Способ сборки анода химического источника тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ф,се дц ) 33348 (й Я4 f Д - ЦД ) 3

БИБЛИОТЕЧВА

:.а.», .»:.. асмам а е»за= »

Ф

° »

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4873106/07 (22) 14.08.90 .(46) 15.01.93. Бюл. М 2

{71) Специальное конструкторское бюро при

Киевском заводе "Генератор" (72) В,П.Лиходед, В.Т.Прокопенко, В.В.Козак, А.В.Ткаченко, А.H.Êëèìåíêî, О.П.Ступак и С.В;Ремез (56) Химический источник тока Фл 2016А

1ОМО Оаг 073 ТУ, Авторское свидетельство СССР

М 1360504, кл. Н 01 М 6/16, 1986.

Ф

Изобретение относится к электротехнике и касается способа сборки анода химического источника тока {ХИТ) с неводным электролитом.

Известен способ сборки анода ХИТ

LlM2016, включающий следующие операции: нанесение методом штамповки системы углублений на внутреннюю поверхность отрицательного токоотвода, конструктивно выполненного в виде крышки из нержавеющей стали; напрессовку в токоотвод металлического лития.

Механический и электрический контакт между крышкой и литием осуществляется за счет внедрения лития в систему углублений крышки. Углубления в крышке имею1 форму пирамиды, расположены равномерно по всей поверхности и занимают около 5,5$ площади всей контактной поверхности. Остальная часть поверхности крышки изменений не претерпевает, следовательно, на ней надежность механического и электрическо,, Я2 „„1788533A1 (я)ю Н 01 М 6/16, Н 01 М 4/08 (54) СПОСОБ СБОРКИ АНОДА ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА (57) Использование: сборка источников указанной системы. Сущность изобретения: на внутреннюю поверхность анодного токоотвода плазменным напылением наносят материал с низким удельным сопротивлением при соотношении толщины напыленного слоя к толщине анода 0,05-1,00, а затем напрессовывают щелочной металл. В качестве металла для напыления и токоотвода можно использовать медь. 2 з и. ф-лы, 1 ил. го контактов и адгеэия лития с крышкой уменьшается.

В пространство между литием и крышкой попадает электролит, что приводит к саморазряду ХИТ в процессе его хранения и эксплуатации, В качестве материала крышки используется нержавеющая сталь, имеющая высокое удельное сопротивление 0,75 Ом .мм /м.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ сборки анода ХИТ, включающий следующие операции: нанесение промежуточного электропроводного слоя из коррозионноустойчивого материала на внутреннюю поверхность токоотвода плазменным напылением при соотношении толщины напыленного слоя в крышке к ее диаметру

1 104-5 10; напрессовки лития в токоотвод, выполненный в виде крышки.

В указанном способе в качестве коррозионностойких материалов используют ме1788533

15

30

40

55 таллы и сплавы с высоким удельным электрическим сопротивлением: никель, молибден, титан, нержавеющая сталь и т.п.

Промышленность выпускает порошки с широким диапазоном по фракционному составу. Порошок марки ПХ18Н9Т с (ГОСТ

13084-67) имеет состав: размер зерна менее

56 мкм 20-50%; размер зерна 56-280 мкм

80-50%, При нанесении этого порошка на крышку осаждаются частицы крупной и мелкой фракций; причем в отдельных местах возможны наложения фракций друг на друга.

Толщина слоя плазменнодугового покрытйя лимитируется размером самой крупной фракции частиц и высбтой выступов в местах наложения частиц друг на друга.

При нанесении промежуточного электропроводного слоя порошками широкого диапазона фракций возможны следующие случаи:

При соотношений толщины слоя покрытия к диаметру крышки 1 ° 10 -5. 10 не выполняются ус ловйя- од нор одности (сплошности) покрытия и в незанятые покрытием участки проникает электролит, что увеличивает саморазряд элемента.

При выполнении требований однородности (сплошности) покрЫтия возможно"наложение крупных частиц порошка друг на друга в отдельных местах и соотношение толщины слоя покрытия к диаметру крышки превышает верхний предел 5 10 . Для выполнения соотношения в пределах

1 10 -5 10 необходимо вводить дополнительные операции по рассеиванию порошков, что приводит к увеличению трудоемкости изготовления ХИТ.

Недостатками данного способа сборки . анода ХИТ являются повышенное внутреннее сопротивление в масте койтакта крышки и лития через напыленный слой; значительный саморазряд источников в процессе хранения и эксплуатации (до 10% в год); высокое удельное электрическое со и ротивл ение материала кры ш хи (сталь

12х18Н10Т, 0,75 Ом мм /м);

Целью изобретения"является-уменьшение внутреннего сопротйвления и снижение

-саморазряда.

Поставленйая цель достигается тем, что в известном способе сборки анода ХИТ, заключающемся в нанесении промежуточного электропроводного слоя материала на внутреннюю поверхность токоотвода плазменным напылением, и последующей напрессовке в токоотвод анода из щелочного Металла, электропроводный слой наносят из материала, имеющего низкое удельное сопротивление, при соотношении толщины напыленного слоя к толщине анода

0,05...1,00, при этом в качестве материала с низким удельным сопротивлением может быть медь, а токоотвод выполнен из меди или ее сплавов.

