×
10.12.2015
216.013.967b

МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к химическим источникам тока с газодиффузионным воздушным катодом, металлическим анодом и водными растворами электролитов. Металло-воздушный источник тока содержит корпус, заполненный электролитом, размещенный внутри него металлический анод, газодиффузионные воздушные катоды, расположенные по обе стороны металлического анода. При этом газодиффузионные воздушные катоды имеют центральные поперечные изгибы и отделены от металлического анода проницаемыми для электролита пористыми сепараторами, изготовленными из материала с высоким омическим сопротивлением. Металлический анод имеет форму прямоугольного параллелепипеда, сопряженного с клином, и опирается клином на упомянутые пористые сепараторы. Предложенный металло-воздушный источник тока обладает повышенной удельной емкостью, стабильными характеристиками и увеличенным ресурсом работы, поскольку позволяет увеличить отношение массы растворяющейся части металлического анода к объему электролита, а следовательно, удельную энергоемкость и время работы источника тока без замены металлического анода. 10 ил., 2 пр.
Основные результаты: Металло-воздушный источник тока, содержащий корпус, заполненный электролитом, размещенный внутри него металлический анод, газодиффузионные воздушные катоды, расположенные по обе стороны металлического анода, отличающийся тем, что газодиффузионные воздушные катоды выполнены с центральными поперечными изгибами и отделены от металлического анода проницаемыми для электролита пористыми сепараторами, изготовленными из материала с высоким омическим сопротивлением, а металлический анод имеет форму прямоугольного параллелепипеда, сопряженного с клином, и опирается клином на пористые сепараторы.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области электротехники, а именно к химическим источникам тока с газодиффузионным воздушным катодом, металлическим анодом и водными растворами электролитов, в том числе к воздушно-алюминиевым или воздушно-цинковым источникам тока. Существующая проблема: при работе источника тока, в котором используются цельнометаллические аноды или прессованные аноды из порошкового металла, в процессе растворения анодного материала происходит увеличение межэлектродных зазоров (расстояния между металлическим анодом и газодиффузионными воздушными катодами), что сопровождается увеличением омических потерь внутри источника и, как следствие, приводит к снижению удельной емкости и временного ресурса работы источника тока.

Задачей изобретения является создание металло-воздушного источника тока (МВИТ), обладающего повышенной удельной емкостью, стабильными характеристиками и увеличенным ресурсом работы.

Поставленная задача решается за счет применения газодиффузионных воздушных катодов с центральным поперечным изгибом, расположенных по обе стороны металлического анода, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда, сопряженного с клином. Газодиффузионные воздушные катоды отделены от металлического анода разделителем в виде пористого сепаратора, при этом металлический анод опирается клином на сепараторы и по мере растворения погружается в электролит под действием собственного веса. В ячейке с предложенным расположением и формой электродов достигается постепенное относительно равномерное растворение анода, при котором часть анода, расположенная между катодами, сохраняет свою форму, а размеры межэлектродных зазоров остаются неизменными, что позволяет увеличить отношение массы растворяющейся части анода к объему электролита, а следовательно, удельную энергоемкость и время работы источника тока без замены анода.

Известно устройство (патент РФ №2127932, Н01М 12/06, Н01М 10/42, 1996), содержащее корпус, заполненный электролитом, размещенный внутри него металлический анод и газодиффузионные воздушные катоды, расположенные по обе стороны металлического анода на определенном расстоянии параллельно рабочим поверхностям металлического анода, причем металлический анод имеет плоскую прямоугольную форму, а в нижней части корпуса расположена камера для сбора анодного шлама.

Недостатками этого технического решения являются пониженные удельная емкость и временной ресурс работы источника тока, что связано с ограниченным отношением массы растворяющейся части металлического анода к объему электролита, а также с нестабильностью таких характеристик, как ток, напряжение и температура, вызванной существенным изменением размеров металлического анода по мере его растворения.

