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invention
Fédération de Russie Patent RU2187178

sources de courant chimiques SOLIDES

sources de courant chimiques SOLIDES

Nom de l'inventeur:. Potanine AA; Vedeneev NI
Le nom du titulaire du brevet: Centre nucléaire fédéral russe - Institut russe de recherche de physique expérimentale
Adresse pour la correspondance: 607190, région de Nijni - Novgorod, Sarov, Mira, 37, RFNC - VNIIEF, OPINTI, A.A.Kimachevu ..
Date de début du brevet: 05.10.1999

L'invention concerne l'ingénierie électrique, en particulier aux sources d'énergie chimique à l'état solide, et peut être utilisé dans la production de sources de courant primaire et secondaire. La source de courant chimique à l'état solide selon l'invention contient une anode à base de plomb, une cathode, l'électrolyte à base de fluorure d'argent et faite d'un composé à base de fluorure de métal de terres rares ftorionoprovodyaschego, comme le trifluorure de lanthane. En outre, l'électrolyte peut comprendre un fluorure de métal alcalino-terreux tel que le baryum et le difluorure (ou) un fluorure de métal alcalin tel que le fluorure de potassium ou le fluorure de lithium. La source de courant chimique à l'état solide selon l'invention assure la stabilité dans deux modes différents, à la fois source de courant primaire et secondaire à une augmentation de l'intensité énergétique de 4-8 fois par source de courant secondaire a faible quantité d'auto-décharge qui fournit une augmentation de la durée de conservation de l'énergie électrique; est une augmentation des caractéristiques générales de l'alimentation.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention concerne l' ingénierie électrique, en particulier aux sources d'énergie chimique à l' état solide, et peut être utilisé en tant que source de courant primaire et secondaire.

À l'état solide connu source de courant chimique [1], dans lequel l'anode est constituée d'une rare métal du groupe des métaux terreux tels que le lanthane, une cathode constituée d'un composé conducteur d'ions fluorure, tel que le trifluorure de bismuth et le fluorure de potassium additif d'oxyde métallique. Le composé de l'électrolyte utilisé à ftorionoprovodyaschee sur la base du fluorure de métal de terres rares, par exemple avec l'addition de lanthane, trifluorure de baryum difluorure.

Cette source de courant peut fonctionner de façon chimique dans une plage de température jusqu'à 500 ° C. Elle est caractérisée par une valeur d'intensité énergétique élevée [1].

Cependant, il ne peut être utilisé comme source d'énergie primaire, ce qui diminue considérablement le domaine d'utilisation pratique de la source de courant.

Le plus proche de la source de courant revendiquée est connue à l'état solide source de courant chimique [2], dans lequel l'anode est en plomb, la cathode - de fluorure d'argent et l'électrolyte est une composition polycristalline constituée de fluorure de plomb avec l'additif de fluorure de potassium. En utilisant la paire d'électrodes de plomb - fluorure d'argent dans la batterie ftorionnyh se caractérise par une forte réversibilité du processus d'électrodes, 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 pile est caractérisée par une faible consommation d'énergie. En effet, lorsque la charge de la batterie se produit du fluorure d'anode de l'électrolyse et l'électrolyse de plomb et l'électrolyte solide est constitué 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 une source de courant chimique à l'état solide [2] La capacité électrique de 0,65 mAh. Un dispositif similaire pour un état solide source de courant [3] La capacité électrique de la source d'alimentation est de 0,3 mAh. L'augmentation de la capacité du dispositif ne peut être obtenue en augmentant la taille, ce qui est pas toujours admissible et justifiable, étant donné que les sources de courant dans ce cas ont de faibles caractéristiques spécifiques.

