Патент на изобретение №2359369

(54) ЦИНКОВЫЙ АККУМУЛЯТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к изготовлению аккумуляторов и нормальных элементов. Согласно изобретению в цинковом аккумуляторе объемный положительный электрод в разряженном состоянии аккумулятора является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль сульфида цинка:1 моль сульфида меди, с добавлением порошка графита в качестве объемного токосъемника и использованием электролита из водного раствора хлорида цинка постоянного состава. Техническим результатом является технологическая простота и дешевизна.

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к изготовлению аккумуляторов и нормальных элементов.

Из уровня техники известны цинковые аккумуляторы, где положительный электрод состоит из смеси серебра и его оксида [В.В.Стендер. Прикладная электрохимия. Издательство Харьковского университета, 1961 г., 541 стр.]. Использование серебра в цинковых аккумуляторах значительно увеличивает их стоимость, что не позволяет широко использовать в электротехнических изделиях.

Известны аккумуляторы с нерасходуемым твердым электролитом [Дж.Садуос, А.Тилли. Сернонатриевые аккумуляторы. Издательство Мир, 1988 г., 672 стр.]. Таким аккумулятором является натрий-серный аккумулятор, с использованием в качестве твердого электролита -глинозем или спецстекло. Температура использования и хранения таких аккумуляторов составляет более 300°С. Все существующие аккумуляторы дороги по используемым материалам или по сложности изготовления и эксплуатации.

Натрий-серный аккумулятор наиболее близок, по принципу функционирования, к предлагаемому цинковому аккумулятору.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании аккумулятора нового типа с водорастворным электролитом постоянного состава.

Техническим результатом изобретения является замена в положительном электроде цинкового аккумулятора оксида серебра на сульфид меди.

Технический результат достигается тем, что в цинковом аккумуляторе с водорастворным электролитом и отрицательным электродом из амальгамы цинка согласно изобретению объемный положительный электрод в разряженном состоянии аккумулятора является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль сульфида цинка:1 моль сульфида меди с добавлением порошка графита в качестве объемного токосъемника и использованием электролита из водного раствора хлорида цинка постоянного состава.

Принципиальная особенность – постоянство состава электролита [водного раствора хлорида цинка ZnCl₂] в процессах заряда и разряда аккумулятора, в ходе которых происходит изменение состава положительного электрода и изменение массы отрицательного цинкового электрода.

Объемный положительный электрод в разряженном аккумуляторе является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль ZnS:1 моль Cu₂S.

В качестве объемного токосъемника добавляется порошок графита (или толченого кокса или угля).

При этом молекулы Cu₂S являются акцепторами атомов серы при их отрыве от ZnS.

Токообразующая реакция данного процесса:

– на отрицательном электроде Zn⁺²+2е^–=Zn

– на положительном электроде 2Cl^–+ZnS+Cu₂S=2е^–+ZnCl₂+2CuS

итоговая реакция: ZnS+Cu₂S=Zn+2CuS.

Термодинамический потенциал этой реакции G(20°C)=158,38 кДж/моль.

Отсюда получаем, что напряжение равно 1,0 В.

Электрические параметры процесса заряда в лабораторном опыте

Удовлетворительное качество образующегося металла (его плотность и химическая чистота) достигалась при межэлектродном расстоянии >1÷2 см [Патент РФ 2307202, опубл. 27.09.2007. Бюл. 27].

В данном процессе отсутствует возможность загрязнения медью получаемого цинка (даже при высоком напряжении электролиза). Действительно, при U>1,7 В термодинамически разрешенной является токообразующая реакция с образованием CuCl₂

Однако образующийся CuCl₂ (р) взаимодействует с ZnS из положительного электрода по следующей самопроизвольной реакции

CuCl₂(p)+ZnS=ZnCl₂(p)+CuS

C(20°C)=-115,45 кДж/моль.

Поэтому медь не появляется на отрицательном электроде даже при U>1,7 В.

Предложенный цинковый аккумулятор технологически прост и намного дешевле традиционного цинкового аккумулятора из-за отсутствия серебряного положительного электрода.

Кроме того, создаваемые плотности тока близки к току короткого замыкания известного свинцового аккумулятора. Поэтому возможна замена свинцового аккумулятора предложенным цинковым аккумулятором.

Формула изобретения

Цинковый аккумулятор с водорастворным электролитом и отрицательным электродом из амальгамы цинка, отличающийся тем, что объемный положительный электрод в разряженном состоянии аккумулятора является смесью порошков сульфида цинка и сульфида меди в соотношении 1 моль сульфида цинка:1 моль сульфида меди, с добавлением порошка графита в качестве объемного токосъемника и использованием электролита из водного раствора хлорида цинка постоянного состава.