Представляется интересным техническое решение, приведенное в статье (Shaohua Yang, Weiqian Yang, Gongquan Sun, Harold Knickle. 2006. Secondary current density distribution analysis of an aluminum-air cell // J. Power Sources. - Vol. 161. - P. 1412-1419), в которой численно исследовалась зависимость плотности тока от расстояния между металлическим анодом и газодиффузионными воздушными катодами (межэлектродных зазоров), расположенными по обе стороны металлического анода. Металлический анод имеет клинообразную плоскую форму. В статье отмечено, что наличие начальной неравномерности межэлектродных зазоров вызывает неравномерное растворение металлического анода, таким образом, что преимущественно растворяется та его часть, что находится ближе к газодиффузионному воздушному катоду. В результате металлический анод как бы приспосабливается к газодиффузионным воздушным катодам, и автоматически формируется устойчивый межэлектродный зазор, не зависящий от степени растворения металлического анода. Однако в статье не рассматриваются варианты практической реализации изложенной концепции. В частности, не обсуждается ни система подачи металлического анода, ни способ поддержания заданного межэлектродного зазора.

Наиболее близким к заявленному устройству является топливный элемент (патент US №20120293110, Н01М 8/22; H02J 7/00, 2012), содержащий корпус, заполненный электролитом, размещенный внутри него металлический анод и газодиффузионные воздушные катоды, расположенные по обе стороны металлического анода параллельно рабочим поверхностям металлического анода, при этом металлический анод имеет клинообразную плоскую форму, а для сохранения определенного межэлектродного зазора размещены тефлоновые разделители (спейсеры). Такая конфигурация по замыслу авторов обеспечивает повышение удельных характеристик топливного элемента.

Недостатками этого технического решения являются:

1) ограниченное отношение массы растворяющейся части металлического анода к массе электролита, что предопределяет незначительный ресурс работы топливного элемента до замены металлического анода;

2) в предлагаемой конструкции по мере растворения металлического анода существенно уменьшается его рабочая поверхность, что приводит к значительному повышению внутреннего сопротивления топливного элемента, и как следствие к снижению удельной емкости и временного ресурса работы топливного элемента;

3) в местах размещения спейсеров металлический анод оказывается изолированным по токообразующей реакции, и кроме того, создаются застойные зоны в электролите, что вызывает накопление осадка в межэлектродном зазоре; по этим причинам в работающем топливном элементе происходит неравномерное растворение металлического анода, что приводит к снижению удельной емкости и временного ресурса работы топливного элемента предложенной конструкции.

Задачей изобретения является создание металло-воздушного источника тока (МВИТ), обладающего повышенной удельной емкостью, стабильными характеристиками (ток, напряжение, температура) и увеличенным ресурсом работы.

Поставленная задача решается тем, что в металло-воздушном источнике тока, содержащем корпус, заполненный электролитом, размещенный внутри него металлический анод, газодиффузионные воздушные катоды, расположенные по обе стороны металлического анода, согласно изобретению газодиффузионные воздушные катоды имеют центральный поперечный изгиб и отделены от металлического анода проницаемыми для электролита пористыми сепараторами, изготовленными из материала с высоким омическим сопротивлением, а металлический анод имеет форму прямоугольного параллелепипеда, сопряженного с клином и опирается клином на пористые сепараторы.

В ячейке с предложенным расположением и формой металлического анода и газодиффузионных воздушных катодов и пористыми сепараторами достигается постепенное относительно равномерное растворение металлического анода. При этом металлический анод по мере растворения погружается в электролит под действием собственного веса таким образом, что часть металлического анода, расположенная между газодиффузионными воздушными катодами, сохраняет свою форму, а межэлектродные зазоры остаются неизменными, что позволяет увеличить отношение массы растворяющейся части металлического анода к объему электролита, а следовательно, удельную энергоемкость и время работы источника тока без замены металлического анода. Устойчивый межэлектродный зазор обеспечивает также стабильность таких характеристик, как ток, напряжение и температура.