При плазменнодуговом нанесении покрытия на крышку для образования промежуточного слоя частицы порошка, попадая в плазменный поток, нагреваются до температуры, близкой к температуре их плавления и надежно сцепляются с поверхностью крышки.

Использование порошков из материала с низким удельным сопротивлением позволяет уменьшить внутреннее сопротивление и снизить саморазряд ХИТ в процессе хранения и эксплуатации. При этом промежуточный слой находится в восстановленном состоянии до полного расходования активного анодного вещества.

Применение в процессе плазменного напыления инертных газов или газов, обла-. дающих восстановительными свойствами, предотвращает процесс окисления напыляемых порошков, что улучшает контактные свойства покрытия.

Выполнение требуемого соотношения толщины напыленного слоя к толщине анода (0,05...1,00) позволяет обеспечить надежный механический и электрический контакты, в т.ч. и в жестких условиях эксплуатации ХИТ (удары, нагрузки, вибрации и т.п.), Предлагаемый способ сборки анода

ХИТ обладает следующими преимуществами по сравнению с известными: уменьшает внутреннее сопротивление ХИТ; снижает саморазряд ХИ Г в процессе хранения; снижает саморазряд ХИТ во время эксплуатации его за счет уменьшения омических потерь энергии.

Новыми признаками, характеризующими предлагаемый способ сборки анода ХИТ, является то, что электропроводный слой наносят "из материала, имеющего низкое удельное сопротивление при соотношении толщины напыленного слоя к толщине анода 0,05...1,00, причем в качестве материала с низким удельным сопротивлением берут медь, а токоотвод выполнен из меди или ее сплавов.

На чертеже показан ХИТ с анодом, собранным по предложенному способу, узел I, разрез, Конструктивно источник тока состоит из токопроводящего корпуса 1 цилиндрической формы, токопроводящей крышки 2, уплотнительного кольца 3, выполненного из электроизоляционного материала, отрица1788533 тельного электрода 4 из лития, положительного электрода 5, выполненного в виде пористой массы, двух диафрагм 6, 7, пропитанных органическим электролитом, электропроводных слоев 8 и 9. отрицательного 4 и положительного 5 электродов соответственно.

П р и м е.р. Электропроводный слой нанесли методом плазменнодугового напыления на внутреннюю поверхность крышки из следующих материалов порошков с удельным электрическим сопротивлением (Ом мм /м), при соотношении толщины на2 пыленного слоя к толщине анода 0,05...1,00: медь 0,017 молибден 0,057 никель 0,068 хром 0,14 титан 0,55 сталь ПХ18Н9Т 0,75 . Крышки изготовили из листа толщиной

0,25 мм из следующих материалов. сталь

12Х18Н10Т; медь М1; латунь Л63; монель

НМ19А; никель; титан.

На напыленный слой в крышку напрессовали отрицательный электрод, изготовленный из диска лития толщиной 0,36...0,40 мм.

Корпус изготовили из листа нержавеющей стали 12х18Н10Т толщиной 0,25 мм.

Электропроводный слой нанесли методом плазменнодугового напыления на внутреннюю поверхность корпуса из материала . порошка нержавеющей стали ПХ18Н9Т С.

На напыленный слой в корпус напрессовали положительный электрод, изготовленный из катодной массы на основе диоксида марганца в виде диска.

Отрицательный электрод установили в корпус положительного электрода и через уплотнительное кольцо и разделяющие межэлектродное пространство диафрагмы, предварительно пропитанные в органическом электролите, произвели герметизацию опытных образцов ХИТ методом завальцовки кромки корпуса на крышку через уплотнительное и изолирующее кольцо.

Контрольные образцы ХИТ собрали с анодом, изготовленным по способу-прототипу, соответствующему аноду в источнике

МЛ 2325, 10МО.082,058 ТУ нанесение методом плазменнодугового напыления промежуточного электропроводного материала из порошка нержавеющей стали ПХ 18Н9Т С на внутреннюю поверхность крышки, выполненной из нержавеющей стали

12Х18Н10Т.

После технологической выдержки (30 суток) опытные и контрольные источники подверглись"йСпытаниям, результаты кото; рых приведены в табл.1, 2 и 3.

Значения напряжения, В, элементов с крышкой иэ нержавеющей стали при на5 грузках 830 кОм (Овзо) и 370 OM (U37o) и внутреннего сопротивления (RR»), Ом, в зависимости от материала напыленного слоя.

Внутреннее сопротивление элементов рассчитали по формуле:

«/0взо кОм — U37o Ом 370 Ом

И» а7о Ом где R» — внутреннее сопротивление эле15 ментом, Ом;

Оэзо — напряжение при нагрузке 830 кОм, В;

037о- напряжение при нагрузке 370 Ом, В.

20 Значения напряжения, В, элементов с напыленным слоем из меди на крышке при нагрузках 830 кОм (083о) и 370 OM (U37o) и внутреннего сопротивления элементов (R»), Ом, в зависимости от материала крыш25 ки.

