Биполярный электрод для первичного химического источника тока и способ его получения

Биполярный электрод для первичного химического источника тока и способ его получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Юьт9к Ha т9хии 1фскаи

« iM6 fй

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свиа-ву (22) Заявлено 23.12.76 (21) 2433443/24-0 7 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликоваио05. 04. 79. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания09.04.79 и (Ы) М. Кл.

Н 01 М 4/12

Государстаеннмй кемвтет

СССР по делам изобретений н открытей (53) ДК621.3..035. 222.6 (088,8) (72) Авторы Е. А. Беркман, В. А. Богородский, А. Г, Зеберин, P. И. Зейля, изобретения E. Г. Иванов, К. Т. Киршфельд, A. В. Пироженко и Н. А. Штивель

Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский (71) Заявитель и технологический аккумуляторный институт; Специальное конструкторские бюро вакуумных покрытий при Госплане Латвийской CCP (54) БИПОЛЯРНЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ПЕРВИЧНОГО ИСТОЧНИКА ТОКА

И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Известный способ изготовления материала предусматривает сплавление магния и ртути в стальных завариваемых ретортах (2), перекапсуляцию слитка в оболочку из алюминия, раскатку капсулы вместе с содержимым при повышенной температуре в ленту, стравливание алюминиевой плакировки с последующей механической зачисткой поверхности, получение серебрянной фольги или гальваническое серебрение мед1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении первичных источников- тока, в частности, водоактивируемых батарей биполярной конструкции с растворимыми анодами, которые находят широкое применение в качестве источников питания для подводных и надводных аппаратов, спасательных и метеорологических устройств и т. и.

Известны источники тока с электродами биполярной конструкции, включающими слой катода из галогенидов серебра и анодный слой из высокоактивных сплавов магния со ртутью (1). В электродах таких источников анодный слой отделен от катодного сплошной электропроводной прослойкой из серебра или посеребренной меди.

Прослойка служит барьером, препятствующим электрохимическому взаимодействию слоев, одновременно обеспечивая электрический контакт между ними. При минимальном весе и толщине эта прослойка должна отвечать указанным требованиям на протяжении длительного, до 10 — 15 лет, хранения и в процессе работы.

При существующей технологии биполярные электроды изготавливают путем скрепления этих слоев, взятых в виде листов или лент, получаемых, в частности, методом проката. Получение и использование такого электрода сопряжено с серьезными недостатками, а именно, высокой стоимостью производства материала для слоев, неудовлетворительной степенью контакта между ними, а также низкой технико-экономической эффективностью использования барьерного вещества.

Получение проката магний-ртутного сплава затруднено вследствие упругости паров компонентов при сплавлении, токсичности и склонности к воспламенению этих паров и низкой пластичности сплава при нормальной те м пе ра туре.

656137

3 ной ленты и скрепление такой фольги или ленты с лентой из магний-ртутного сплава.

Этот способ отличается большим числом технологических операций, значительной трудо- и энергоемкостью, требует применения разнородного оборудования, такого, как металлорежущее, сварочное, электрометрическое, прокатное, гальванотехническое и др. и, следовательно, весьма неэффективен.

Получаемый при этом электродный материал не удовлетворителен в отношении качества соединения составляющих его слоев.

Известные способы соединения барьерного слоя и анода, например: путем соединения заклепками (3), с помощью каландрирования (4), точечной сваркой (5), с помощью зубчатых насечек (6), не исключает возможности попадания электролита между подложкой и анодом и обеспечивают контакт лишь в отдельных точках. Первое требует принятия ряда специальных мер, а последнее повышает внутреннее сопротивление биполярного электрода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является биполярный электрод, содержащий слой сплава магния, токопроводящую основу из серебра и катодный слой, в котором электродные слои соединены путем прижима соединяемых поверхностей в вакууме с нагревом (7). Однако и в этом электроде не достигается идеальный контакт. Это происходит из-за наличия естественных окислов на поверхности анода, особенно .при использовании высокоактивных сплавов магния с ртутью и вследствии того, что истинная площадь контакта из-за неровностей поверхности составляет весьма малую долю от кажущейся площади соприкосновения. Поэтому, полученный таким способом электрод обладает сравнительно большим переходным сопротивлением.

