure de lithium a la structure de coordination hexagonale avec NaCl. du zirconium et du THF Tetroftorid 4 sont nombre de coordination cationique égal à 8, et se réfèrent à la structure de ZrO 4.

Ainsi, le nombre de flyuaritnye tisonitnye structure et la coordination cationique, 8, 9 et 11 ont une grande mobilité des ions fluor et cationiques polarisabilité avec l'augmentation de l'augmentation de la conductivité anionique est observée, tout en augmentant le rayon cationique - réduction.

L'utilisation de ces ou d'autres conducteurs solides du fluor-ion connus à un large groupe de sources d'énergie brevetés.

Les sources connues à l'état solide de courant sur la base des conducteurs ioniques solides de fluorure, qui peut charger et les processus de décharge, qui est, dans une certaine mesure, ils peuvent être attribués à des sources de courant secondaire. En particulier, ce qui suit est une composition dans les sources de courant / actualisation / 3 qui, dans l'état déchargé:

  • C / PbF 2 (avec addition de KF) / Ag,
  • Pb / PbF 2 (avec addition de KF) / Ag,
  • Pb / PbF 2 (avec addition de KF) / Cu,
  • C / PbF 2 (avec addition de KF) / Cu,
  • C / PbF 2 (avec addition de KF) / C

et chargé de ce qui suit:

  • Pb / PbF 2 (avec addition de KF) / AgF / Ag,
  • Pb / PbF 2 (avec addition de KF) / CuF 2 / Cu,
  • Pb / PbF 2 (avec addition de KF) / PbF 2 / C

Dans ces sources d'énergie est une composition électrolyte solide polycristallin constitué de fluorure de plomb avec l'additif de fluorure de potassium. En utilisant la paire d'électrodes de plomb - fluorure d'argent dans des batteries secondaires est caractérisée par la réversibilité des procédés d'électrode, ce qui permet son utilisation en tant que primaire et une source secondaire d'énergie. Cependant, la source d'énergie lorsqu'elle est utilisée dans le mode de réalisation du secondaire, qui, dans le mode de réalisation, la batterie a une faible consommation d'énergie. En effet, lorsque la charge de la batterie est formée d'anode en plomb par électrolyse de l'électrolyte solide et est constituée de fluorure de plomb, ce qui conduit à la destruction de la couche d'électrolyte. En conséquence, la source secondaire dudit dispositif peut être réalisé lorsque la faible capacité de charge de cycle de charge et en conséquence l'alimentation a une faible capacité. Par exemple, dans un état solide source de courant / 3 / capacité électrique chimique est -0.65 mAh. L'augmentation de la capacité du dispositif ne peut être obtenue en augmentant la taille, ce qui est pas toujours acceptable et justifié, comme sources de courant dans ce cas ont une très faible caractéristiques spécifiques. En particulier, à partir des données / 3 / caractéristiques de cellules de batterie secondaires galvaniques (capacité électrique de 0,65 mAh, d' un diamètre de 15 mm, d' une épaisseur d'environ 1 mm, la masse volumique moyenne d'environ 8 g / cm 3 et une tension de décharge d'environ 1 V), la consommation d'énergie spécifique est 0 45 Wh / kg et la densité d'énergie de 3,6 Wh / l. Ainsi, si le mouvement réel dans la conception de la batterie, ces paramètres sont réduits de 30 à 50%. Ainsi, comme proposé dans le / 3 /, les batteries secondaires solides ont des réglages très faible puissance. Par exemple, une batterie au nickel-cadmium, le niveau de ces paramètres est de 70 Wh / kg et 120 Wh / l, et pour une lithium-ion - 130 Wh / kg et 300 Wh / l.