En outre, des inconvénients importants de la source de courant connue [2] a un problème de sécurité de longue énergie électrique lorsqu'il est utilisé dans un mode de réalisation de la batterie. Ce problème est dû au fait que la source de courant de charge peut modifier la composition chimique de l'électrolyte en raison de l'électrolyse de l'électrolyte. Le métal formé dans l'électrolyte contribue un élément important à la valeur e de l'électrolyte la conductivité électrique. Ce changement, à son tour, conduit à la source de courant d'auto-décharge, qui est, pour réduire la préservation de l'énergie électrique ou inadaptation à la source de courant.

L'objet de la présente invention est d'augmenter la consommation d'énergie et augmenter la durée de conservation de l'énergie électrique en raison de la réduction de l'auto-décharge source de courant lorsqu'il fonctionne en mode batterie.

Le résultat technique obtenu par l'invention est le suivant:

- Possibilité de source de courant opération chimique à la fois le mode primaire et un mode secondaire;

- Une augmentation significative de la capacité d'alimentation électrique lorsqu'il est utilisé dans un mode secondaire, ce qui signifie en mode batterie (4-8 fois);

- La réduction de la valeur de l'auto-décharge source de courant et augmenter ainsi la durée de conservation de l'énergie électrique.

- Augmenter les caractéristiques générales de l'alimentation.

Pour résoudre ce problème et obtenir ledit résultat technique dans une source de courant connue à l'état solide chimique comportant une cathode à base de plomb de l'anode sur la base du fluorure d'argent et un électrolyte en composés ftorionoprovodyaschego de l'invention comme ftorionoprovodyaschego composé qu'elle contient au moins un fluorure de métal de terre rare. Le fluorure de métal de terres rares peut être utilisé trifluorure de lanthane. En outre, l'électrolyte peut comprendre un fluorure de métal alcalino-terreux tel que le baryum et le difluorure (ou) un fluorure de métal alcalin tel que le fluorure de potassium ou le fluorure de lithium.

La présente invention répond au critère de la «nouveauté» parce que l'analyse comparative du prototype a montré qu'il a les caractéristiques.

Lors de la vérification de la solution technique pour répondre aux critères «activité inventive» trouvée dans le brevet russe 2136083 [1] décrit l'utilisation d'un électrolyte solide une ftorionoprovodyaschego source de courant d'un composé contenant un fluorure de métal de terre rare. Cependant, dans le dispositif connu ne fournit pas un résultat technique, ce qui est atteint par l'invention revendiquée. mode de source chimique connue ne fonctionne que dans le primaire et la source de courant selon l'invention fonctionne soit la source de courant primaire et secondaire, et donc élevées caractéristiques obtenues pendant le fonctionnement par l'énergie dans la source de courant secondaire.

Sur la base de cette analyse, on peut conclure selon la solution technique selon le critère "de l'activité inventive".

Dans la source de courant est une matière solide selon les métaux des terres rares à base de fluorure de ftorionny électrolyte conducteur, caractérisé par une conductivité élevée et une faible conductivité ionique du fluor électronique. Introduction des fluorures de métaux des terres rares, des métaux alcalino-terreux difluorures conduit à une conductivité ionique plus élevée, et l'introduction supplémentaire d'alcali fluorures métalliques ftorionnoy peut en outre améliorer la conductivité. En utilisant des électrodes réversibles - l'anode et du fluorure à base d'argent à base de plomb de la cathode, et en plaçant entre l'électrolyte solide constitué d'un composé solide de fluorure de terres rares à base ftorionoprovodyaschego, le dispositif est réalisé selon la source de courant. Cette source de courant peut être utilisée comme dans le mode de réalisation de la source de courant primaire et secondaire dans le mode de réalisation.

Lors de la charge de la source revendiquée, qui est, lorsqu'il est utilisé dans le mode de réalisation secondaire, l'électrolyse se produit seulement une anode composée principalement de fluorure de plomb. La couche d'électrolyte solide constitué d'un composé solide ftorionoprovodyaschego sur la base du fluorure de métal de terre rare ne soit pas soumise à une électrolyse dans une large gamme de tensions de charge.