Более того, резкое изменение физикохимических характеристик на границе слоев, в частности, коэффициентов термического расширения (19, 5.10 6 К для серебра и 25,4.10 6 К для магния), коэффициентов теплопроводности (1,096 Кал/см. с. С и 0,376 Кал/см. с С соответственно), а также некоторых других приводит к возникновению в материале термомеханических напряжениЯ, которые могут способствовать его короблению и расслаиванию, Таким образом, известный электродный материал и способ его получения обладает рядом существенных недостатков.

Таким недостатком можно считать и то обстоятельство, что применяемая в большинстве случаев в качестве основы фольга из серебра или посеребренной меди из за ограниченных возможностей технологии прокатки имеет толщину не менее 50 микрон, 5

4О

4 в то время как уменьшение этой толщины могло бы привести к экономии драгметаллов и снижению веса пассивных элементов конструкции источника тока, уменьшению их габаритов и, тем самым — к увеличению удельных электрических характеристик.

Толщина анодного материала, необходимая в ряде случаев в практике создания водоактивируемых батарей, составляет 0,2—

0,3 мм. Однако, получение проката магнийртутного сплава подобной толщины традиционными металлургическими способами ограничено, как возможностями технологии прокатки, так и резким возрастанием стоимости.

Возможность получать более тонкие слои металлов дает известный способ, включающий испарение металлов в вакууме, их конденсацию на технологическую подложку и отслаивание от подложки (8). При этом способе возникают трудности при отслаивании подученного материала от технологической подложки из-за сравнительно высокого уровня адгезии на границе раздела, где в силу самого существа метода контакт оказывается молекулярным. Для преодоления этой трудности на поверхность подложки наносят пленки антиадгезина, каковым может быть вещество, существенно различным образом адгезирующее к веществам конденсатора и подложки. В процессе получения фольги поверхность пленки такого вещества служит в качестве рабочей поверхности подложки, что и дает возможность удержать усилия отслаивания в допустимых пределах. Нетрудно видеть, однако, что требования к веществу антиадгезива весьма специфичны и противоречивы, так что не во всех случаях их можно удовлетворить.

Затруднения с подбором антиадгезива возникают, в частности, и при получении магниевых конденсатов, поскольку магний весьма активный металл и как таковой хорошо сцепляется с большинством известных веществ. Целью настоящего изобретения является повышение технико-экономических показателей и улучшение электрических и эксплуатационных свойств электрода.

С этой целью между основой из серебра и слоем сплава магния с ртутью дополнительно введен промежуточный слой трехкомпонентного сплава магний-ртуть-серебро с плавно изменяющейся концентрацией вещества от чистого серебра до двухкомпонентного сплава магний-ртуть, когезионно связанный с основой из серебра и слоем сплава магний-ртуть, причем толщина промежуточного слоя составляет 1 — 10 /р от толщины основы, а толщина последней составляет 1 — бо/о от толщины слоя сплава магний-ртуть. Получают такой электрод, экспонируя технологическую подложку в вакууме не ниже !О 4 мм рт. ст, последовательно в потоках атомов серебра, и затем в смеси

656137

Формула изобретения юг!ИИПИ Заказ! 538/43 Тираж 922 Подписное

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная. 4 атомов магния и ртути, температуру подложки поддерживают в интервале 40 — 220 С, а потоки взаимно перекрывают на 1 — 10% длины зоны конденсации, после отслаивания полученную заготовку скрепляют с катодом.

