Химические источники тока с литиевым электродом - Кедринский И.А.
Скачать (прямая ссылка):
147
146
WO ff 2 /30 t50 QyMiA »
Рис. 7.11. Разрядные кривые пуговичного элемента Li/Ag2Cr04 при 25° С
ется с помощью изолирующей втулки из стекловидного тела. Втулку приваривают к корпусу лазерной сваркой. По трубке в элемент подается электролит, после чего отверстие трубки запаивается. ЭДС элемента 3,35 В. Электролит—1 M раствор LiClO4 в смеси пропиленкарбонат'а и диметоксиэтана (3:7).
Элементы «пуговичной» конструкции диаметром 11,5 и высотой 5,3 мм при разряде с 3,0 до 2,0 В токами 0,5 и 1,0 мА' отдают соответственно 130 и 112 мА-ч. Разрядные кривые этих элементов представлены на рис. 7.11, где заметны две
площадки напряжения. Удельная энергия элементов этого типа 620—730 Вт-ч/л. Элемент обладает хорошей сохранностью: выдержка элементов в течение года при 20 и 45°С и в течение месяца при 1000C не выявила каких-либо изменений.
Разработано и запатентовано большое число электролитов для данной системы на основе различных растворителей и их смесей, например, пропиленкарбона-та, диоксана, тетрагидрофуранл и др. Электропроводными добавками служат перхлораты, тетрахлоралюминаты, тетра-фторбораты, гексафторарсенаты, гексафторфосфаты щелочных металлов.
Усовершенствованный элемент пуговичной конструкции [41, 42] содержит в качестве катода смесь хромата серебра и фосфата серебра в соотношении от 9: 1 до 1 : 1. Электролит LiAkF6 в метиловом эфире муравьиной кислоты. Такой элемент обеспечивает более высокое разрядное напряжение, чем ХИТ с одним хроматом серебра. Напряжение около З В сохраняется в течение более 400 часов работы. Элемент диаметром 11,4 и высотой 3, 9 мм при .нагрузке 40 кОм имеет удельную энергию 610 Вт-ч/л.
Коэффициент использования катодной массы можно повысить с 22 до 76% добавлением к, хромату серебра 12% металлического серебра [43].
С целью придания стойкости против коррозии катодную половину корпуса пуговичного элемента изготавливают из нержавеющей стали. При длительном хранении не наблюдалось следов коррозии.
В настоящее время фирма SAFT выпускает элементы сис-
148
темы литий-хромат серебра пуговичной конструкции диаметром 11,4; 21,0 и 35,5 мм [44]. Емкость при начальном напряжении 3,45 В составляла соответственно 120, 600 и 2400 мА-ч. .При разряде этого «пуговичного» элемента на сопротивление 30 кОм за 200 дней напряжение падает до 3,0 В. Удельная энергия при разряде до 3,0 В составляет 700 Вт-ч/л, срок службы — 6—8 лет.
7.6. Элемент на системе Li/CuS (литий-сульфид меди)
Система «литий-сульфид меди» с органическим электролитом имеет высокую теоретическую удельную энергию в. 1050 Вт-ч/кг и 2470 кВт-ч/м3,. ЭДС элемента равна 2,15 В. Сульфид меди достаточно электропроводен, что не требует добавления электропроводного вещества.
В нашей стране серийно выпускается первичный .элемент МЛ-2 [35]. Элемент на основе* системы «Li—CuS» разработан французской фирмой SAFT [45]. Катод в нем изготавливался из спеченной сернистой меди или пдстообразной CuS со связующим из фторопласта. Электролитом служил 1 M раствор LiClO4 в смеси растворителей —тетрагидрофурана и диметоксиэтана в соотношении 7:3. ЭДС элемента равнялся 2,15 В.
На рис. 7.12 указаны разрядные кривые элемента размера D (объем 55 см3, масса 95 г) при разряде на ДО; 5; 2,2 и 1 Ом. На рисунке отчетливо видны две площадки, соответствующие двум стадиям восстановления 4 сульфида меди (II) до металлической меди: 2 Li+2 CuS-> Cu2S+ Li2S, 2 Li + Cu2S ->2 Cu + Li2S. Сульфид меди .нерастворим в электролите, и это исключает нежелательные процессы потери емкости вследствие переноса металлической меди на анод и закорачивания элемента ее кристаллами. В табл. 7.4 приведены некоторые характеристики элементов с CuS- катодом размером D и С.
Фирма du Pont предложила конструкцию батареи на основе системы Li—CuS для применения в короткоразрядных йн-
- о
Рис. 7.12. Разрядные кривые элемента Li/CuS объемом 55 см3, массой 95 г при 25° С
149
Таблица 7,4
Характеристики элементов «Li— CuS»
Продол
Объем Масса ( Среднее житель-
элемента, элемен- ; напряже- ность
CM3 та, г ние, В работы, ч
55 95 1,65 68
26 54,5 1,60 22
Емкость,' А-ч
Удельная энергия
Вт ч/кг
11,2 6,6
195 195
Вт г ч/л
335 4Ї0
тенсивных режимах [46]. В батарее набор электродов помещают в корпус с общим электролитом. Для предупреждения образования короткого замыкания подвод электролита к каждой паре электродов осуществлен через узкие каналы. В процессе работы батареи продукты разряда осаждаются в каналах., способствуя ограничению диффузии и повышению меж элементного сопротивления через электролит. В качестве электролита используют раствор перхлората лития в тетра-гидрофуране с добавкой 1,3-диметок си этана. -
7,Уг Сравнительные характеристики литиевых источников тока
Удельная энергия. На рис. 7.13 представлены сравнительные разрядные характеристики литиевых источников тока LiZSOCl2, LiZ(SO)2, LiZMnO2, UIiCFx)^UICuS в. габаритах элементов размера «С» при токе 30 мА. Здесь же для сравнения нанесены разрядные характеристики тех же элементов, выполненных на традиционных электрохимических системах с цинковым анодом , и водными электролитами ZnZHgO1 ZnZMnO2 (щелочные), ZnZMnO2 (солевые). На рис. 7.14 .приведены графики изменения удельных параметров литиевых и традиционных источников тока в координатах «удельная объемная мощность — удельная объемная энергия» [21].