Il en résulte que la stabilité de l'électrolyte solide selon la source de courant a une capacité plus élevée par rapport à l'art antérieur (voir le tableau. 1). En utilisant une source de courant de l'électrolyte sous la forme d'un composé de fluorure de terres rares à base de ftorionoprovodyaschego solide fournit non seulement la stabilité chimique de l'électrolyte à une source de courant de charge, mais aussi la conservation des propriétés physiques du matériau. En particulier, la faible valeur enregistrée conductivité électronique. Sans changer le fluorure de terres rares à base de composition chimique ftorionoprovodyaschie composés solides ont une conductivité électronique au niveau de 1 × 10 -8 -1 × 10 -7-1 cm -1 Ce niveau de conductivité électronique assure courant faible auto-décharge de la source revendiquée et en conséquence élevée la sécurité de l'énergie électrique.

Ainsi, l'utilisation de la source de courant d'électrolyte selon ftorionoprovodyaschego un composé solide à base de fluorure de métal de terre rare permet d'améliorer ces caractéristiques et d'élargir considérablement le champ d'utilisation pratique en tant que source d'énergie dans le mode primaire et un mode secondaire, ce qui signifie dans le mode de la batterie. Ainsi, on observe une augmentation significative de la consommation d'énergie de la source de courant, la réduction de la quantité d'auto-décharge et une plus grande durée de conservation énergie électrique lorsqu'il est utilisé en mode batterie.

sources de courant chimiques SOLIDES

Le dessin montre un schéma de la source de courant à l'état solide revendiqué. Il est installé en contact trois couches:

1 - métallique à base de plomb de l'anode,

2 - électrolyte solide ftorionoprovodyaschy comprenant au moins un fluorure de métal de terres rares,

3 - cathode solide à base de fluorure d'argent.

PRINCIPE DE L'ALIMENTATION PROPOSE EST PROCHAIN

La source de courant revendiquée par l'action d'une paire d'électrodes de plomb CEM fluorure d'argent par la fermeture d'un circuit de transfert d'ions de fluor externe se produit à la cathode, l'électrolyte solide, suivie d'une réaction de l'ion fluorure d'anode au plomb et à la formation du fluorure de plomb. En même temps, en raison de la stabilité chimique de l'électrolyte solide ne subit aucune modification, ce qui assure la stabilité des caractéristiques de décharge pour l'utilisation de la source d'alimentation comme revendiqué primaire.

La source d'alimentation et revendiquée pouvant fonctionner dans la source de courant secondaire, soit la batterie. Lorsqu'il est appliqué à la source de tension de polarité inverse externe à la valeur supérieure de la FEM se produit la charge source de courant stable. Dans ce cas, l'électrolyse de l'anode se produit fluorure de plomb. L'ion fluorure résultante passe à la couche anodique, suivie d'une phase solide diffuse électrolyte ftorionnoprovodyaschego contenant au moins un fluorure de métal de terres rares, suivie d'une réaction avec de l'argent dans la cathode pour former du fluorure d'argent et de la transition d'un électron dans un circuit de charge externe. Etant donné que l'électrolyte est nettement supérieure à la résistance chimique du fluorure de plomb, en particulier, a un potentiel de décomposition significativement plus élevée, l'électrolyte dans la charge ne modifie pas leur composition chimique et de conserver leurs propriétés électriques: ftorionnuyu conductivité élevée et une faible conductivité électronique. Par conséquent, le processus est réalisé la charge stable source de courant inventive et sa performance dans la source de courant secondaire. Dans ce cas, la résistance de l'électrolyte dans la source d'alimentation selon l'invention lors de l'utilisation à la fois primaire et secondaire détermine la haute sécurité de l'énergie électrique en raison de la faible auto-décharge.