Dans la source d'alimentation proposé dans / 4 /, il est possible d'augmenter légèrement les caractéristiques spécifiques de l'énergie et approcher le niveau de batteries au nickel-cadmium. Ceci est réalisé en ce que la source d'alimentation breveté constitué d'une anode à base de plomb, la cathode contenant du fluorure d'argent et d' électrolyte de fluorure conducteur d' ions, qui consiste en un fluorure de métal de terres rares, tels que LaF 3, du fluorure de métal alcalin, par exemple BaF 2 et le fluorure de métal alcalin, par exemple KF ou LiF, plus profonde se produit l' électrolyse de PbF 2 couches dans l'anode pendant la charge , car l'électrolyte est chimiquement plus stable et ne se décompose pas à la tension de charge. A partir des caractéristiques de la cellule (capacité électrique de 80 mAh, d' un diamètre de 20 mm, épaisseur 1 mm, la masse volumique moyenne d'environ 7 g / cm 3 et une tension de décharge d'environ 1 V) indiquée dans / 4 /, la consommation d'énergie spécifique d'éléments galvaniques est de 35 W · h / kg et 250 Wh / litre et la batterie 20, respectivement, à prévoir Wh / kg et 130 Wh / litre. Ceci est un assez faible caractéristiques pour les applications potentiels.

Ces sources de courant bien connus sont caractérisés par une faible consommation d'énergie en raison de la faible consommation d'énergie de l'interaction de l'anode avec du fluorure de plomb. Théoriquement, l'énergie d'interaction entre le conducteur d'anode avec du fluor correspond à 219 Ah / kg anode ou de 26,5 Ah / dm 3 et l'anode , les sources de courant ont une faible valeur de 1,2 à 1,3 (OCV) de la tension de circuit ouvert B.

En outre, le dispositif mentionné des sources de courant à l'état solide secondaires ne sont pas résolus les problèmes qui se posent dans les structures d'anode et de la cathode, mais aussi au niveau des interfaces anode / électrolyte et de cathode / électrolyte pendant le flux de processus de charge et de décharge. Ces problèmes découlent du fait que , pour la réaction anodique pendant la charge PbF 2 + 2e - <-> 2F - + Pb en raison de la différence dans la densité de PbF 2 et Pb quantité de solides diminue de phase de 37% (pendant la décharge augmente, respectivement), et pour la cathode, par exemple, à une charge de Ag + 2F - <-> AgF 2 + 2e - la quantité de phase solide augmente de 110% (lorsque la décharge est réduite en conséquence). Pour les procédés en phase solide de tels changements sont très critiques et peuvent entraîner même avec quelques cycles de charge-décharge à la destruction de la source de courant, de sorte que leur référence à un groupe de sources d'énergie secondaire dans une grande mesure est conditionnelle.

Ainsi, les sources connues ci-dessus à l'état solide de courant qui peut être mis en œuvre comme une charge et de décharge, présentent les inconvénients suivants:

- Faible caractéristiques énergétiques spécifiques qui empêchent l'utilisation de sources de courant pour ces segments de marché que les dispositifs électroniques et microélectroniques dans les systèmes de télécommunication et les ordinateurs portables, les véhicules électriques et d'autres équipements, pour lesquels l'opération nécessaire à haute énergie et des sources électrochimiques secondaires sûres d'alimentation (batteries);

- Les sources actuelles ne permettent pas de mettre en œuvre un grand nombre de cycles de charge-décharge, parce que leur dispositif ne résout pas le problème de la résistance mécanique de la cellule lorsque la densité du matériau de changement d'anode dans les réactions de cathode et en phase solide au cours des cycles de charge-décharge.

Pour augmenter les caractéristiques énergétiques spécifiques des sources de courant à l'état solide à base de solides conducteurs de fluor-ion est nécessaire d'utiliser une réaction à courant élevé produisant impliquant des ions fluor.

La plupart des caractéristiques de haute puissance pour les batteries de fluor-ion à l'état solide sont présentés dans / 1 /. Ces résultats ont été obtenus expérimentalement qui répondent aux critères de faisabilité de batteries ion fluorure à l'état solide avec une densité énergétique très élevée. Le niveau atteint des caractéristiques spécifiques de l'énergie répondent le niveau nécessaire de source de courant selon secondaire à l'état solide dispositif de source de sorte courant connu de / 1 /, considéré comme le plus intime et choisi comme un prototype.

