close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12377

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 12377
(13) C1
(19)
H 01M 4/04
H 01M 4/58
ЖЕЛЕЗО-ЖЕЛЕЗОХЛОРИДНЫЙ ЭЛЕКТРОД
ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА
(21) Номер заявки: a 20071590
(22) 2007.12.21
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Новиков Владимир Прокофьевич; Ищенко Надежда Николаевна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(56) US 5019470 A, 1991.
SU 327712, 1972.
JP 2000164216 A, 2000.
BY 12377 C1 2009.10.30
(57)
Железо-железохлоридный электрод для химического источника тока со структурой из
пористого железа, пропитанного твердым безводным хлоридом железа, и находящейся в
электрическом контакте с токосъемником, отличающийся тем, что структура из пористого железа выполнена в виде волокон, ориентированных параллельно друг другу с расстоянием между волокнами 50-500 нм, имеющих поперечный размер 50-500 нм и
соединенных одним концом с токосъемником, другим - с поверхностью электрода.
Фиг. 1
Изобретение относится к перезаряжаемым химическим источникам тока, в частности
к химическим источникам, имеющим железохлоридный электрод (FeCl2 / Fe).
Натриевые аккумуляторы, имеющие железохлоридный электрод, обладают высокими
характеристиками: удельной мощностью и удельной запасенной энергией. В их объеме
протекают следующие электрохимические процессы: FeCl2 + 2e ↔ Fe0 + 2Cl и Na0 + 2Cl ↔
NaCl + е .
Известен металл/металлхлоридный электрод, представляющий собой пластинку металла, покрытую хлоридом металла [1].
BY 12377 C1 2009.10.30
Недостатком известного электрода является низкая величина удельной поверхности
границы раздела металл/хлорид металла и, как следствие, низкие разрядные токи и низкий
КПД.
С целью снижения удельного сопротивления электрода используются металлы с пористой структурой.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является металл/
металлхлоридный электрод, состоящий из пористого железа, пропитанного твердым безводным хлоридом железа, находящегося в электрическом контакте с токосъемником. Пористое железо для электродов этого типа получают спеканием железных порошков.
Полости между спеченными частицами металла образуют структуру с открытой пористостью. Эти поры заполняют хлоридом железа. Общая удельная поверхность границы раздела между металлической и солевой компонентами электрода зависит от размера частиц
порошка и степени уплотнения порошка перед спеканием [2].
Недостатком известного электрода является низкий коэффициент использования массы электрода. Обусловлено это тем обстоятельством, что пористая структура, выполненная из хорошо спеченного железного порошка, имеет относительно низкую долю
свободного объема (35-20 %) и, следовательно, низкое содержание окислителя (FeCl2).
При использовании же слабоспеченного металла суммарный объем пор возрастает, но при
этом происходит нарушение электрического контакта между частицами в процессе эксплуатации, в результате чего часть пористой металлической структуры теряет контакт с
токосъемником. Это приводит к росту сопротивления электрода и уменьшению массы железа, участвующей в токообразующей реакции. Эти обстоятельства снижают электротехнические характеристики электрода.
Задача изобретения - повышение коэффициента использования массы электрода, увеличение удельной электрической энергии аккумулятора и улучшение электротехнических
характеристик электрода.
Поставленная задача достигается тем, что в известном электроде со структурой из пористого железа, пропитанного твердым безводным хлоридом железа и находящегося в
электрическом контакте с токосъемником, структура из пористого железа выполнена в
виде волокон, ориентированных параллельно друг другу с расстоянием между волокнами
50-500 нм, имеющих поперечный размер 50-500 нм и соединенных одним концом с токосъемником, другим - с поверхностью электрода.
Новым, по мнению авторов, является то, что пористое железо выполнено из волокон,
ориентированных параллельно друг другу, имеющих поперечный размер 50-500 нм, расстояние между волокнами 50-500 нм, и соединенных одним концом с токосъемником,
другим - с поверхностью электрода.
