RU2070756C1

RU2070756C1 - Solid-electrolyte storage cell

Info

Publication number: RU2070756C1
Application number: RU9494014941A
Authority: RU
Original assignee: Юшина Людмила Дмитриевна
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1996-12-20

Abstract

FIELD: off-line power supplies for calculators, clocks, storage units, etc. SUBSTANCE: storage cell has anode of Cu + Cu₂S, mixture, cathode of composite material (Cu₂Se)_0,93 (CU₃PO₄)_0,07,, and solid electrolyte of Rb Cu₄Cl_3+x I_2-x,, where 0,5 ≥ x ≥ 0,16. EFFECT: improved characteristics of storage cell. 2 dwg

Description

Изобретение относится к химическим источникам тока и может быть использовано в качестве автономного источника для питания счетно-решающих устройств, часов, элементов памяти и т.д. The invention relates to chemical current sources and can be used as an autonomous source for powering computing devices, clocks, memory elements, etc.

Известен аккумулятор с медьпроводящим электролитом (ТЭЛ) RbCu₄Cl_3,5J_1,5 и двумя электродами [1]
Недостатком известного аккумулятора является то, что он не обеспечивает длительного циклирования. Так, при плотности зарядно-разрядного тока около 5 мА/см² источник выдерживает ≈ 15 зарядно-разрядных циклов.Known battery with a copper conductive electrolyte (TEL) RbCu ₄ Cl _3,5 J _1,5 and two electrodes [1]
A disadvantage of the known battery is that it does not provide long cycling. So, at a charge-discharge current density of about 5 mA / cm ^{2, the} source withstands ≈ 15 charge-discharge cycles.

Основным недостатком данного аккумулятора является плохая электрохимическая обратимость использованной системы электрод/ Cu⁺ - ТЭЛ, что не позволяет осуществить высокую многократность циклирования, т.е. лишает накопительный элемент основного свойства (многократно перезаряжаться).The main disadvantage of this battery is the poor electrochemical reversibility of the used electrode system / Cu ⁺ - TEL, which does not allow for a high multiplicity of cycling, i.e. deprives the storage element of the main property (repeatedly recharged).

Наиболее близким по технической сущности среди всех известных аналогов является аккумулятор, разработанный японскими исследователями [2] Он обладает лучшими характеристиками для ХИТ этого класса. Аккумулятор-прототип выполнен из медьпроводящего твердого электролита RbCu₄Cl_3,5J_1,5 и двух электродов, один из которых изготовлен из меди с добавкой сульфида меди, а второй из сульфида титана. Он имеет структуру
Cu(+CuS)/RbCu₄Cl_3,5J_1,5/TiS₂.The closest in technical essence among all the known analogues is the battery, developed by Japanese researchers [2]. It has the best characteristics for HIT of this class. The prototype battery is made of a copper-conducting solid electrolyte RbCu ₄ Cl _3,5 J _1,5 and two electrodes, one of which is made of copper with the addition of copper sulfide, and the second of titanium sulfide. It has a structure
Cu (+ CuS) / RbCu ₄ Cl _3.5 J _1.5 / TiS ₂ .

Этот аккумулятор имеет следующие характеристики:
удельная энергия

=13,9 Дж/см³
емкость 3 мА•час
количество циклов заряд-разряд 110
Недостатком аккумулятора является сравнительно невысокие значения его основных характеристик, что в известной мере затрудняет серийный выпуск ХИТ данного класса.This battery has the following characteristics:
specific energy

= 13.9 J / cm ³
capacity 3 mA • hour
number of charge-discharge cycles 110
The disadvantage of the battery is the relatively low values of its main characteristics, which to some extent complicates the serial production of HIT of this class.

Задачей предлагаемого изобретения является существенное улучшение технических характеристик (удельной энергии, емкости, циклируемости) миниатюрного аккумулятора с медьпроводящим ТЭЛ. The task of the invention is to significantly improve the technical characteristics (specific energy, capacity, cycleability) of a miniature battery with a copper-conducting TEL.

Заявляемый аккумулятор выполнен в виде трехслойной таблетки: из анода (1), твердого электролита (2) и катода (3). Анод (1) изготовлен из смеси медного порошка и сульфида меди, катод (3) выполнен из композиционного материала (Cu₂Se)_0,93(Cu₃PO₄)_0,07. В качестве твердого электролита (ТЭЛ) использован медьпроводящий электролит RbCuCl_3,5J_1,5. Заявляемый аккумулятор имеет следующую структуру:
Cu(+Cu₂S)/Cu⁺-ТЭЛ/(Сu₂Se)_0,93 (Cu₃PO₄)_0,07.The inventive battery is made in the form of a three-layer tablet: from the anode (1), solid electrolyte (2) and cathode (3). The anode (1) is made of a mixture of copper powder and copper sulfide, the cathode (3) is made of composite material (Cu ₂ Se) _0.93 (Cu ₃ PO ₄ ) _0.07 . As a solid electrolyte (TEL), a copper-conducting electrolyte RbCuCl _3.5 J _{1.5 was used} . The inventive battery has the following structure:
Cu (+ Cu ₂ S) / Cu ⁺ -TEL / (Cu ₂ Se) _0.93 (Cu ₃ PO ₄ ) _0.07 .

Отличительным признаком является то, что в заявляемом аккумуляторе электрод-катод (3), выполненный из композиционного материала, ведет себя обратимо на границе с твердым электролитом в широком интервале потенциалов. Это обеспечивает высокую кратность циклирования, в несколько раз превышающую аналогичный параметр известного аккумулятора по прототипу. Так, например, в ходе испытаний заявляемый аккумулятор после 670 циклов заряд-разряд показал те же характеристики и был в рабочем состоянии. A distinctive feature is that in the inventive battery, the electrode-cathode (3), made of a composite material, behaves reversibly at the boundary with a solid electrolyte in a wide range of potentials. This provides a high rate of cycling, several times higher than the same parameter of the known battery prototype. So, for example, during the tests of the claimed battery after 670 charge-discharge cycles showed the same characteristics and was in working condition.

