твердый электролит для химического источника тока

Классы МПК:H01M6/18 с твердым электролитом
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии Наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2007-12-24
публикация патента:

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 лития60-85
соль лития LixMO 410-35
ортоцирконат лития1,5-5,0

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 лития60-85
Соль LixМО 410-35
Ортоцирконат лития1,5-5,0

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
300400 500600
1 12,53,50 1,701,00
210,93,05 1,250,90

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
300400 500600
3 9,302,95 1,601,00
4 5,602,05 1,250,70

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

суперконденсатор -  патент 2523425 (20.07.2014)
суперконденсатор с неорганическим композиционным твердым электролитом (варианты) -  патент 2522947 (20.07.2014)
электрохимическое устройство с твердым щелочным ионопроводящим электролитом и водным электролитом -  патент 2521042 (27.06.2014)
электролит для химического источника тока -  патент 2505891 (27.01.2014)
катодный материал для литиевого источника тока -  патент 2457585 (27.07.2012)
твердотельный электрохимический источник тока -  патент 2449427 (27.04.2012)
композиционная смесь для электролита литиевого источника тока -  патент 2423758 (10.07.2011)
химический источник тока -  патент 2422949 (27.06.2011)
твердый электролит с рубидий-катионной проводимостью -  патент 2415496 (27.03.2011)
химический источник тока -  патент 2413340 (27.02.2011)