Анализ результатов испытаний опытных и контрольных образцов по данным табл. 1, 2, 3 показал.

В зависимости от удельного электриче-

30 ского сопротивления материала напыленного порошка: при йапылении покрытия металла с меньшим удельным сопротивлением (например, медь, 0,017 Ом .мм /м) уменьшается внутреннее сопротивление

35 элементов, уменьшаются омические потери при эксплуатации ХИТ, уменьшается саморазряд ХИТ в процессе хранения, увеличивается срок службы элементов; при напылении покрытия металла с большим удельным со40 противлением (например, нержавеющая сталь ПХ18Н9Т, 0,75 Ом мм /м) увеличивается внутреннее сопротивление элементов, увеличиваются омические потери-при эксплуатации ХИТ, увеличивается саморазряд

45 ХИТ в процессе хранения, уменьшается срок службы элементов.

В зависимости от соотношения толщины напыленного слоя к толщине анода; при отношении меньше 0,05 не обеспечивается

50 необходимый механический и электрический койтакт, увеличивается саморазряд

ХИТ в процессе хранения; при отношении равном 0,05-1,00 обеспечивается необходимый механический и электрический контак55 ты, саморазряд в процессе хранения минимальный; при отношении больше 1,00 происходит перерасход порошка, уменьшается полезный объем элементов, увеличивается саморазряд элементов в процессе

1788533

Таблица 1 хранения, возможен отказ элементов вследствие просекания лития и образования металлических дендритов, а также просекания диафрагмы выступающими частицами над плоскостью лития. 5

В зависимости от материала крышки:. при изготовлении крышек из монели

НМ19А, меди, латуни Л63 уменьшается внутреннее сопротивление элементов, уменьшается омические потери при эксплу- 10 атации ХИТ, уменьшается саморазряд ХИТ в процессе хранения, увеличивается срок службы элементов; при изготовлении крышек из титана, нержавеющей стали, никеля увеличивается внутреннее сопротивление, 15 увеличиваются омические потери при эксплуатации ХИТ, увеличивается самораэряд

ХИТ в процессе хранения, уменьшается срок службы элементов.

По результатам испытаний можно сде- 20 лать следующие выводы: ХИТ с анодом, в котором литий напрессован на напыленный слой из материала, имеющего низкое удельное электрическое сопротивление,.напри- мер, меди(0,017 Ом мм /м при 20 С), при 25 соотношении толщины напыленного слоя к толщине анода 0,05-1,00 уменьшено внутреннее сопротивление ХИТ; снижен саморазряд ХИТ в процессе хранения и эксплуатации, кроме того, снижена себесто- 30 имость анода ХИТ за счет применения в качестве материала для токоотвода меди или сплавов, содержащих медь.

Оптима льн ым и условиями способа, обеспечйвающими максимальные эксплуа- 35 тационые характеристики ХИТ являются: электропроводный слой наносят из материала порошка, имеющего низкое удельное электрическое сопротивление, например, меди (0,017 Ом мм /м при 20 С); соотношение толщины напыленного слоя к толщине анода равно 0,05...1,00; с целью снижения себестоимости анода ХИТ применение в качестве материала крышки металла-меди или ее сплавов, например, латунь Л63.

По сравнению с прототипом (а.с. t4

1360504), являющимся наиболее близким предложенному по техническому решению и выполняемым функциям, выявлены следующие преимущества: уменьшено внутреннее сопротивление ХИТ; снижен саморазряд ХИТ в процессе хранения; снижен самораз ряд ХИТ во время эксплуатации его за счет уменьшения омических потерь энергии.

Формула изобретения

1. Способ сборки анода химического источника тока с неВодным электролитом, включающий нанесение промежуточного электропроводного слоя материала на внутреннюю поверхность токоотвода плазменным напылением и последующую напрессовку в токоотвод анода из щелочногометалла,отличаю щийся тем, что, с целью уменьшения внутреннего сопротивления и снижения.саморазряда, электропроводный слой наносят.из материала, имеющего низкое удельное сопротивление при соотношении толщины напыленного слоя к толщине анода 0.05-1,00.

2. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что в качестве материала с низким удельным сопротивлением берут медь.

3. Способ поп.1,отличающийся тем, что токоотвод выполнен из меди или ее сплавов.

1788533

Тса блица 2

Таблица 3

Зависимость электрической емкости, значений саморазряда и механической прочности сцепления диска лития с крышкой опытных образцов в зависимости от соотношения толщины напыленного слоя к толщине анода.

Само разряд, о

Ровная легко отделяется

0,03

135

122 прочно удерживается

145

0,05

136

0,10

139

133

0,50

140

133 н

131

100

110

1,10

115

30

Я Ф 8 Ю 7 5 У f 3

Составитель В.Лиходед

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор: ЛЛивринц

Редактор

Заказ 74 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Отношение толщины напыленного слоя к толщиинеано а

Разрядная емкость свежеизготовленных элементов, мАч

Разрядная емкость элементов после 1 года хранения, мАч

Сцепление диска лития с крышкой

Состояние поверхности лития имеются следы просекания поверхности лития