Pour confirmer le critère "applicabilité industrielle" ont été fabriquées prototypes de la source de courant à l'état solide selon la forme d'éléments en sandwich:

- Anode - additifs à base de plomb avec fluorure de plomb et de fluorure de potassium;

- Electrolyte - sur la base de l'ajout de fluorure de lanthane, le fluorure de baryum;

- Cathode - à base de fluorure d'argent.

Pour comparer les performances de l'art antérieur et selon la source de courant et des échantillons ont été fabriqués de source de courant pilote - prototype comme éléments sandwich:

- Anode - additifs à base de plomb avec fluorure de plomb et de fluorure de potassium;

- Electrolyte - à base de fluorure de plomb et de fluorure de potassium;

- Cathode - à base de fluorure d'argent.

les sources d'énergie de charge-décharge par conduction revendiqué dispositifs d'essai et dispositifs prototypes dans les mêmes conditions d'essai et les dimensions des sources ont permis une comparaison de la capacité d'alimentation électrique (voir. Table).

À la suite de ces tests, il a été constaté que la source demandée est supérieure à un prototype de capacité électrique par 4-8 fois, alors augmenté de façon significative les caractéristiques spécifiques d'un volume unitaire; et donc l'amélioration des caractéristiques dimensionnelles de la source de courant. Dans la source selon l'électrolyte solide en cours n'a pas changé leurs propriétés lorsque les cycles de charge-décharge, fournissant une auto-décharge à basse et à la sécurité de l'énergie électrique. Dans la source de courant suivant peut être utilisé trifluorures électrolytes à base d'autres métaux des terres rares, en particulier le trifluorure de cérium. La similitude des propriétés chimiques des conducteurs ioniques solides à base de leur permet de résoudre le problème et obtenir ledit résultat technique lors de l'utilisation ftorionoprovodyaschego composé solide à base de différents fluorures de métaux des terres rares.

Un avantage important de l'alimentation selon l'invention est que l'électrolyte est un composé solide ftorionoprovodyaschego sur la base de terre rare du fluorure de métal est significativement supérieure à l'électrolyte de résistance à la chaleur sous la forme d'un composé solide à base de fluorure de plomb. Si un composé de fluorure de métal de terres rares dans la source d'alimentation selon l' invention est thermiquement stable jusqu'à 1500 ° C, le composé de fluorure à base de plomb, utilisé dans l'art antérieur, la thermiquement stable jusqu'à 400 à 600 ° C. Ce fait distingue la source de courant selon que le plus thermiquement stable et sûre en le fonctionnement.

SOURCES D'INFORMATION

1. RF brevet 2,136,083, H 01 M 6/18, publ. BI, 24, 1999.

2. Le brevet britannique 1.524.126, 6 H 01 M / 18,10 / 36, publ. 06/09/78 (prototype).

3. RF brevet 1,804,252, H 01 M 4/22, publ. BI 6 1995.

REVENDICATIONS

1. Solid-state produit chimique source de courant constituée d'une anode à base de plomb, la cathode, contenant du fluorure d'argent, et un électrolyte en composés ftorionoprovodyaschego dans lequel ftorionoprovodyaschego car elle contient le composé de fluorure de métal rare de la terre.

2. La source de courant chimique à l'état solide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluorure de métal de terre rare, car il contient du trifluorure de lanthane.

3. La source de courant chimique à l'état solide selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'électrolyte contient en outre au moins un fluorure de métal alcalino-terreux.

4. La source de courant chimique à l'état solide selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'électrolyte contient en outre un fluorure de métal alcalin.

5. La source de courant chimique à l'état solide selon la revendication 3, caractérisé en ce qu 'en tant qu'électrolyte un fluorure de métal alcalino-terreux comprend du fluorure de baryum.

6. La source de courant chimique à l'état solide selon la revendication 4, caractérisé en ce qu 'en tant qu'électrolyte un fluorure de métal alcalin comprend du fluorure de potassium ou le fluorure de lithium.

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Date de publication 18.03.2007gg