Le dispositif connu batterie à l'état solide suivant / 1 /:

1) à l'état solide du fluor ionique de la cellule électrochimique, qui est une structure en céramique multicouche et est constituée d'une anode solide, l'électrolyte et la cathode;

2) une anode solide - sur la base d'un métal ou d'un alliage, dont la fluoration conduit à un fluorure avec un potentiel de formation isobares élevée et une conductivité élevée du fluor-ion;

3) une cathode solide - fluorure de métal résistant ou d'une solution solide de fluorure avec une conductivité élevée d'ions fluorure et un faible potentiel isobarique;

4) un électrolyte solide - fluorure de métal résistant ou d'une solution solide de fluorure avec une conductivité élevée d'ions fluorure et une faible conductivité électronique.

Un tel bloc d'alimentation à l'état solide permet de réaliser avec la décharge de la source de courant à haute énergie en phase solide de courant produisant une réaction avec des ions fluorure. Avec la fermeture du circuit extérieur des ions F - diffusée par phase solide du conducteur ionique solide constituant la base de la cathode, l'électrolyte solide. L'interaction en phase solide subséquente de l'ion fluorure du métal de l'anode conduit à la formation de l'anion fluorure avec une grande mobilité et le transfert d'électrons à un circuit externe. Ainsi, lors de la décharge de la région d'anode métallique adjacente à la couche d'électrolyte est fluoré pour former un conducteur ionique solide et ne bloque pas la poursuite du processus de décharge.

En tant que réalisation concrète d'un tel dispositif d'une telle source d'énergie connue qui suit les performances du dispositif. L'électrolyte est une cellule à l' état solide du fluor ionique utilisé des solutions solides de fluorure LAF 3 -BaF 2 et 3 CeF 2 -SRF contenant BaF 2 et 2 SZF environ 6% (mol.).

Dans cet appareil de source d'alimentation a la forme d'(anode / électrolyte / cathode):

  • La / LaF 3 -BaF 2/3 BiF -KF,
  • La / 3 -BaF 2 LaF / PbF 2 -KF,
  • Ce / -SRF CeF 32/3 BiF -KF,
  • Ce / CeF3 -SRF 2 / PbF 2 -KF.

Lorsque la décharge de la source d'énergie électrochimique comme La / LaF 3 -BaF 2/3 BiF -KF suite de réactions:

A l'anode: La + 3F - ---> LaF 3 + 3e -

A la cathode: BiF 3 + 3e - -> Bi + 3F -.

Dans le cas de l' utilisation du PbF 2 de la cathode ont -KF la réaction cathodique de base suivante:

La mise en œuvre de ces transformations chimiques pris en charge par des valeurs thermodynamiques calculées appropriées et les valeurs expérimentales de la FEM tension en circuit ouvert de la source de courant.

La consommation d'énergie spécifique de ces sources d'alimentation est augmentée par l' introduction dans la cathode , sur la base des solutions solides BiF 3 ou PbF 2 rangées d'oxydes métalliques: CuO, V 2 O 5, MnO 3, Ag 2 O, PbO 2 [5, 6]. Dans ce cas, la source de courant de décharge est réalisée dans la couche de cathode en outre exothermique de la réaction d'oxydo-réduction pour former un produit en phase solide.

En particulier, l'anode et la cathode:

A l'anode: 2La + 6F - -6e - -> 2LaF3,

A la cathode:

La réaction globale qui détermine la source de courant de force contre-électromotrice est donnée par:

Les caractéristiques spécifiques de l'énergie des sources d'énergie connues sous la forme d'une seule cellule galvanique sont présentés dans le tableau 1.

tableau 1

Caractéristiques énergétiques du électrochimique La / LaF 3 -BaF 2/3 BiF -KF-introduit dans la cathode CuO

(Température de sortie de 550 ° C, i = 100 mA / cm 2, la tension de fonctionnement pouvant atteindre 2)
Le contenu de la cathode, de CuO,% (en poids). courant chimique spécifique capacité de la source La densité d'énergie de la cellule électrochimique
Ah / kg Ah / dm 3 Wh / kg Wh / dm 3
0 57 323 125 710
1 85 464 197 1120
10 65 366 155 878
20 38 210 91 569
30 33 185 80 449

