Химические источники тока с литиевым электродом - Кедринский И.А.
Скачать (прямая ссылка):
Предлагается также батарея с электродами биполярной конструкции, соединенными последовательно электрически и по электролиту — параллельно. Для обеспечения протока катодные пластины, к которым приварены катодные сетки, имеют ребра. Эти ребра образуют каналы для электролита. К обратной стороне катодной пластины плотно крепится анод, имеющий на поверхности изолирующую плегщу. В месте крепления анода должны быть обеспечены хороший электрический контакт*и надежная герметизация прилегающих поверхностей во избежание затекания электролита между ними. Способы соединения лития с металлом и технология подготовки поверхности металла заключаются [14] в травлении токоотвода в смеси кислот,, последующей отмывке кислоты и продуктов травления, сушке и холодной на-прессовке, лития со специально подготовленной поверхностью на токоотвод с получением прочного соединения типа сварки.
В качестве токоотводов часто используется нержавеющая сталь (например, типа ОХ18Н10Т по стандартам СССР) в виде ленты, фольги, профилированной пластины и т. д. Перед травлением поверхность металла обезжиривается органиче-
Рис. 9.5. Самопрокачиваемый элемент: 1 — корпус; 2 — анод; 3 — сетчатый катод; 4 — электролит; 5 — трубка соединительная;
6 — резервуар охлаждения; 7 — клапан выходной; 8 — трубка входная
184
скимн растворителями. Характерные растворы для этого содержат 12—17%-ную соляную и 28—38%-ную азотную кислоты. Время травления 0,5—1,0 ч, предпочтительная температура травления 20—3O0C После травления — промывка дистиллированной водой для очистки от кислоты и осадков с поверхности, затем сушка на воздухе. Напрессовку осуществляют в сухом аргоне. Поверхность лития перед напрессовкой зачищается шкуркой, шабером или срезается вручную, или на машине. Давление прессования от 0,1 до 2 кг/см2, время 1—5 с. ¦Для проверки качества соединения и правильности выбора режимов технологии литий отрывается от токоотвода. Соединение считается хорошим, если частицы лития после отрыва остаются на поверхности металла.
Число собираемых в пакет биполярных электродов зависит от требуемого напряжения. С краев пакета монтируются-соответственно отрицательные и положительные полуэлементы с токоотвода мп.
Этот принцип построения многоэлементных батарей, известный и успешно используемый в ХИТ -магний-хлорсеребря-ной, серебряно-цинковой системах и др. [15], нашел широкое ¦применение при разработке ХИТ с литиевым анодом и водным электролитом и, в частности, для источников тока морского применения. В этом случае забортная вода используется и как катодный реагент, и как разбавитель электролита — раствора гидроокиси лития, который в противном случае будет увеличивать свою концентрацию за счет растворения лития, что приведет к падению генерируемой мощности. Различные типы батарей системы литий—вода, предназначенные для силового питания подводных морских устройств и самоходных объектов, разрабатываются [21, 22] с использованием конструкции батарей с биполярными электродами, работающими в условиях протока щелочного электролита.
9.1.3. Характеристики и параметры системы. Основной объем исследований, проведенных по системе литий — вода, посвящен именно созданию ХИТ с проточным, частично циркулирующим электролитом. На малоразмерных проточных элементах получены закономерности, описывающие энергетические возможности этой системы от эксплуатационных параметров по электролиту и режимов использования. Показано, что растворение лития в водных средах идет через образование пленки и ее последующее химическое растворение. В том случае, когда скорость образования пленки превысит ее раст-
185
воренне, наступает явление пассивации, при котором возникает быстрая поляризация анода, плотность тока анодного растворения выходит за предельное значение, а разрядное напряжение элемента падает (рис. 9.6).
Поскольку скорость химгь
U(cdjcd$\
P и с. 9.6. Поляризационные характеристики литиевого элемента при 24° С и концентрации 3 M LiOH: 1 —поляризация литиевого анода; 2 — напряжение элемента; 3 — поля-
ческого растворения гидроксида пленки с поверхности увеличивается с ростом температуры и уменьшением концентрации раствора, то величина предельного тока также находится в этой же зависимости.
При исследовании работы элементов и кинетики растворения анодных продуктов установлено [23], что скорость анодного процесса определяется не растворением гидроксида, а диффузией продуктов окисления, то есть скоростью отвода гидроксида лития от по-
ризация никелевого катода верхности электрода. Однако существует также точка зрения, что анодный процесс для лития лимитируется не растворением гидроксида лития, не скоростью отвода его в объем электролита, а переносом воды через пленку [24, 25]. Скорость этого процесса определяется [24] по формуле
FD
С
H2Oy
' где D— эффективный коэффициент диффузии воды в пленке,
Ch2O— концентрация воды в объеме электролита, I— толщина пленки.
Существует предположение [26], что лимитирующими факторами могут выступать как перенос воды через пленку, так и диффузия продуктов реакций. Эти вопросы, по-видимому, требуют уточнения.