Перечень рисунков на чертеже.
Фиг. 1 - строение электрода: 1 - железные волокна, 2 - хлорид железа, 3 - токосъемник.
Фиг. 2 - микрофотография фрагмента заявленного электрода. (Хлорид железа частично удален растворением для выявления волоконного строения железной компоненты).
Сущность изобретения.
В заявляемой конструкции электрода упорядоченное и линейное распределение металлической компоненты (волокон из железа) улучшает условия токосъема и протекания
окислительно-восстановительных токообразующих реакций по сравнению с конструкцией
прототипа, в которой используется спеченный железный порошок. Кроме того, такая конструкция обеспечивает низкое сопротивление электрода и позволяет варьировать в широких пределах соотношение двух активных фаз: железа и хлорида железа. Это
обстоятельство позволяет обеспечить более полное использование материала электрода в
токообразующих электрохимических реакциях.
Создание данной структуры электрода стало возможным благодаря обнаруженному
авторами эффекту, имеющему место при электролизе некоторых солей железа. Он заклю2
BY 12377 C1 2009.10.30
чается в том, что при определенных составах электролита и режимах электролиза на аноде
образуется структура, представляющая собой упорядоченную композицию, состоящую из
железных волокон и безводного хлорида железа. Линейные скорости осаждения обоих
компонентов композиции (железа и хлорида железа) в данном процессе равны между собой, поэтому состав и структура композита не меняются в процессе его роста.
Пример конкретного выполнения
Электрод с заявленной структурой получали при помощи разработанного авторами
метода. Для получения электрода использовался электролит, представляющий собой раствор FeCl2 6Н2О концентрацией 15-35 вес. % в диметилформамиде. Электролиз осуществляли на постоянном токе с железными катодом и анодом при плотности тока на катоде
-50-400-мА/см2. Железный катод представлял собой пластину толщиной 1 мм и площадью
8 см2.
На поверхности анода параллельно протекали две восстановительные электрохимические реакции:
1. Восстановление ионов железа по схеме: Fe +3 + e = Fe +2. Эта реакция инициирует
образование солевой компоненты композита, поскольку соли одновалентного железа
меньше растворимы в диметилформамиде, чем двухвалентного, в результате чего на катоде достигается пресыщение и образование осадка соли FeCl2.
2. Реакция восстановления железа до металла: Fe +3 + 3e = Fe0, обеспечивающая формирование металлических волокон. Оба приведенных процесса протекают согласованно и
с одинаковой линейной скоростью роста обеих компонент.
В тех случаях, когда состав электролита и плотность тока на аноде находились в приведенных выше пределах, осадок на катоде представлял собой слой вещества серого цвета
толщиной около от 0,1 до 5 см в зависимости от времени электролиза. Исследования методом сканирующей электронной фотографии, а также методом микропробного анализа
показали, что нано- (микро-) проволоки железа толщиной в диапазоне 50-500 нм образуют
упорядоченный композит с хлоридом двухвалентного железа. Микро- (нано-) волокна железа в этом композите ориентированы параллельно друг другу. Расстояние между волокнами составляло 50-500 нм. Железная пластина, используемая в описанном процессе как
анод, в полученном устройстве играет роль токосъемника. Таким образом, полученный в
данном процессе структура имела все элементы заявленного нами электрода, а именно
железные волокна, ориентированные параллельно друг другу и имеющее контакт с токосъемником, хлорид железа, пропитывающий свободное пространство между проволоками,
и токосъемник.
Благодаря сочетанию высокой удельной поверхности границы раздела фаз и хорошим
контактам волокон с металлическим токосъемником, электрод имеет низкое электросопротивление. Это обстоятельство обеспечивало достижение поставленной в изобретении
цели - повышение электротехнических характеристик устройства.
Источники информации:
1. US 4945012, 1990.
2. US 5019470, 1991.
3
BY 12377 C1 2009.10.30
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
433 Кб
Теги
патент, by12377
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа