ПЕРВИЧНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники, в частности к производству первичных химических источников тока с анодом из лития или его сплавов, содержащих неводный электролит на основе апротонных органических растворителей, и может быть использована в качестве источника автономного питания электронных устройств, например, электронных схем, часов, калькуляторов, фотоаппаратов, пультов дистанционного управления, портативных радиоприемников, магнитофонов, проигрывателей компакт-дисков и т.д.
Известен первичный химический источник тока (патент Японии №6009140, МКИ Н 01 М 6/16), содержащий корпус, во внутренней части которого расположен витой электродный комплект, намотанный из анода, катода и сепаратора. Активным материалом для анода служит легкий металл, например, литий. Энергоносителем в составе катода служит, например, оксид металла. Внутренний объем корпуса заполнен органическим электролитом.
Недостатками данного первичного химического источника тока являются сравнительно низкие значения эксплуатационных параметров, таких как, например, сравнительно низкая электрическая емкость, сравнительно низкая мощность.
Кроме того известен первичный химический источник тока (И.А. Кедринский, В.Е. Дмитренко, И.И. Грудянов, Литиевые источники тока, Москва, Энергоатомиздат, 1992. стр. 112, 113), являющийся прототипом и содержащий неводный электролит, в котором расположен витой электродный комплект, включающий в себя анод, катод, между которыми находится сепаратор. В качестве энергоносителя в составе катода использован оксид меди СuО.
Недостатком данного первичного химического источника тока является сравнительно небольшой срок хранения, поскольку его энергоноситель имеет сравнительно низкий емкостной ресурс и большой ток саморазряда, срок же хранения первичного химического источника тока оказывается пропорционален емкостному ресурсу и обратно пропорционален току саморазряда.
Задачей полезной модели является создание первичного химического источника тока, имеющего более длительный срок хранения.
Поставленная задача достигается тем, что в первичном химическом источнике тока, содержащем неводный электролит, в котором расположен витой электродный
2
3
комплект, включающий в себя анод, катод, между которыми находится сепаратор, в качестве энергоносителя катодный материал содержит трисульфид сурьмы SbS.
На чертеже приведен предлагаемый первичный химический источник тока, который содержит корпус 1, крышку 2, центральный токовывод 3, который электрически изолирован от корпуса 1 и крышки 2. Внутренний объем корпуса 1 заполнен электролитом 4. Центральный токовывод 3 соединен электрическим контактом с пластиной катода 5, а пластина анода 6 соединена электрическим контактом с корпусом 1 и крышкой 2. Между пластинами катода 5 и анода 6 находится пористый сепаратор 7, обеспечивающий электрическую изоляцию катода 5 и анода 6. Конструктивно пакет пластин катода 5 и анода 6, изолированных сепаратором 7, выполнен в виде витого электродного комплекта.
2
3
2
3
Функционирование предлагаемого первичного химического источника тока осуществляется следующим образом. Корпус 1 совместно с крышкой 2 обеспечивает герметичность и жесткость конструкции первичного химического источника тока. Вокруг центрального токовывода 3 навит электродный комплект. Электролит 4 обеспечивает электрический контакт между катодом 5 и анодом 6 и выполняет функцию сольватирующего ионы агента. Для обеспечения электрического контакта первичного химического источника тока с внешней электрической цепью катод 5, являющийся положительным электродом, имеет электрическую связь с центральным токовыводом 3, который электрически изолирован от корпуса 1 и крышки 2, а анод 6, являющийся отрицательным электродом, имеет электрическую связь с корпусом 1 и крышкой 2. Катод 5 и анод б в совокупности образуют гальваническую пару окислитель-восстановитель, где окислителем является энергоноситель (трисульфид сурьмы SbS) в составе катодного материала, а восстановителем является материал анода, например, литий, его сплавы, сплавы щелочных металлов и т.д. При замыкании предлагаемого первичного химического источника тока в электрическую цепь на внешнюю нагрузку электроны перетекают с анода 6 к катоду 5, тем самым обеспечивается преобразование энергии химической реакции в электрическую энергию. Атомы материала анода, например лития, отдав по внешней цепи электроны, становятся положительными ионами, которые сольватируются электролитом 4. Катодный материал, получив электроны по внешней цепи, претерпевает химическое восстановление с появлением нескомпенсированных отрицательных зарядов, образующихся вследствие разрыва химических связей в трисульфиде сурьмы SbS, которые электростатически притягивают сольватированные ионы лития. Под влиянием электростатического поля ионы лития направленно дрейфуют через пористый сепаратор 7 от анода 6 к катоду 5. Достигнув катода 5 ионы лития химически фиксируются в нем в
виде конечных продуктов химической реакции. Суммарно токообразующая электрохимическая реакция выглядит следующим образом:
2
3
2
3-y
[6(x+l)-2y]Li+SbS→3xLiS+2LiSb,
где х - стехиометрический коэффициент, характеризующий глубину восстановления серы в сульфид лития, у - индекс, характеризующий глубину восстановления сурьмы в антимонид лития; при этом 0≤x≤l, при х→1 у=3, при х=10≤у<3.
2
3
При разряде первичных химических источников тока на основе электрохимической системы Li-SbS с начальным напряжением 1,8 В до конечного напряжения 0,9 В на различных нагрузках достигнута более чем 6-ти электронная токообразующая электрохимическая реакция, что соответствует х=1, у<3.
Поскольку срок хранения первичного химического источника тока пропорционален емкостному ресурсу и обратно пропорционален току саморазряда, а предлагаемый первичный химический источник тока имеет больший емкостной ресурс и меньший ток саморазряда по сравнению с прототипом, то предлагаемый первичный химический источник тока имеет больший срок хранения.
Собранные в соответствии с чертежом первичные химические источники тока хранились в течение 5 лет при комнатной температуре и далее были подвергнуты разрядным испытаниям на нагрузке 10 кОм. Потеря емкостного ресурса в процессе хранения первичных химических источников тока в течение 5 лет не превысила 1%.