Ces sources de courant à l'état solide avec des paramètres énergétiques spécifiques élevés présentent les inconvénients suivants:

Ces sources se réfèrent uniquement à la batterie principale. Dans leur dispositif décrit ci-dessus ne définit que les exigences requises pour le déroulement du processus d'évacuation, lorsque la force électromotrice sous l'action de l'ion fluorure est transférée de la cathode par la diffusion en phase solide à travers l'électrolyte à l'anode, où la réaction de l'anode se produit. Ceci ne concerne que les sources d'énergie primaires. Cyclisme traite la caractéristique de charge / décharge de la batterie secondaire dans une telle source, il est impossible de mettre en œuvre pour les raisons suivantes:

1. Si, après le rejet de ces sources d'énergie tentent de produire une charge dans la période initiale de charge du fluorure de matériau électrolyse de l'anode peut avoir lieu à la formation de structures filamenteuses fluorures en phase solide à conduction électronique dirigées vers la couche d'électrolyte. Ces structures appelées dendrites et leur formation est déterminée par l'hétérogénéité de la conductivité ionique de la couche d'anode. Cette situation est commune à tous les processus à l'état solide. Lorsque vous approchez ces dendrites à l'électrolyte commence l'électrolyse de la couche d'électrolyte, et après avoir atteint dendrites de la cathode couche la source de courant soit échoue ou est mis en œuvre très faible capacité de charge (quelques pour cent de la décharge) et les caractéristiques de l'énergie spécifique élevée, résultant des principaux rejets de sources d'énergie, sont pratiquement inaccessibles .

2. Étant donné que ces sources de courant à l'état solide classiques avec des paramètres énergétiques spécifiques élevés ne sont que primaire, le dispositif des problèmes non résolus de la préservation de la résistance mécanique des sources à l'état solide, en particulier l'anode, la cathode, et les interfaces anode / électrolyte et cathode / électrolyte pendant l'écoulement processus de charge et de décharge dans les sources de courant à l'état solide. Par exemple, pour la réaction anodique 2La + 6F - -6e - ->32LaF pendant le volume de décharge de la phase solide augmente de 31%, et pour la réaction cathodique réduit de 37%. Pour les sources de courant primaire connus / 1 /, ce problème ne se produit pas quand un cycle de décharge, de sorte qu'une source de courant connus ont été testés uniquement à une température élevée et des contraintes mécaniques se détendre dans des conditions plus favorables. Pour les procédés en phase solide dans la mise en œuvre des cycles de charge-décharge de tels changements sont très critiques et conduire même à l'aube de quelques cycles, la décharge à la destruction de l'alimentation à l'état solide.

La présente invention est de fournir une matière solide, la source de courant secondaire en toute sécurité avec des caractéristiques spécifiques d'énergie élevée et un grand nombre de cycles de charge-décharge.

Le résultat technique est obtenu en utilisant la source secondaire de l'invention à l'état solide de courant, est la suivante:

- Réalisation des caractéristiques énergétiques spécifiques élevées de batteries secondaires à un niveau de 500 Wh / kg et 600 Wh / l, en assurant la sécurité de l'utilisation de ces batteries;

- La réalisation du nombre de cycles de charge / décharge avant 1000 et

- Haute sécurité de l'énergie électrique dans la source de puissance due à l'auto-décharge très faible à un niveau de 1-3% par an.

Pour réaliser cette tâche et le résultat technique, à savoir le dispositif de source de courant à l'état solide secondaire avec des caractéristiques énergétiques spécifiques élevées, caractéristiques de son dispositif;

1. Une source de courant à l'état solide est constitué d'une anode (An 0) un métal ou un alliage métallique dont la fluoruration conduit à un fluorure ou des fluorures d'un potentiel de formation de haut isobare, d' un électrolyte sous la forme d'un conducteur du fluor ionique à l' état solide ayant une conductivité d'électrons de faible et une cathode (KTF 0) sous la forme d'une solution solide de fluorure ou fluorures avec un faible potentiel de formation isobares en réaction cathodique pendant la décharge KTF 0 + e - -> f - + Kt 'et l'anode pendant la décharge un 0+ f - -> An'F + e - selon l'invention, l'anode et la cathode sont réversibles par rapport aux ions de fluor de la réaction cathodique pendant la charge-décharge: Kt 0F x + Xe - <---> XF - + Kt ' et l'anode pendant la charge-décharge Un 0+ XF - <- -> An'F x + Xe - à des tensions inférieures à la tension de décomposition solide d'électrolyte et l' anode, l' électrolyte et la cathode contiennent dans leur composition au moins un composant qui empêche la destruction de la batterie à l' état solide au cours des cycles de charge-décharge.

2. Pour obtenir des caractéristiques spécifiques d'énergie élevée et en même temps la sécurité de la source de courant à l'état solide selon basé sur les conducteurs ioniques solides du fluor sont mis en oeuvre à haute énergie en phase solide de courant anodique et produisant des réactions cathodiques.

Pour ce faire:

Anodique déchargée source de courant peut être réalisée en métal Li, K, Na, Sr, Ba, Ca, Mg, Al, Ce, La ou leurs alliages ou leurs alliages avec du Pb, Cu, Bi, Cd, Zn, co, Ni, Cr, Sn, Sb, Fe, et dans un état chargé, respectivement, de la source de courant de fluorures.

L'électrolyte solide peut être faite:

  • de fluorures La, Ce ou des fluorures de composés à base de leur contenant en outre un fluorure ou des fluorures de métaux alcalino-terreux (CaF 2 SrF 2, BaF 2) et (ou) des fluorures de métaux alcalins (LiF, KF, NaF) et (ou) les chlorures de métaux alcalins (LiCl, KCl, NaCl),
  • ou peut être constitué d'un complexe de fluorure sur la base d'alcalino - terreux fluorures métalliques (CaF 2, SrF 2, BaF 2), contenant en outre des fluorures ou des métaux (s) des terres rares et les fluorures de métaux alcalins (LiF, KF, NaF),
  • ou il peut être basé sur PbF 2 contenant SrF 2, BaF ou 2, ou CaF 2, ou SnF2 et l' additif KF
  • ou il peut être basé sur deux BiF contenant SrF 2, BaF ou 2, ou CaF 2, ou SnF2 et KF additif.

La cathode, qui à l'état chargé de la source d'alimentation peut être faite d' un simple fluorure: MnF 2, MnF 3, TaF 5, NdF 5, VF 3, VF 5, CuF, CuF 2, AGF, 2, BiF 3, PbF 4 PbF 4, CdF 2, ZnF 2, CoF 2, CoF 3, NiF 2, CrF 3, CrF 3, CrF 5, GaF 3, InF 2, InF 3, GEF 2,SnF2, SNF 4, SbF 3, MoF 5 WF 5, du graphite fluoré ou leurs alliages ou leurs mélanges, et la source de courant déchargé de Mn, Ta, Nd, VF, Cu, Ag , Bi, Pb, Cd, Zn, Co, ni, Cr, Ga, in, Ge, Sn, Sb, Mo, W, du graphite, ou leurs alliages ou de mélanges de ceux-ci.

Le tableau 2 montre les valeurs calculées des paramètres d'énergie des batteries ion fluorure à l'état solide avec différentes compositions de la cathode et l'anode.

Les calculs ont été obtenus à partir de ce qui suit:

Pour simplifiée en phase solide type de réaction électrochimique de courant produisant le courant circulant dans la source, où

Anode: métal - Me

L'électrolyte est: un conducteur solide d'ions fluor ayant une conductivité électronique faible;

fluorure de métal -: Cathode ; et les réactions aux électrodes sont de la forme:

L'anode: z · Me + y · F - -> Me z F y + y · e -

cathode:

E - Tension système électrochimique, ou une force électromotrice d'un système électrochimique (EDS) ont été calculées selon l'équation (1):

où n - le nombre total d'électrons qui participent à la réaction potentsialoobrazuyuschey; le numéro de Faraday (F = 96485 C / mol) - F; - Gibbs changement d'énergie de la réaction, calculée à partir de l'équation de Gibbs-Helmholtz (2):

où - Changement de l'enthalpie et l'entropie de la réaction à la température T, respectivement

W - l'intensité énergétique, qui est l'énergie électrique de la décharge par unité de poids (Wh / kg) (3):

où E - EMF, le Cm - la capacité électrique spécifique (Ah / kg), calculée à partir de · Y · F où - Le nombre de moles de substance active (mole) au - nombre d'électrons participant à la réaction anodique, F - numéro de Faraday (F = 96485 C / mol ou 26,8 Ah / mol).

