Химические источники тока с литиевым электродом - Кедринский И.А.
Скачать (прямая ссылка):
При изготовлении положительных электродов существенное значение имеют требования, предъявляемые к ним:
высокоразвитая поверхность; низкое электрическое сопротивление электрода; хорошие механические свойства (эластичности, .прочность и др.).
лля формирования лент положительного электрода ис-пс.льзуюгоя прокатка, пастнрованне. В обоих случаях берется смесь сажи с графитом и связующим на основе тефлона, фторопласта или полипропилена, наносимая на сетчатую металлическую основу.
130
131
Для создания положительного электрода, удовлетворяющего всем требованиям, необходимо решить задачу на оптимизацию многих параметров, в частности, по соотношению применяемых компонентов, размеру частиц, плотности, электропроводности, электрохимической активности, адгезии, прочности и мн. др.
Особенности приготовления'электролитов связаны с чрезвычайно высокой гигроскопичностью органических растворителей. Присутствие влаги в электролите, как следует из предыдущих глав, должно быть минимально возможным. В связи с этим перед приготовлением электролита производится тщательное обезвоживание каждой из его составных частей. Зачастую этот процесс является многоступенчатым с применением различных методов: ректификационных колонок, непосредственно щелочных металлов, молекулярных сит и др. Для обезвоживания солей проводят термический нагрев с ва-куумированием.
Тщательно обезвоженные составные части электролита затем смешивают в специальных герметичных сосудах. Приготовленный таким образом электролит используется для окончательной заправки собранных элементов.
Как видно из рассмотренных случаев, технологический процесс изготовления литиевых элементов представляет собой непростую задачу [3].
7.1.4. Электрические и эксплуатационные характеристики.
Напряжение разомкнутой цепи элемента Li/SO2 составляет 2,95 В.
Типичные разрядные характеристики элементов Li/SO? при температуре 21° С представлены на рис. 7.2. Элемент Li/S02 характеризуют высокое значение рабочего напряжения и хорошая стабильность разрядных кривых.
Одна из особенностей элемента Li/S02 — его способность эффективно разряжаться в широком диапазоне уровней мощности — от высоких плотностей тока (например, при двухчасовом разряде) до медленных как прерывистых, так и непрерывных разрядов в течение длительного периода (более двух лет), со стабильным напряжением даже при предельных уровнях мощности.
При температуре 21° С удельная энергия элемента Li/S02 в 2—4 раза выше удельной энергии обычных цинковых и магниевых элементов. При более низких температурах это различие становится еще ощутимее. Так, например, обычные эле-
132
3.0 2.0 1.0 о
\ \
-ті 2.5Я. \ \ і
О 10 20 30 АО 50 60 %ч
P и с. 7.2. Типичные разрядные характеристики элементов Li/S02 при температуре 21° С
1/,3 3,0 2,0
1.0
-WC'-29'C'WC 4ре-?1'а Разряд при /02
/О 20 57 Т. V
P и с. 7.3. Разрядные характеристики элементов L!/S02 размера D при
различных температурах
1 12 37/0 203d5070W2MMR1Om
P и с. 7.4. Разрядные характеристики элементов Li/S02 в функции температуры и нагрузки
Рис. 7.5. Сохранность элементов: 1 — литий-диоксидсерный (герметичный) ; 2 — литий-ди-оксидсерный (завальцо-ванный);.. 3 — магниевый; 4 — цикл — воздушный
менты прекращают функционировать уже при температурах ниже —18°С, в то время как элементы Li/S02 даже при —400C все еще отдают приблизительно 50% энергии от ее значения при комнатной температуре. Лишь ртутно-цинковый, выделяющийся своей высокой объемной удельной энергией, приближается к возможностям литиевого'элемента при температуре 21°С, однако характеристики ртутно-цинкового элемента быстро падают при понижении температуры.
Элементы LiZSO2 проявляют хорошую работоспособность в широком температурном диапазоне от—60° до +700C и выше. Разрядные кривые для элементов L1/SO2 размера D при различных температурах представлены на рис. 7.3. Особенностью их является стабильность рабочего напряжения в широком диапазоне температур и высокий процент испрльзова-
133
Ния емкости при предельно низких температурах по сравнению с температурой 21°С
Как и для всех элетрохимических систем, емкость элемента L1/SO2 зависит от мощности разряда. На рис. 7.4 разрядная емкость представлена в функции нагрузки и температуры. Преимущество разряда малыми токами очевидно, однако даже при больших плотностях тока реализуется высокий процент емкости как при температурах 21 °С, так к при предельных температурах.
Элементы LiASO2 выделяются своими хорошими характеристиками сохранности даже при такой температуре, как 72°С? Данные по сохранности элементов L1/SO2 при различных температурах представленьГна рис. 7.5, там же приведены сравнительные данные для некоторых традиционных элементов.
Большинство первичных элементов теряет емкость вследствие саморазряда, коррозии анода, побочных химических реакций и от потерь влаги. За исключением магниевого элемента, большинство обычных первичных элементов не могут храниться при температуре свыше 50° С и должны быть в случае длительного периода хранения помещены в условия пониженных температур. Литий-диоксидсерные элементы изготавливаются в герметичном исполнении, а процессы саморазряда ограничены образованием на поверхности литиевого анода защитной пленки. Вследствие этого потери емкости в процессе хранения элементов LiISO2 минимальны. Пятилетние испытания по сохранности на более ранних завальцованных элементах показали потери емкости около 25%, причем большая часть этих потерь обусловлена утечками SO2 через завальцо-ванное соединение. Для элементов, герметизация крышки с корпусом у которых проведена сваркой, предполагается пятилетняя сохранность с потерей емкости меньше 5—10% [2]. При повышенных температурах после одного года хранения потери емкости составляют менее 35% при 72°С ^ 20% при 55° С. Как следует из рис. 7.5, скорость потери емкости выше в начальный период и значительно уменьшается по мере возрастания времени хранения.
