Химические источники тока с литиевым электродом - Кедринский И.А.
Скачать (прямая ссылка):
СССР МЭК АНСИ і Высота, мм ! Диаметр, мм
316 R 6 AA 49,0—50,5 13,5—14,5
400
332 R 10 440 S 35,75—37,3 20,0—21,5
343 .R 14 С 48,5—50,5 24,7—26,2
660
373 P 20 D ~~ 55(Г~ 59,5—61,5 32,2—34,2
иого ряда элементов по стандарту СССР, соответствующие по габаритным признакам аналогичным элементам по стандартам МЭК и АНСИ.
7.1.1, Достоинства и недостатки. Источники тока на базе электрохимической системы литий-диоксид серы, пожалуй,
в наибольшей степени из всех предложенных первичных элементов с литиевым анодом претендуют на универсальность своего использования с точки зрения широты спектра их применения, удовлетворения многообразию технических требований, изученности физико-химических процессов, протекающих в элементах, освоенности в опытном и серийном производствах, а также по уровню механизации и автоматизации технологических процессов (конкурентноспособными являются ХИТ на системе литий-тионилхлорид, по некоторым параметрам превосходящие, а по некоторым уступающие ли-тий-двуокисносерным элементам).
К достоинствам литий - дву оки с н осе р и ы х элементов относятся следующие характеристики:
а) высокие значения удельных параметров - энергии и мощности: " !
— по весовой и объемной энергии элементы Li/SOs достигают значений 330—340 Вт • ч/кг и 530—560 Вт -ч/дм3 соответственно;
—-по весовой и объемной мощности — значений 100 Вт/кг и 200 Вт/дм3;
б) широкий температурный диапазон применения от —600C до +700C (по сравнению с другими, традиционными, первичными элементами, которые мало пригодны уже при температуре ниже . —20°С, литий-диоксидсерные элементы способны функционировать при чрезвычайно низких температурах (ниже —500C) при удовлетворительной отдаче по емкости);
в) длительный срок сохранности элементов, который при нормальной температуре прогнозируется до 10 лет;
г) среди других положительных качеств рассматриваемых элементов можно отметить высокое разрядное напряжение элементов около 3,0 В по сравнению с 1,5 В у большинства общеупотребительных элементов, стабильную разрядную характеристику практически до полной отдачи емкости, отсутствие газовыделений при герметичном исполнении элементов.
К недостаткам литий-диоксидсерных элементов следует отнести работу их под давлением (0,3 МПа при нормальной температуре), возможность перегрева при коротких замыканиях, что вызывает необходимость установки специальных предохранительных устройств.
7.1.2. Состав электрохимической системы. При нормальной температуре диоксид серы — бесцветный газ с характер-
126
127
ным резким запахом. Температура кипения -~10,5°С, температура затвердевания — 75°С.
В элементе может использоваться в качестве электролита-окислителя чистый SO2, однако не очень высокое значение относительной диэлектрической проницаемости у двуокиси серы (12 при температуре —200C по сравнению с 36 у ацето-нитрила при комнатной температуре) не дает возможности получить приемлемую для практических задач электропроводность раствора. В связи с этим используется смесь SO2 с органическими добавками, в качестве которых применяют ацетонитрил (АН) или смесь ацетонитрила с пропиленкар-бонатом (ПК). Диоксид серы имеет хорошую растворимость в АН (0,6 моль/моль АН при нормальной температуре).
Надо сказать, что при контакте лития с чистым ацето нитрилом уже при комнатной температуре протекает экзотермическая реакция между АН и литием, при этом образуются токсичные цианистые соединения. Добавка к АН даже небольших количеств SO2 полностью тормозит этот процесс за счет возникновения на поверхности лития защитной пленки дитионита лития Li2S2O*.
Для приготовления электролита (обеспечения электропроводности раствора) в смеси SO2 + АН растворяют галоидные если лития (например, LiBr) либо литиевые соли с комплексными анионами (LiAlCl4, LiAsF6, LiClO4, LiBF4 и др.).
В практике наиболее распространен следующий состав электролита-окислителя: 70—75% (объемных) SO2 + 22 — 17%-ный АН + 8%-ный ПК+1,8 моль/дм3 К-Вч. В неразряженном элементе внутреннее давление паров жидкого SO2, составляет 0,3—г0,4 МПа при 21° С; при температуре 700C давление достигает 1,5 МПа. В процессе разряда по мере расходования диоксида серы давление в элементе уменьшается.
Проводимости электролита 5,5 См -см-1 при 5O0C достаточно высокая и при уменьшении температуры от +5O0C до —5O0C снижается примерно в 2,5 раза, а при уменьшении от комнатной до —50°С менее, чем в 2 раза [2]. Такое умеренное снижение проводимости с температурой является основой высокоскоростного разряда литий-диоксидсерных элементов и хороших-разрядных характеристик при низких температурах. Небольшое уменьшение проводимости с понижением температуры связано с благотворным влиянием диоксида серы, вязкость которого меняется незначительно от температуры.
В качестве положительного электрода в системе Li/S02 используется высокопористый угольный электрод, выполняют
128
щий-рель проводника электронов, на .поверхности которого происходит процесс восстановления диоксида серы.
7.1.3. Конструктивно-технологические особенности элемента. Наличие внутреннего давления при работе элемента обусловливает наиболее оптимальную с точки зрения прочностных характеристик конструкцию литий-диоксидсерных химических источников тока цилиндрического типа, выполняемых, в двух вариантах. В первом — в цилиндрический стальной корпус по периферий запрессовывается кольцевой литиевый анод, а в центре располагается цилиндрический прессованный пористый угольный катод, отделяемый от анода полипропиленовым сепаратором. Такая конструкция проста и технологична в изготовлении, демонстрирует высокие значения удельной энергии, но. низкую способность к высокоскоростному разряду, т. е. обладает • низкой электрической г , мощностью.