На фиг. 1 представлен общий вид (поперечный разрез) металло-воздушного источника тока (МВИТ). На фиг. 2 - рабочая ячейка МВИТ. На фиг. 3 - фотография алюминиевого анода до начала работы МВИТ. На фиг. 4 - фотография алюминиевого анода после завершения работы МВИТ (соотношение зазоров между поверхностями газодиффузионных воздушных катодов в областях с изгибом (узкий зазор) и без изгиба (широкий зазор) равно 1:2,5). На фиг. 5 - алюминиевый анод после завершения работы МВИТ (соотношение зазоров между поверхностями газодиффузионных воздушных катодов в областях с изгибом и без изгиба равно 1:3,2). На фиг. 6 - разрядная кривая рабочей ячейки МВИТ (разряд на нагрузку 0,3 Ом). На фиг. 7-10 - фотографии, показывающие изменение положения алюминиевого анода со временем при непрерывном разряде рабочей ячейки на постоянную нагрузку (фотографии сделаны с разницей по времени 48 ч).

Металло-воздушный источник тока содержит основной бак 1, заполненный электролитом, бак уровня 2, обеспечивающий заданный уровень электролита 3, металлический анод 4, помещенный в герметичный корпус 5 и опирающийся клином на пористые сепараторы 7, отделяющие газодиффузионные воздушные катоды 6 от металлического анода 4, анодный токоотвод 8 и катодный токоотвод 9.

Металло-воздушный источник тока работает следующим образом.

Пример 1. Описанная схема МВИТ была реализована в рабочей ячейке с общим объемом электролита (4М NaOH+0,02М Na2Sn(OH)6), равным 3 л, алюминиевым анодом массой 0,350 кг и общей площадью газодиффузионных воздушных катодов 0,004 м2. Разряд рабочей ячейки осуществлялся через постоянную резистивную нагрузку 0,3 Ом, обеспечивающую рабочую плотность тока разряда на уровне 1000 А/м2.

На фиг. 3 приведены фотографии алюминиевого анода до начала работы МВИТ. В процессе работы МВИТ происходила выработка алюминиевого анода и начиналось выпадение из раствора гидроокиси алюминия в основной бак. Нижняя часть алюминиевого анода под действием собственного веса оставалась прижатой через пористый сепаратор к газодиффузионным воздушным катодам, формируя устойчивый межэлектродный зазор, не зависящий от степени растворения алюминиевого анода, что обеспечивало стабильность рабочих характеристик (ток, напряжение, температура), а верхняя часть опускалась по мере выработки алюминиевого анода. В конце работы МВИТ алюминиевый анод вырабатывался более чем на 85%, а отработанный электролит представлял собой густую белую пасту из гидроокиси алюминия, осажденную в основном баке, и небольшое количество жидкости с взвешенным осадком в рабочей ячейке. Фотографии алюминиевого анода после завершения работы МВИТ представлены на фиг. 4. Последовательное изменение положения алюминиевого анода со временем работы МВИТ зафиксировано на фотографиях, приведенных на фиг. 7-10. Снимки сделаны с разницей по времени в 48 ч на протяжении 8 суток работы МВИТ. На фиг. 6 показана разрядная характеристика рабочей ячейки МВИТ, демонстрирующая работу ячейки практически без изменения разрядных характеристик вплоть до выработки большей части алюминиевого анода и остановки работы МВИТ. Энергоемкость рабочей ячейки МВИТ в приведенном примере составила 900 Вт·ч. Следовательно, при общей массе алюминиевого анода и электролита, равной 3,8 кг, удельная энергоемкость ячейки оказывается равной 237 Вт·ч/кг, что более чем в 5 раз превышает удельную энергоемкость стандартного свинцового аккумулятора (около 40 Вт·ч/кг).

Пример 2. Выбор сбалансированного соотношения зазоров между поверхностями газодиффузионных воздушных катодов в областях с изгибом (узкий зазор) и без изгиба (широкий зазор) позволяет достигнуть практически полной выработки алюминиевого анода (фиг. 4). В примере 1 это соотношение было установлено равным 1:2,5, а минимальное значение зазора в области с изгибом было равно 1 см. При выборе иного соотношения зазоров может происходить неполная выработка алюминиевого анода и проскальзывание части алюминиевого анода мимо рабочей области ячейки. На фиг. 7-10 приведена фотография анода отработавшего в ячейке МВИТ при соотношении зазоров, равном 1:3,2. Условия разряда и прочие характеристики рабочей ячейки были такие же, как в примере 1. В этом случае из-за проскальзывания алюминиевого анода энергоемкость рабочей ячейки МВИТ составила 580 Вт·ч, что существенно ниже приведенной в примере 1, однако и в этом случае достигнутая удельная энергоемкость почти в 4 раза превысила удельную энергоемкость стандартного свинцового аккумулятора.