Образование когезионного слоя между слоями электрода сводит к минимуму омическое сопротивление между ними, способствует равномерному токораспределению по всей площади биполярного электрода, снижает уровень тепловыделения и, тем самым повышает величину разрядного напряжения.

Снижение отношения толщин основы и анода до 0,01 — 0,06 приводит к уменьшению общего веса и габаритов источника тока, что обеспечивает повышение удельных электрических характеристик на 5 — 1Оо/>. Такая последовательность нанесения слоев исключает необходимость преодолевать адгезионные силы магния, что и облегчает условия отделения.

Таким образом, подслой серебра, служащий в условиях применения токопроводящей основой электрода, при получении предлагаемого электрода является своеобразным антиадгезивом. В отличие от известных воплощений процесса этот антиадгезив составляет часть получаемого свободного конденсата, а не технологической подложки.

Взаимное перекрытие атомных потоков серебра и магний-ртутной смеси в пределах 1 — 1Оо/0 длины зоны конденсации ооеспечивает образование промежуточного когезионного слоя в требуемом отношении к толщине основы из серебра. Монотонное изменение концентрации исключает резкое изменение физико-химических характерис- ÇÁ тик на границе серебряного слоя с магнийртутным сплавом.

Использование настоящего изобретения способствует сокращению трудозатрат и в значительной степени уменьшает количество технологических операций, одновременно и экономия серебра порядка 160 г/м .

В настоящее время в качестве электрохимического барьера используется двусторонне серебренная медная фольга и толщина слоя серебра на ней по условию получения доста- 45 точной сплошности составляет не менее 0,009 — 0,012 мм.

Таким образом, предлагаемый электродный материал, состоящий из активного анодного слоя из сплава магний-ртуть и барьерного подслоя из серебра, обладает в отличие

50 от известных электродных материалов того же назначения более высокими удельными электрическими и эксплуатационными характеристиками. Указанные преимущества обеспечиваются за счет когезионной связи б между составляющими электрод слоями, повышенного содержания активного ком онента и сокращения расхода драгметалла.

Биполярный электрод для первичного химического источника тока, содержащий анод в виде слоя сплава магния с ртутью, катод и токопроводящую основу из серебра, отличающийся тем, что, с целью повышения технико-экономических показателей и улучшения электрических и эксплу атационных свойств между основой и слоем сплава магния с ртутью дополнительного введен промежуточный слой трехкомпонентного сплава магний-ртуть-серебро с плавно изменяющейся концентрацией вещества от чистого серебра до двухкомпонентного сплава магний-ртуть, когезионно связанный с основой из серебра и слоем сплава магний-ртуть, причем толщина промежуточного слоя составляет 1 — 10% от толщины основы, а толщина последней составляет 1 — 6 /о от толщины слоя сплава магний-ртуть.

2. Способ получения биполярного электрода по п. 1, включающий испарение металлов в вакууме, их конденсацию на технологическую подложку и отслаивание от подложки, отличающийся тем, что, технологическую подложку в вакууме не ниже 10 4 мм рт. ст. последовательно экспонируют в потоках атомов серебра и затем— смеси атомов магния и ртути, температуру подложки поддерживают в интервале 40—

220 С, а потоки взаимно перекрывают на 1 — 10% длины зон конденсации, после отслаивания полученную заготовку скрепляют с катодом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кассюра В. П. и др. Водоактивируемые источника тока, Обзорная информация ТС вЂ” 22, M., «Информэлектро», 1974.

2. Вяткин И. П. и др. Рафинирование и литье первичного магния, М., «Металлургия», 1974. х 3. Патент США № 3288652, кл. 136 — 120

1966.

4. Патент Японии № 31085, кл. 57 ВО 1970.

5. Патент Японии Xа 3330, кл. 57 В 22.

1968.

6. Патент Японии № 25692, 57 В О, 1968.

7. Авторское свидетельство СССР № 261501 кл. Н 01 М 4/04, !969.

8. Патент CILIA № 3270381, кл. 164 †, 1966.