Катодная композиция для высокотемпературного источника тока

Катодная композиция для высокотемпературного источника тока

Реферат

 

Использование: высокотемпературные химические источники тока. Сущность изобретения: катодная композиция содержит в мас. NiCl₂ 10,0 30,0 и солевую систему галогенидов щелочных металлов 70,0 90,0, причем в качестве солевой системы могут использоваться хлориды калия и натрия при соотношении компонентов в мас. NiCl₂ 15,0 25,0; NaCl 33,0 37,4; KCl 42,0 47,6 или фторида натрия и лития при соотношении компонентов в мас. NiCl₂ 10,0 30,0 NaF 35,6 45,8; LiF 34,4 44,2. 2 з.п. ф-лы, 5 табл.

Изобретение относится к элементам устройств для преобразования химической энергии в электрическую, а именно к электродным композициям для катода. Такие композиции могут применяться для снаряжения высокотемпературных источников тока, в частности, пиротехнических генераторов электрического тока. Целью предлагаемого технического решения является снижение гигроскопичности катодной композиции. Отличительные признаки: солевая система KCL NaCl является новой, неизвестной из других решений науки и техники; эквимолярное соотношение компонентов в солевой системе KCl NaCl является новым, неизвестным из других решений науки и техники; солевая система LiF NaF является новой, неизвестной из других технических решений; эвтектическое соотношение фторидов лития и натрия является новым, неизвестным из других технических решений; соотношение хлорида никеля и галогенидов щелочных металлов в катодной композиции является новым, неизвестным из других решений науки и техники. Высокотемпературные источники тока нашли широкое применение в устройствах и объектах космической техники и других автономных объектах. Поэтому одним из важнейших требований к таким источникам тока является возможность их длительного хранения без снижения электрической мощности, что достигается, наряду с другими условиями, и высокой химической стабильностью используемых электродных композиций. При использовании хлорида никеля в качестве материала катода удается получить высокие электрические характеристики, т.к. при этом наблюдается большая разность между потенциалом восстановления никеля и потенциалами окисления анодных материалов (Делимарский Ю.К. Электрохимия ионных расплавов. М. Металлургия, 1978). Однако хлорид никеля обладает сильной способностью поглощать влагу из воздуха и при хранении в атмосфере воздуха легко переходит в кристаллогидрат NiCl₂2H₂O. При просушивании этого вещества в атмосфере воздуха происходит его частичный переход в оксид никеля вследствие большого сродства никеля к кислороду, что наблюдается визуально и подтверждается термодинамическими расчетами. При этом снижается эффективность катодного материала. При осушении хлорида никеля по методике, предложенной в конечный продукт также не обладает достаточной стойкостью к влаге. Для того, чтобы снизить гигроскопичность катодного материала хлорид никеля может быть использован в композиции с негигроскопичными солевыми системами, в частности галогенидов щелочных металлов. Галогениды щелочных металлов известны как электролиты для высокотемпературных источников тока, но не известны в качестве компонентов катода. Количество хлорида никеля в этой системе определяется несколькими факторами: необходимым временем работы источника и гигроскопичностью композиции. Экспериментальные данные о способности влагопоглощения композиций NiCl₂ KCl NaCl и NiCl₂ LiF NaF с различным содержанием хлорида никеля приведены в табл. 1 и 2. Из них следует, что при введении в состав NiCl₂ KCl NaCl более 25% и в состав NiCl₂ LiF NaF более 30% хлорида никеля композиции поглощают большое количество влаги, поэтому их использование в качестве катодных материалов не целесообразно. При снаряжении источника тока установлено, что катодная матрица заполняется примерно 0,1 г активного материала. В таблице 3 приведено время работы такого источника при различной концентрации хлорида никеля, из которой следует, что при концентрации не более 20% время работы достаточное для совершения ряда операций. На основании данных табл.1, 2, 3 можно сделать вывод о целесообразности введения в состав NiCl₂ KCl NaCl 15-25% NiCl₂, и в состав NiCl₂ LiF NaF 10,08-30% NiCl₂, что позволяет обеспечить достаточное время работы указанного выше источника тока при меньшей гигроскопичности катодной композиции. Электрические характеристики при этом не снижаются (табл.5, 4). При меньшей концентрации хлорида никеля в катодных композициях время работы генератора мало. Использование в катодной композиции солевой системы KCl NaCl эквимолярного состава и эвтектики LiF NaF обусловлено двумя основными факторами: во-первых, негигроскопичностью как индивидуальных солей, так и их системы; во-вторых, для быстрого достижения источником тока максимальных электрических характеристик и длительного времени работы необходимо, чтобы солевая система имела низкую температуру плавления. При эквимолярном соотношении хлоридов калия и натрия и эвтектическом соотношении фторидов лития и натрия эта система имеет минимальную температуру плавления, которая значительно ниже температур плавления этих веществ. Большое количество электролита в катодной композиции обеспечивает ее высокую ионную проводимость, что позволяет использовать такую композицию в качестве наполнителя пористого сепаратора, разделяющего анод и катод источника тока. Пример практического выполнения. Для приготовления катодных композиций использовались компоненты квалификаций "хч". Хлорид никеля предварительно готовился по методике, изложенной в 1096223, просушивался, возгонялся, затем пары кристаллизовались, для испытаний отбиралась фракция, кристаллизующаяся при температуре 700^оС. Хлориды и фториды щелочных металлов прокаливались при 700^оС. Затем из хлоридов приготовлялась эквимолярная смесь: 43,95 мас. NaCl и 56,05 мас. KCl (на 50 г смеси брали 21,98 г NaCl и 28,02 г KCl). Для этого навески веществ смешивались сначала вручную, а затем в шаровой мельнице в течение 1 ч, после чего смесь расплавлялась в муфеле при 700^оС в атмосфере аргона. В расплав KCl NaCl вводился хлорид никеля, в количестве, соответствующем выбранной композиции. Так, для приготовления композиции поз. 4 табл.1 количество хлорида никеля составляло 12,5 г, а система KCl NaCl 50,0 г. Из расплава катодной композиции происходило заполнение катодной матрицы этим расплавом для снаряжения генераторов, конструкция которых описана в 304254. Композиции с фторидами щелочных металлов приготавливались аналогичным образом: сначала эвтектика LiF NaF, в расплав которой затем вводился хлорид никеля. Использование предлагаемого технического решения позволит значительно повысить устойчивость катодной композиции к влаге (с использованием системы NiCl₂ -NaCl KCL более чем в 2 раза, системы LiF- NaF NiCl₂ более, чем в 15 раз), что позволяет увеличить гарантийный срок хранения изделия.

Формула изобретения

1. КАТОДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИСТОЧНИКА ТОКА, включающая хлорид никеля, отличающаяся тем, что, с целью снижения ее гигроскопичности и повышения предельной плотности тока разряда, она дополнительно содержит солевую систему галогенидов щелочных металлов, мас. NiCl₂ 10,0 30,0 Солевая кислота галогенидов щелочных металлов 70,0 90,0 2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве солевой системы галогенидов щелочных металлов содержит хлориды калия и натрия в эквимолярном соотношении при общем соотношении компонентов, мас. NiCl₂ 15,0 25,0 NaCl 33,0 37,4 KCl 42,0 47,6 3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве солевой системы галогенидов щелочных металлов содержит фториды натрия и лития эвтектического состава при общем соотношении компонентов, мас. NiCl₂ 10,0 30,0 NaF 35,6 45,8 LiF 34,4 44,2

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3