электролит для химического источника тока

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА, содержащий ионогенный компонент и растворитель-воду, отличающийся тем, что в качестве растворителя взята тяжелая вода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве химических источников тока (ХИТ), а именно при приготовлении электролитов.

Известен электролит для ХИТ, содержащий серную кислоту в качестве ионногенной компоненты и воду в качестве растворителя. Указанный электролит широко используется в свинцовых аккумуляторах [1]

Недостаток электролита связан с низким перенапряжением выделения водорода на свинцовом электроде аккумулятора, что приводит к избыточному газовыделению при заряде и непроизводительным затратам энергии на газовыделение.

Известен электролит для ХИТ, содержащий гидроокись щелочного металла в качестве ионогенной компоненты и воду в качестве растворителя. Указанный электролит широко используется в щелочных аккумуляторах [2]

Недостаток щелочного электролита связан с тем, что отрицательные электроды ХИТ, особенно выполненные из кобальта, железа, никеля, имеют в нем низкое перенапряжение выделения водорода. Это приводит к избыточному газовыделению в электролите и низкой эффективности заряда.

Из известных электролитов наиболее близким по совокупности существенных признаков является (кислотный, щелочной или нейтральный) электролит с водным растворителем. Для уменьшения выделения водорода в процессе заряда электролит дополнительно содержит добавку амида никотиновой кислоты. Указанная добавка повышает перенапряжение водорода, благодаря чему уменьшается его выделение на катоде [3]

Недостатком электролита является наличие дополнительной добавки, не участвующей в токообразующем процессе и усложняющей процесс приготовления электролита, а также оказывающей влияние на структуру двойного слоя и поведение электродов.

Целью изобретения является создание электролита для ХИТ, который характеризуется повышенным значением перенапряжения выделением водорода, что уменьшает газовыделение и повышает эффективность заряда, особенно для щелочных ХИТ.

Цель достигается за счет использования в качестве растворителя тяжелой воды.

Применение тяжелой воды в качестве растворителя электролита позволяет уменьшить газовыделение в ХИТ и повысить эффективность заряда. Указанный эффект достигается за счет того, что для тяжелой воды перенапряжение выделения водорода на катоде на 0,1 В выше, чем для обычной воды. Повышение перенапряжения выделения водорода особенно актуально для щелочных ХИТ с кобальтовым, железным и никелевым электродами. Это связано с тем, что указанные электроды в традиционном электролите, с обычной водой в качестве растворителя, имеют низкое перенапряжение выделения водорода, что приводит к обильному газовыделению и низкой эффективности заряда.

Тяжелая вода, как следует из анализа уровня техники, используется в ядерной технике в качестве замедлителя нейтронов или сырья для получения газообразного действия [4] Использование тяжелой воды в составе электролита для ХИТ из уровня техники неизвестно, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна".

Заявляемое изобретение соответствует изобретательскому уровню, так как вся совокупность существенных признаков влияет на достижение технического результата, связанного с уменьшением газовыделения и повышением эффективности заряда источников тока.

На чертеже приведена зависимость потенциала газовыделения от типа заряда электрода в обычном щелочном электролите и в электролите с тяжелой водой.

П р и м е р. Для подтверждения достижимости технического результата были приготовлены два раствора (25 мас.) щелочного электролита из гидроокиси калия в качестве ионогенной компоненты и обычной и тяжелой воды в качестве растворителя. В указанных электролитах при одинаковых условиях проводили заряд железного электрода при различных токах заряда до момента выделения газа. Потенциал газовыделения измерялся относительно цинкового электрода сравнения.

Сравнительные результаты исследований представлены на чертеже. Как следует из представленных экспериментальных зависимостей, потенциал газовыделения на электроде в электролите с тяжелой водой выше на 50-100 мВ, чем в электролите с обычной водой. Указанное обстоятельство позволяет в тяжеловодном электролите производить заряд железного электрода, при прочих равных условиях, без газовыделения, так как потенциал электрода в тяжелой воде при данных условиях ниже потенциала газовыделения, Так, например, при токе заряда электрода 300 мА потенциал выделения газа в тяжеловодном электролите на 50 мВ выше, чем в обычном электролите (точки А и В на кривых). Т.е. при одинаковых условиях заряда в тяжеловодном электролите на электроде не будет газовыделения, так как его потенциал на 50 мВ ниже потенциала газовыделения. При одинаковых условиях газовыделения на электродах в рассматриваемых электролитах, ток заряда в тяжеловодном электролите в полтора раза выше (см. точки В и С). Это позволяет в 1,5 раза повысить скорость заряда электрода.

Аналогичные результаты были получены на свинцовом электроде в кислотном электролите с тяжеловодным растворителем. Потенциал перенапряжения выделения газа на электроде с тяжелой водой превышал на 30-120 мВ, в зависимости от тока заряда, потенциал газовыделения в электролите с обычной водой.

Таким образом, электролит с тяжеловодным растворителем позволяет повысить перенапряжение выделения водорода на электродах химических источников тока, что может быть использовано при разработке различных электрохимических систем конкретного применения.