×
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

Показаны записи 1-10 из 101.
27.07.2013
№216.012.5916

Способ сепарации низкокипящего компонента из смеси паров и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к нефтяной, газовой отраслям промышленности и может быть использована при разделении углеводородных смесей и сжиженных газов. Согласно способу сепарации низкокипящего компонента из смеси паров смесь подают в состоянии пароконденсата и закручивают внутри вертикальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488427
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.08.2013
№216.012.5dd6

Конденсационная котельная установка (варианты)

Изобретение относится к энергетике. Конденсационная котельная установка включает паровой котел с основным и байпасным газоходами, водяной экономайзер (ЭВ), конденсационный теплообменник-утилизатор теплоты продуктов сгорания топлива (КТУ), дымосос и дымовую трубу, а также поверхностный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489643
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.11.2013
№216.012.7f86

Способ бесконтактной оптико-лазерной диагностики нестационарных режимов вихревых течений и устройство для его реализации

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать потоки жидкости и газа. Изобретение основано на совместном использовании ЛДА и PIV. Устройство включает импульсный лазер с энергией импульса не менее 120 мДж, частотой срабатывания не менее 16 Гц, две CCD камеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498319
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.12.2013
№216.012.8dee

Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов и мусоросжигательный завод для его осуществления

Изобретение относится к области сжигания отходов или низкосортных топлив. Мусоросжигательный завод состоит из бункерного блока, блока сжигания ТБО во вращающейся печи барабанного типа, блока дымоочистки, блока водоподготовки и утилизации тепла, блока утилизации золы, который содержит плавильный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502017
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8def

Комплексная районная тепловая станция для экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов

Изобретение относится к области сжигания отходов или низкосортных топлив. Комплексная районная тепловая станция для экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов содержит 2 цеха: мусоросжигающий цех (МСЦ) и теплоцех, причем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502018
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.01.2014
№216.012.9d33

Трансформаторный плазматрон низкого давления для ионно-плазменной обработки поверхности материалов

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к трансформаторным плазмотронам низкого давления, и может быть использовано в микроэлектронике для обработки полупроводниковых материалов (плазменное травление, оксидирование, очистка поверхности и т.д.), осаждения тонких пленок, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505949
Дата охранного документа: 27.01.2014
10.02.2014
№216.012.9f7d

Оптический способ измерения мгновенного поля толщины прозрачной пленки

Способ может быть использован для бесконтактных, непрерывных измерений толщин прозрачной пленки. Способ включает направленное воздействие лучей света на пленку, их полное внутреннее отражение на границе раздела сред и последующую обработку отраженного света. Источник света помещают над пленкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506537
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.02.2014
№216.012.a2fb

Инжектор для криогенной жидкости

Изобретение относится к области криогенной и вакуумной техники и касается устройств дозированной выдачи криогенной жидкости в технологические зоны с высоким и сверхвысоким давлением. Инжектор криогенной жидкости включает узел ввода криогенной жидкости, криорезервуар и узел вывода криогенной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507438
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.04.2014
№216.012.afd9

Система охлаждения светодиодного модуля

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании эффективных систем охлаждения модулей мощных светодиодов. Технический результат - обеспечение высокоэффективного отвода тепла от расположенных на поверхности модуля полупроводниковых светодиодов при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510732
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b21e

Дезинтегратор для помола угля

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для помола угля в установках глубокой переработки угля в другие виды топлива. Дезинтегратор для помола угля содержит корпус 1, два вращающихся в противоположных направлениях и жестко закрепленных на полых горизонтальных валах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511314
Дата охранного документа: 10.04.2014
Показаны записи 1-10 из 77.
27.07.2013
№216.012.5916

Способ сепарации низкокипящего компонента из смеси паров и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к нефтяной, газовой отраслям промышленности и может быть использована при разделении углеводородных смесей и сжиженных газов. Согласно способу сепарации низкокипящего компонента из смеси паров смесь подают в состоянии пароконденсата и закручивают внутри вертикальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488427
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.08.2013
№216.012.5dd6

Конденсационная котельная установка (варианты)

Изобретение относится к энергетике. Конденсационная котельная установка включает паровой котел с основным и байпасным газоходами, водяной экономайзер (ЭВ), конденсационный теплообменник-утилизатор теплоты продуктов сгорания топлива (КТУ), дымосос и дымовую трубу, а также поверхностный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489643
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.11.2013
№216.012.7f86

Способ бесконтактной оптико-лазерной диагностики нестационарных режимов вихревых течений и устройство для его реализации

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать потоки жидкости и газа. Изобретение основано на совместном использовании ЛДА и PIV. Устройство включает импульсный лазер с энергией импульса не менее 120 мДж, частотой срабатывания не менее 16 Гц, две CCD камеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498319
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.12.2013
№216.012.8dee

Способ экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов и мусоросжигательный завод для его осуществления

Изобретение относится к области сжигания отходов или низкосортных топлив. Мусоросжигательный завод состоит из бункерного блока, блока сжигания ТБО во вращающейся печи барабанного типа, блока дымоочистки, блока водоподготовки и утилизации тепла, блока утилизации золы, который содержит плавильный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502017
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8def

Комплексная районная тепловая станция для экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов

Изобретение относится к области сжигания отходов или низкосортных топлив. Комплексная районная тепловая станция для экологически чистой переработки твердых бытовых отходов с производством тепловой энергии и строительных материалов содержит 2 цеха: мусоросжигающий цех (МСЦ) и теплоцех, причем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502018
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.01.2014
№216.012.9d33

Трансформаторный плазматрон низкого давления для ионно-плазменной обработки поверхности материалов

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к трансформаторным плазмотронам низкого давления, и может быть использовано в микроэлектронике для обработки полупроводниковых материалов (плазменное травление, оксидирование, очистка поверхности и т.д.), осаждения тонких пленок, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505949
Дата охранного документа: 27.01.2014
10.02.2014
№216.012.9f7d

Оптический способ измерения мгновенного поля толщины прозрачной пленки

Способ может быть использован для бесконтактных, непрерывных измерений толщин прозрачной пленки. Способ включает направленное воздействие лучей света на пленку, их полное внутреннее отражение на границе раздела сред и последующую обработку отраженного света. Источник света помещают над пленкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506537
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.02.2014
№216.012.a2fb

Инжектор для криогенной жидкости

Изобретение относится к области криогенной и вакуумной техники и касается устройств дозированной выдачи криогенной жидкости в технологические зоны с высоким и сверхвысоким давлением. Инжектор криогенной жидкости включает узел ввода криогенной жидкости, криорезервуар и узел вывода криогенной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507438
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.04.2014
№216.012.afd9

Система охлаждения светодиодного модуля

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании эффективных систем охлаждения модулей мощных светодиодов. Технический результат - обеспечение высокоэффективного отвода тепла от расположенных на поверхности модуля полупроводниковых светодиодов при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510732
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b21e

Дезинтегратор для помола угля

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для помола угля в установках глубокой переработки угля в другие виды топлива. Дезинтегратор для помола угля содержит корпус 1, два вращающихся в противоположных направлениях и жестко закрепленных на полых горизонтальных валах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511314
Дата охранного документа: 10.04.2014
+ добавить свой РИД