W - La quantité volumétrique spécifique d'énergie électrique (densité de puissance électrique), qui est l'énergie électrique de la décharge par unité de volume de source de courant (Wh / dm3) (4):

où V - le volume global de la source de courant, dm 3.

Le tableau 2 présente la comparaison en tant que paramètres décrits précédemment connus source de courant avec une anode en plomb et une cathode de AgF.

D'après les résultats présentés dans le tableau 2, il en résulte que la source de courant selon l'état solide secondaire offert par les compositions d'anode et de cathode peut obtenir des caractéristiques de très haute énergie spécifique.

3. Dispositif d'anode solide est réversible par rapport aux ions de fluor et l' anode permet une réponse en phase solide réversible (sous forme de résumé: Un 0+ XF - <---> An'F x + Xe -), dont la forme réduite du matériau anodique Un 0 a une conductivité électronique élevée, dont la fluoration conduit à la formation de fluorure An'F x avec une haute conductivité d'ions fluor en phase solide; ou pour assurer la diffusion des ions de fluor à la matière anodique (An 0+ XF -) et libérer des électrons dans un circuit de source d'alimentation externe (An'F x + Xe -) matériau en outre anodique contient des additifs nécessaires pour assurer la réaction réversible ionique et électronique conductivité.

4. Le dispositif de cathode solide est réversible par rapport aux ions de fluor et la cathode permet une réaction en phase solide réversible (sous forme de résumé: Kt 0F x + Xe - <---> XF - + Kt '), dont la forme réduite du matériau cathodique Kt' a haute conductivité électronique, de la phase contenant du fluor solide Kt 0 F x a une conductivité élevée d'ions de fluor, ou pour la diffusion d'ions fluorure dans le matériau de cathode (XF - + Kt ') et la fourniture d'électrons à partir du circuit externe de la source de courant (kT 0Fx + Xe -) cathode matériau contient en outre des additifs nécessaires pour assurer une réaction réversible en tant que cathode ionique et une conductivité électronique.

5. L'appareil d'électrolyte solide permet de réaliser une haute conductivité des ions de fluor en phase solide à conductivité électronique très faible ou quasiment absent. Solide tension électrolytique de décomposition pendant le processus de charge doit être supérieure à la tension d'électrolyse en phase solide de la forme oxydée d'un matériau anodique. Ceci est réalisé par l'optimisation de la composition chimique de l'électrolyte solide ou (ii) d'autres additifs dans les matériaux d'électrolyte ayant une conductivité électronique faible ou pratiquement absentes qui augmentent la tension de décomposition de l'électrolyte.

6. Le dispositif à l'état solide source de courant secondaire comprend un composant ou des composants qui font partie de l'anode, électrolyte et cathode et empêchent la destruction de la batterie à l'état solide en raison de contraintes mécaniques au cours des cycles de charge-décharge supplémentaire.

Le tableau 3 montre la variation du volume de l'anode et de la cathode au cours des cycles de charge-décharge de certaines sources de courant à l'état solide d'un certain nombre énoncées au paragraphe 2 ci-dessus.

Ces résultats montrent que la source de courant secondaire à l'état solide dans les cycles de charge-décharge se produit et que les variations de volume de l'anode de la cathode, ce qui provoque des contraintes mécaniques dans l'anode, la cathode et à l'interface anode / électrolyte et électrolyte / cathode. L'introduction du composant ou des composants supplémentaires permettent de durcir la structure de la source de courant. Le ou les composants peuvent être constitués de polymères tels que les polymères fluorés peuvent être constitués de conducteurs ioniques, ou (et) des lunettes.

