Патент на изобретение №2239260

(54) ЩЕЛОЧНО-СОЛЕВОЙ МЕМБРАННЫЙ АККУМУЛЯТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к источникам энергии, в частности к щелочно-солевым мембранным аккумуляторам. Техническим результатом изобретения является повышение электрических характеристик. Согласно изобретению щелочно-солевой мембранный аккумулятор представляет собой аккумулятор, в котором электроды погружены каждый в свой электролит (католит и анолит) и разделены химически стойкой перфторированной катионной мембраной.

Изобретение используется в качестве источника электрической энергии.

Сущность изобретения

Аккумулятор состоит из отрицательного электрода – цинка, погруженного в концентрированный водный раствор гидроксида натрия или калия, содержащий оксид или гидроксид цинка [1], и положительного электрода – углерода, помещенного в насыщенный раствор брома в концентрированном растворе бромида натрия или калия или в насыщенный раствор йода в концентрированном растворе йодистого натрия или калия. Катодное и анодное пространство разделены химически стойкой перфторированной катионной мембраной. Отрицательный электрод отделен от катионной перфторированной мембраны с помощью пористого сепаратора. Катодное пространство выполняется герметичным. Катодное и анодное пространство собраны в едином корпусе.

Для увеличения силы тока (токовой нагрузки), отбираемого от аккумулятора, и коэффициента использования активных масс цинковый электрод изготовляют из тонкой никелевой сетки, на которую осаждают порошкообразный цинк. Положительный электрод изготовляют из графита с нанесенным на него слоем графитового порошка. В качестве положительного электрода используются также платинированный титан.

Для подавления процесса электроосаждения цинка в виде длинных дендритов при заряде аккумулятора в анодное пространство в небольшом количестве могут вводиться поверхностно-активные вещества, блескообразующие добавки, органические соединения, образующие с ионами цинка комплексные соединения. Введение в раствор той или иной добавки для подавления процесса дендритообразования не должно нарушать работу аккумулятора.

С целью увеличения разности потенциалов комбинированного мембранного аккумулятора в анодное пространство вводится концентрированный раствор цианистого натрия или калия. В качестве катодного пространства используется концентрированный раствор хлорида натрия или калия, а положительным электродом является графит, или оксидно-рутениевый титановый анод, или платинированный титан. Для адсорбции выделяющегося в этом случае хлора используется активированный уголь.

Изобретение относится к вторичным химическим источникам тока и касается способа получения комбинированного мембранного аккумулятора.

Известен наиболее близкий к предлагаемому изобретению электрохимический элемент [2].

Целью изобретения является достижение на основе новой конфигурации сочетания электродов, электролитов и мембран максимального потенциала электродов, разности потенциалов, высокой удельной энергии, большого ресурса, компактности и сохранности аккумулятора, работающего в любом положении.

Аккумулятор собран в едином пластмассовом корпусе, предусматривающем выводы для электродов и отверстия для заливки электролитов. Катодное пространство герметизируется.

Данный аккумулятор отличается от известных ранее аккумуляторов:

– от свинцовых – более высокой удельной энергией благодаря более полному использованию веществ с более низкой плотностью и молекулярной массой,

– от наиболее распространенных никель-кадмиевых и никель-железных щелочных аккумуляторов – более высоким напряжением разомкнутой цепи (НРЦ) и удельной энергией; использование брома позволяет получить НРЦ больше, чем у серебряно-цинковых аккумуляторов,

– от ранее известного прототипа [2] – использование в качестве католита раствора брома в растворе бромида натрия или калия или раствора йода в растворе йодида натрия или калия вместо раствора серной кислоты позволяет повысить сохранность заряда и активных масс аккумулятора.

В предлагаемом аккумуляторе НРЦ=1,75-2,33 В.

Электрохимические процессы в мембранном аккумуляторе

В анодном пространстве (при разряде):

Zn+2NaOH=Zn(OH)₂+2Na⁺+2e^– (1)

В катодном пространстве (при разряде):

I₂+2e^–=2I^– (2)

Br₂+2e^–=2Br^– (3)

Суммарная реакция, учитывающая реакции в катодном и анодном пространствах (при разряде):

Zn+2NaOH+I₂=Zn(OH)₂+2Na⁺+2I^– (4)

Zn+2NaOH+Br₂=Zn(OH)₂+2Na⁺+2Br^– (5)

При заряде аккумулятора указанные реакции (1-5) идут справа налево.

При разряде токообразующими реакциями являются окисление цинка в растворе щелочи (1) и восстановление брома или йода в растворе бромида или йодида натрия (2), (3). Внутри аккумулятора при разряде ток практически полностью переносится ионами натрия, двигающимися от цинкового электрода к графитовому через перфторированную катионную мембрану.

Источники информации

1. Прикладная электрохимия. Под ред. д.т.н., проф. А.П.Томилова. – 3-е изд., перераб. – М.: Химия, 1984, 520 с.

2. Патент RU 2131633, 1999.

Формула изобретения

Щелочно-солевой мембранный аккумулятор, содержащий электролиты, электроды, сепараторы и ионообменную мембрану, отличающийся тем, что в качестве отрицательного электрода используется цинковый электрод, погруженный в концентрированный раствор гидроксида натрия или калия, содержащий оксид или гидроксид цинка, а в качестве положительного электрода используется графит, помещенный в концентрированный раствор йода в концентрированном растворе йодистого калия или натрия или в концентрированный раствор брома в концентрированном растворе бромистого натрия или калия, а для разделения католита и анолита используется катионная перфторированная мембрана.