Приведенные примеры показывает, что предложенный химический источник тока с металлическим анодом и газодиффузионными воздушными катодами может быть реализован с достижением заявленного технического результата.

Металло-воздушный источник тока, содержащий корпус, заполненный электролитом, размещенный внутри него металлический анод, газодиффузионные воздушные катоды, расположенные по обе стороны металлического анода, отличающийся тем, что газодиффузионные воздушные катоды выполнены с центральными поперечными изгибами и отделены от металлического анода проницаемыми для электролита пористыми сепараторами, изготовленными из материала с высоким омическим сопротивлением, а металлический анод имеет форму прямоугольного параллелепипеда, сопряженного с клином, и опирается клином на пористые сепараторы.
МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА
МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА
МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА
МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА
МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА
МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА
МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА
МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА
МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА
МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-30 of 101 items.
27.12.2014
№216.013.14ae

Способ повышения устойчивости и эффективности процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки

Изобретение относится к теплоэнергетике, а более конкретно, к способу устойчивости и эффективности процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки. Способ включает формирование и стабилизацию вихревого потока. Формирование вихревого потока осуществляют за счет симметричного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536718
Дата охранного документа: 27.12.2014
27.12.2014
№216.013.16ec

Способ получения сложных эфиров амиловых спиртов

Изобретение относится к способам получения сложных эфиров амиловых спиртов и простейших карбоновых кислот C-C. В качестве сырья используют спиртосодержащие отходы производства капролактама. Способ включает этерификацию спиртосодержащих отходов производства капролактама простейшими карбоновыми...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537292
Дата охранного документа: 27.12.2014
10.01.2015
№216.013.17ce

Способ триангуляционного измерения толщины листовых изделий

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для автоматизации процессов контроля и сортировки листового проката и других подобных изделий. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения толщины листового изделия. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537522
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.02.2015
№216.013.2867

Способ использования и утилизации соломы злаковых культур

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ включает извлечение полезного продукта, преимущественно растворимых биоусвояемых сахаров, и последующую утилизацию лигноцеллюлозных отходов. При извлечении полезного продукта солому злаковых культур подвергают глубокой переработке, а именно:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541800
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2ada

Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике, и может быть использовано для неинвазивной лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний. Для этого проводят исследование биологической жидкости пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии, определяют диагностический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542427
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.04.2015
№216.013.3b54

Интенсифицированная испарительная система охлаждения светодиодного модуля

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к охлаждению тепловыделяющих элементов электронной аппаратуры. Технический результат - обеспечение высокоэффективного отвода тепла при минимальном значении сопротивления теплопередачи от каждого из собранных в модуль полупроводниковых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546676
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.04.2015
№216.013.46c3

Катализатор паровой конверсии углеводородов, способ его приготовления и способ паровой конверсии углеводородов с использованием указанного катализатора

Изобретение относится к области гетерогенного катализа и направлено на получение катализатора паровой конверсии углеводородов с повышенной термостойкостью и активностью с целью использования водородсодержащего газа в топливных элементах и в химическом синтезе. Катализатор паровой конверсии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549619
Дата охранного документа: 27.04.2015
20.05.2015
№216.013.4ca7

Испарительная система охлаждения светодиодного модуля

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к охлаждению тепловыделяющих элементов электронной аппаратуры. Технический результат - обеспечение высокоэффективного отвода тепла от каждого из собранных в модуль полупроводниковых светодиодов при минимальном значении сопротивления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551137
Дата охранного документа: 20.05.2015
10.07.2015
№216.013.60fc

Устройство передачи сигналов с частотной модуляцией и временным разделением каналов