L'efficacité de la source de courant secondaire à l'état solide revendiqué est comme suit:

Lorsque la source de courant de décharge est réalisée à haute énergie de courant formant une réaction en phase solide avec des ions fluorure: la fermeture du circuit extérieur à la frontière du collecteur / cathode des électrons entrants courant initiées sous l'influence d'intérieur diffusion des champs électromagnétiques des ions F - dans la phase de cathode solide , avec la formation de la forme réduite de la cathode, puis , après le transfert par diffusion d'ions fluorure sur l'électrolyte solide et leur transfert vers la zone de l'anode se produit à l'anode solide interaction état d'ions de fluor avec l'anode et la formation de fluorure (de forme oxydée de l'anode) avec transfert ultérieur d'électrons à un circuit externe.

Lorsque la source de courant de charge sous l'influence d'un champ électrique externe sur les électrodes réversibles - l'anode et la cathode, - les procédés suivants. Sous l'influence d'un champ électrique en phase solide électrolyse externe se produit oxydé sous forme de l'anode par diffusion ultérieure des ions de fluor à travers l'électrolyte et la cathode récupérée fluoruration transition de phase d'électrons dans le circuit externe. Le dispositif selon la source de courant à l'état solide secondaire permet à ce processus pour parvenir à un résultat technique, les caractéristiques énergétiques spécifiques à savoir élevé de batteries secondaires avec un grand nombre de cycles de charge / décharge à un niveau pour assurer la sécurité de leur utilisation et de la conservation à long terme de l'énergie électrique.

en utilisant Références

1. Potanine AA «La source de courant chimique à l'état solide en fonction du type d'ion fluorure conducteur lanthane». Ros. Chem. J. (F .. Ros. Chem. Vol. Il. Mendeleïev) en 2001, t.45, №5-6, str.58-63. (Prototype).

2. SSPrasad. deffect structures conductrices et les anions des électrolytes solides. Dans le livre, Manuel pp550-552.

3. Le brevet britannique №1524126, H 01 M 6/18, 10/36, publ. 6.9.78.

4. RF brevet №2187178 H 01 M 6/18, 10/36, publ. 08.10.02.

5. RF brevet №2136083, H 01 M 6/18, publ. BI №24 1999

6. US Patent №6,379,841 B1, H 01 M 4/58, 30.04.02.

REVENDICATIONS

1. Solid-state source de courant secondaire, constitué d'une anode, d'un alliage métallique ou d'un métal dont la fluoruration conduit à un fluorure ou des fluorures d'un potentiel de formation isobare élevée, un électrolyte sous la forme d'un conducteur de fluor ionique à l'état solide ayant une conductivité ionique élevée et une faible électronique et de la cathode en sous forme de fluorure ou d'une solution solide de fluorure ayant un faible potentiel de formation isobare, caractérisé en ce que l'anode et la cathode sont réversibles par rapport aux ions de fluor à des tensions inférieures à la tension de solide décomposition de l'électrolyte et l'anode, l'électrolyte et la cathode contiennent dans leur composition d'au moins un composant, empêcher la destruction de la batterie à l'état solide au cours des cycles de charge-décharge.

2. La source de courant à l'état solide secondaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matériaux d'anode et de cathode sont choisies parmi les conditions de la réaction cathodique réversible pendant la charge-décharge: KtFx 0+ Xe - <---> XF - + Kt ', et l' anode réversible réaction pendant la charge-décharge: Un 0+ XF - <---> An'F x + Xe -, où An et KTF 0x0 - désignation du matériau d'anode et le matériau de cathode sous forme de fluorure chargée source d'alimentation; Et An'F x Kt 'respective déchargée, e -, F - - ions de fluor et d' électrons , respectivement; X - le nombre de porteurs de charge.

3. La source de courant secondaire à l'état solide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réversibilité de l'anode et de la cathode est en outre fournie, y compris leur structure ftorionnyh conducteurs solides ayant une conductivité ionique élevée.

