твердый электролит для химического источника тока
Классы МПК: | H01M6/18 с твердым электролитом |
Автор(ы): | Бурмакин Евгений Ираклиевич (RU), Шехтман Георгий Шаевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии Наук (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-12-24 публикация патента:
10.03.2009 |
Изобретение относится к области электротехники, в частности к твердым электролитам на основе ортогерманата лития. Техническим результатом изобретения является уменьшение значения удельного электросопротивления. Согласно изобретению электролит содержит ортогерманат лития, литиевую соль кислородсодержащей кислоты и ортоцирконат лития при следующем соотношении компонентов, мол.%: ортогерманат лития 60-85, соль лития Lix MO4 10-35 и ортоцирконат лития 1,5-5,0. В качестве литиевой соли кислородсодержащей кислоты можно использовать соль, содержащую пяти- или шестивалентный элемент: Li 3PO4, Li3VO 4, Li2SO4, Li2SeO4, Li 2CrO4, Li2MoO 4, Li2WO4. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Формула изобретения
1. Твердый электролит для химического источника тока, содержащий ортогерманат лития и литиевую соль кислородсодержащей кислоты, отличающийся тем, что электролит дополнительно содержит ортоцирконат лития при следующем соотношении компонентов, мол.%:
ортогерманат лития | 60-85 |
соль лития LixMO 4 | 10-35 |
ортоцирконат лития | 1,5-5,0 |
2. Твердый электролит по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли лития содержит Li3PO 4, Li3VO4, Li2SO4, Li 2SeO4, Li2CrO 4, Li2MoO4, Li2WO4.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области электротехники и может применяться в химических источниках тока в качестве твердого электролита с проводимостью по катионам лития.
Известен твердый электролит для химического источника тока, содержащий соль лития и имеющий состав LiI·x[Al2(SO 4)3·nH2 O] (патент Великобритании №1527330, кл. H1В, 1978). Однако удельное электросопротивление такого электролита довольно высоко (10 4Ом·см при 300°С и 103Ом·см при 400°С), что существенно ограничивает возможные области его применения.
Наиболее близким по достигаемому результату является твердый электролит для химического источника тока (Е.И.Бурмакин. Твердые электролиты с проводимостью по катионам щелочных металлов. М.: Наука. 1992 (глава 2)), содержащий ортогерманат лития Li 4GeO4 и литиевую соль кислородсодержащей кислоты LixMO4, где х=2 или 3; М - Р5, V5 , S6, Se6, Cr 6, Mo6, W6. Такие твердые электролиты, содержащие 65-90 мол. % ортогерманата лития и 10-35 мол. % одной из указанных солей лития, имеют удельное электросопротивление 10-15 Ом·см при 300°С, 3-6 Ом·см при 400°С, 1,7-3,5 Ом·см при 500°С.
Однако известные электролиты имеют высокое удельное электросопротивление, что препятствует повышению характеристик химических источников тока.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка твердого электролита на основе ортогерманата лития с более низкими значениями удельного электросопротивления.
Поставленная задача решается за счет того, что твердый электролит для химического источника тока, содержащий ортогерманат лития и литиевую соль кислородсодержащей кислоты, дополнительно содержит ортоцирконат лития при следующем соотношении компонентов, мол.%:
Ортогерманат лития | 60-85 |
Соль LixМО 4 | 10-35 |
Ортоцирконат лития | 1,5-5,0 |
В качестве литиевой соли кислородсодержащей кислоты можно использовать соль, содержащую пяти- или шестивалентный элемент: Li3PO4, Li 3VO4, Li2SO 4, Li2SeO4, Li2CrO4, Li 2MoO4, Li2WO 4.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом позволяет сделать заключение, что заявляемое техническое решение отличается от известного тем, что электролит дополнительно содержит ортоцирконат лития в количестве 1,5-5,0 мол.%.
Изобретение может быть проиллюстрировано примерами.
Пример 1. В алундовом тигле при 1000-1050°С в течение 10 ч были синтезированы твердые электролиты составов 0,90 Li 4GeO4·0,10 Li 2SO4 (1) и 0,85 Li 4GeO4·0,05 Li 4ZrO4·0,10 Li 2SO4 (2).
Измерения удельного электросопротивления изготовленных из обожженной смеси керамических образцов дали следующие значения:
Состав | Удельное электросопротивление, Ом·см при t°C | |||
300 | 400 | 500 | 600 | |
1 | 12,5 | 3,50 | 1,70 | 1,00 |
2 | 10,9 | 3,05 | 1,25 | 0,90 |
Пример 2. В алундовом тигле при 1050-1100°С в течение 15 ч были синтезированы твердые электролиты составов 0,75 Li 4GeO4·0,25 Li 3VO4 (3) и 0,71 Li 4GeO4·0,04 Li 4ZrO4·0,25 Li 3VO4 (4).
Измерения удельного электросопротивления изготовленных из обожженной смеси керамических образцов дали следующие значения:
Состав | Удельное электросопротивление, Ом·см при t°C | |||
300 | 400 | 500 | 600 | |
3 | 9,30 | 2,95 | 1,60 | 1,00 |
4 | 5,60 | 2,05 | 1,25 | 0,70 |
При выходе за указанные пределы концентрации Li4ZrO 4 удельное электросопротивление возрастает и эффект от введения добавки становится небольшим. Так, в системе 0,75 Li 4GeO4·0,25 Li 3VO4 - Li4ZrO 4 (пример 2) при концентрации Li4 ZrO4 1 мол.% удельное электросопротивление составляет 7,80 Ом·см при 300°С, 0,91 Ом·см при 600°С. При содержании Li4ZrO 4 6,5 мол.% - 7,90 Ом·см (300°С); 0,89 Ом·см (600°С), т.е. в обоих случаях эффект является незначительным.
Как видно из приведенных данных, предлагаемые электролиты имеют существенно более низкие значения удельного сопротивления по сравнению с прототипом.
Таким образом, введение в твердый электролит ортоцирконата лития в количестве 1,5-5,0 позволяет позволяет получить электролит с более низкими значениями удельного электросопротивления.
Предлагаемые электролиты могут использоваться в качестве твердого электролита в химических источниках тока с анодом из лития или сплавов лития в широком температурном интервале.
Класс H01M6/18 с твердым электролитом