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи информации с временным разделением каналов. Достигаемый технический результат - повышение информативности радиоканала за счет уменьшения влияния переходных помех на номинальное значение опорной несущей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556370
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.08.2015
№216.013.6a27

Комбинированный индукционно-дуговой плазмотрон и способ поджига индукционного разряда

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к плазмотронам, использующимся в плазмохимии и металлургии для проведения различных плазмохимических процессов. Комбинированный индукционно-дуговой плазмотрон дополнительно снабжен четырьмя подвижными электродами, попарно установленными в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558728
Дата охранного документа: 10.08.2015
Showing 21-30 of 77 items.
27.12.2014
№216.013.14ae

Способ повышения устойчивости и эффективности процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки

Изобретение относится к теплоэнергетике, а более конкретно, к способу устойчивости и эффективности процесса сжигания топлива в вихревой топке энергетической установки. Способ включает формирование и стабилизацию вихревого потока. Формирование вихревого потока осуществляют за счет симметричного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536718
Дата охранного документа: 27.12.2014
27.12.2014
№216.013.16ec

Способ получения сложных эфиров амиловых спиртов

Изобретение относится к способам получения сложных эфиров амиловых спиртов и простейших карбоновых кислот C-C. В качестве сырья используют спиртосодержащие отходы производства капролактама. Способ включает этерификацию спиртосодержащих отходов производства капролактама простейшими карбоновыми...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537292
Дата охранного документа: 27.12.2014
10.01.2015
№216.013.17ce

Способ триангуляционного измерения толщины листовых изделий

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для автоматизации процессов контроля и сортировки листового проката и других подобных изделий. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения толщины листового изделия. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537522
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.02.2015
№216.013.2867

Способ использования и утилизации соломы злаковых культур

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ включает извлечение полезного продукта, преимущественно растворимых биоусвояемых сахаров, и последующую утилизацию лигноцеллюлозных отходов. При извлечении полезного продукта солому злаковых культур подвергают глубокой переработке, а именно:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541800
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2ada

Неинвазивный способ лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике, и может быть использовано для неинвазивной лазерной нанодиагностики онкологических заболеваний. Для этого проводят исследование биологической жидкости пациента методом лазерной корреляционной спектроскопии, определяют диагностический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542427
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.04.2015
№216.013.3b54

Интенсифицированная испарительная система охлаждения светодиодного модуля

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к охлаждению тепловыделяющих элементов электронной аппаратуры. Технический результат - обеспечение высокоэффективного отвода тепла при минимальном значении сопротивления теплопередачи от каждого из собранных в модуль полупроводниковых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546676
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.04.2015
№216.013.46c3

Катализатор паровой конверсии углеводородов, способ его приготовления и способ паровой конверсии углеводородов с использованием указанного катализатора

Изобретение относится к области гетерогенного катализа и направлено на получение катализатора паровой конверсии углеводородов с повышенной термостойкостью и активностью с целью использования водородсодержащего газа в топливных элементах и в химическом синтезе. Катализатор паровой конверсии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549619
Дата охранного документа: 27.04.2015
20.05.2015
№216.013.4ca7

Испарительная система охлаждения светодиодного модуля

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к охлаждению тепловыделяющих элементов электронной аппаратуры. Технический результат - обеспечение высокоэффективного отвода тепла от каждого из собранных в модуль полупроводниковых светодиодов при минимальном значении сопротивления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551137
Дата охранного документа: 20.05.2015
10.07.2015
№216.013.60fc

Устройство передачи сигналов с частотной модуляцией и временным разделением каналов

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи информации с временным разделением каналов. Достигаемый технический результат - повышение информативности радиоканала за счет уменьшения влияния переходных помех на номинальное значение опорной несущей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556370
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.08.2015
№216.013.6a27

Комбинированный индукционно-дуговой плазмотрон и способ поджига индукционного разряда

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к плазмотронам, использующимся в плазмохимии и металлургии для проведения различных плазмохимических процессов. Комбинированный индукционно-дуговой плазмотрон дополнительно снабжен четырьмя подвижными электродами, попарно установленными в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558728
Дата охранного документа: 10.08.2015
+ добавить свой РИД