Совокупность всех существенных признаков позволяет значительно повысить энергетические характеристики аккумулятора. Удельная энергия заявляемого аккумулятора в 3,6 раза выше, чем у прототипа и составляет 49,8 Дж/см³, емкость равна 16,28 мА•час. Накопительная емкость выше в 5 раз, чем у известного и достигает 146,5 Кл/см³.The combination of all the essential features can significantly improve the energy characteristics of the battery. The specific energy of the claimed battery is 3.6 times higher than that of the prototype and is 49.8 J / cm ³ , the capacity is 16.28 mA • hour. The storage capacity is 5 times higher than that of the known one and reaches 146.5 C / cm ³ .

Нам не известны другие аналогичные технические решения, содержащие отличительный признак заявляемого аккумулятора, в связи с чем, по нашему мнению, изобретение обладает существенными отличиями и позволяет решить поставленную задачу. We are not aware of other similar technical solutions containing the distinguishing feature of the claimed battery, and therefore, in our opinion, the invention has significant differences and allows us to solve the problem.

На фиг.1 приведен разрез предлагаемого аккумулятора. Многослойная таблетка аккумулятора, изготовленная совместным прессованием, содержит анод (1), ТЭЛ (2), катод (3), установлена в пластмассовом корпусе (4), в который вмонтированы внешние токоотводы (5). Фторопластовая прокладка (6) выполняет функцию изолятора. Катод (3) соединен с токоотводом (5) через графитовую пластинку (7). Figure 1 shows a section of the proposed battery. The multilayer tablet of the battery, made by joint pressing, contains the anode (1), TEL (2), the cathode (3), is installed in a plastic case (4), in which external down conductors (5) are mounted. The fluoroplastic gasket (6) serves as an insulator. The cathode (3) is connected to the down conductor (5) through a graphite plate (7).

Анод (1) выполнен из смеси медного порошка и сульфида меди [Cu(+Cu₂S)] катод (3) выполнен из композиционного материала (Cu₂Se)_0,93(Cu₃PO₄)_0,07, представляющего собой твердый раствор ортофосфата меди (1) и селенида одновалентной меди. В качестве ТЭЛ (2) использован медьсодержащий твердый электролит RbCu₄Cl_3+xJ_2-x (0,5≥x≥0,16). В качестве примера взят электролит с x= 0,5.Anode (1) is made of a mixture of copper powder and copper sulfide [Cu (+ Cu ₂ S)] cathode (3) is made of composite material (Cu ₂ Se) _0.93 (Cu ₃ PO ₄ ) _0.07 , which is a solid a solution of copper orthophosphate (1) and monovalent copper selenide. As TEL (2), a copper-containing solid electrolyte RbCu ₄ Cl _{3 + x} J _2-x (0.5≥x≥0.16) was used. An electrolyte with x = 0.5 was taken as an example.

На фиг. 2 приведена зарядно-разрядная кривая аккумулятора: I_зар=10 мА, I_раз=10 мА.In FIG. 2 shows the charge-discharge curve of the battery: I _charge = 10 mA, I _times = 10 mA.

Аккумулятор работает за счет протекания на электродах электрохимических окислительно-восстановительных реакций. The battery operates due to the occurrence of electrochemical redox reactions on the electrodes.

Заявляемый аккумулятор был подвергнут длительным испытаниям и работал со следующими характеристиками:
I_зар≅10 мА/см², I_раз≅50 мА/см²;
I_к.з.≅100 мА/см²;
ЭДС=0,4 В;

(мВт•ч/см³)=49,809;
O (Кл/см³)=146,5;
Э (мА•час)=16,28;
Количество циклов перезаряда 670;
Объем элемента 0,4 см³ (⌀=1,2 см; ΔH=0,4 см);
Диапазон рабочих температур -10 +70^oС.The inventive battery was subjected to lengthy tests and worked with the following characteristics:
I _charge ≅ 10 mA / cm ² , I _times ≅ 50 mA / cm ² ;
I _short ≅100 mA / cm ² ;
EMF = 0.4 V;

(mW • h / cm ³ ) = 49.809;
O (C / cm ³ ) = 146.5;
E (mA • hour) = 16.28;
The number of recharge cycles 670;
The volume of the element is 0.4 cm ³ (⌀ = 1.2 cm; ΔH = 0.4 cm);
The temperature range is -10 +70 ^o C.

Принятые обозначения:
I_зар и I_раз ток заряда и разряда соответственно;
I_к.з. ток короткого замыкания;

удельная энергия;
Q накопительная емкость;
Э емкость.Accepted designations:
I _zar and I _time charge and discharge current, respectively;
I _short short circuit current;

specific energy;
Q storage capacity;
E capacity.

После 670 циклов (заряд-разряд) аккумулятор имел те же характеристики. After 670 cycles (charge-discharge), the battery had the same characteristics.

Claims

A battery with a copper-conducting electrolyte of class RbCu ₄ Cl ₃ ₊ _x I ₂ _- _x , where 0.5 ≥ x ≥ 0.14, and two electrodes, one of which is made of copper with the addition of copper sulfide, characterized in that the second electrode is made of composite material composition (Cu ₂ Se) ₀ _, ₉ ₃ (Cu ₃ PO ₄ ) ₀ _, ₀ ₇ .