4. La source de courant secondaire à l'état solide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réversibilité de l'anode et de la cathode est pourvue comprenant en outre la structure de conducteurs solides à haute conductivité électronique.

5. La source de courant à l'état solide secondaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'anode est déchargée dans une source de courant formée d'un métal Li, K, Na, Sr, Ba, Ca, Mg, Al, Ce, La, ou leurs alliages, ou des alliages de ces métaux Pb, Cu, Bi, Cd, Zn, Co, ni, Cr, Sn, Sb, Fe, et dans un état chargé, respectivement, de la source de courant de fluorures.

6. La source solide secondaire d'état de courant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la cathode à l'état chargé de la source de courant est constituée de fluorure: MnF 2, MnF 3, TaF 5, NdF 5, VF 3, VF 5, CuF, CuF 2, AGF, 2 BiF 3, de PbF 2, de PbF 4, le CdF 2, ZnF 2, CoF 2, CoF 3, NiF 2 CrF 2 CrF 3, CrF 5, de CaF 3, InF 2, InF 3, GEF 2, SnF 2, SnF 4, du SbF 3, MoF 5, WF 5, le graphite fluoré, ou leurs alliages ou leurs mélanges, et la source de courant déchargé de Mn, Ta, Nd, VF, Cu, Ag , Bi, Pb, Cd , Zn, Co, ni, Cr, Ga, In, Ge, Sn, Sb, Mo, W, du graphite, ou leurs alliages ou leurs mélanges.

7. La source de courant à l'état solide secondaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrolyte solide est constitué de fluorures La, Ce ou des fluorures composés à base de leur contenant en outre du fluorure ou alcalino - terreux , des fluorures métalliques (CaF 2, SrF 2, BaF 2), et (ou) des sels alcalins des fluorures métalliques (LiF, KF, NaF) et (ou) les chlorures de métaux alcalins (LiCl, KCl, NaCl).

8. La source de courant à l'état solide secondaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrolyte solide est constitué de fluorures complexes basés sur des fluorures alcalino-terreux (CaF 2, SrF 2, BaF 2), contenant en outre des terres rares fluorures de métaux et (ou) des fluorures de métaux alcalins (LiF, KF, NaF) et (ou) les chlorures de métaux alcalins (LiCl, KCl, NaCl).

9. La source de courant secondaire à l'état solide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrolyte solide est constitué de fluorures sur la base de PbF 2 contenant SrF 2, BaF ou 2, ou CaF 2, ou SnF2 et KF additif.

10. La source de courant secondaire à l'état solide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrolyte solide est constituée à base de fluorures contenant BiF 3 SrF 2, BaF ou 2, ou CaF 2, ou SnF2 et l' additif KF.

11. La source de courant secondaire à l'état solide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrolyte solide est constitué d'un mélange de deux ou plusieurs supports solides électrolytes.

12. La source de courant à l'état solide secondaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que des composants qui empêchent la destruction de la batterie à l'état solide au cours des cycles de charge-décharge utilisées matériaux polymères sont chimiquement stables par rapport au contenu de l'électrolyte dans la cathode et l'anode de cycles de charge-décharge.

13. La source de courant secondaire à l'état solide selon la revendication 12, caractérisé en ce que le matériau polymère est chimiquement stable par rapport aux matériaux de l'anode et de la cathode au cours des cycles de charge-décharge de polymères fluorés sélectionnés ou des mélanges de ceux-ci.

14. La deuxième source de courant à l'état solide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu 'en tant que composants qui empêchent la destruction de la batterie à l'état solide pendant les cycles de charge-décharge sélectionnées ftorionnye conducteurs solides.

15. La deuxième source de courant à l'état solide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu 'en tant que composant qui empêche la destruction de la batterie à l'état solide pendant les cycles de charge-décharge, le matériau solide est choisi ftorionnogo conducteur comme l'électrolyte utilisé dans la batterie.

16. Le secondaire état solide source de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que des composants qui empêchent la destruction de la batterie à l'état solide au cours des cycles de charge-décharge, verre choisi ou des matériaux analogues au verre.

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Date de publication 17.03.2007gg