Химический источник тока

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ энергии химических процессов, протекающих на электродах, в электрическую. Задачей изобретения является использование в качестве активного материала положительного электрода химического источника тока - элементной серы. Техническим результатом является удешевление и упрощение процесса изготовления химического источника тока. Это достигается тем, что активный материал положительного электрода - элементная сера входит в состав композиционного(компактного, пористого, электропроводного) сераграфитового электрода, которого готовят из смеси порошков серы и графита. Цинковый и сера-графитовый электрод погружают в раствор хлорида аммония. Электродвижущая сила гальванического элемента цинк - сера составляет 500 - 550 мв.(72) Баешов Абдуали Баешович Баешова Салтанат Абдуалиевна Асабаева Замира Кулжановна Баешова Ажар Коспановна Тойшибекова Гульсара Садуакасовна(73) Акционерное общество Институт органического катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского(56) Томилов А.П. Прикладная электрохимия Учебник для вузов. М. Химия, 1984, 3-е издание,с.520(57) Изобретение относится к области электрохимии, в частности к химическим источникам тока, которые служат для превращения 22448 Изобретение относится к области электрохимии,в частности к химическим источникам тока,которые служат для превращения энергии химических процессов, протекающих на электродах,в электрическую. Роль автономных химических источников тока в современной технике и в быту чрезвычайно велика и разнообразна, так как все виды техники и средств связи,а также измерительные приборы,сигнализирующие устройства и т.д. снабжаются надежными источниками электрической энергии. Прототипом данного изобретения является марганцево-цинковый элемент Лекланше/Прикладная электрохимия. Учеб. для вузов./ Под ред. докт. техн. наук проф. А.П. Томилова. - 3-е изд.,перераб. - М. Химия, 1984. 520 с. /, в котором в качестве активного положительного электрода используют порошок диоксида марганца (МО 2), а отрицательного электрода - цинковую пластинку. Смесь 75 МО 2, 22 графита и 3 ацетиленовой сажи после тщательного перемешивания увлажняют раствором 4, снова перемешивают и прессуют в брикеты требуемой формы. В брикет запрессовывают угольный токоподвод. Изготовленный подобным образом брикет не отличается большой прочностью, поэтому его обвертывают куском хлопчатобумажной ткани и обвязывают ниткой или шпагатом. Цинковый электрод изготавливают из листа. Электрод помещают в сосуд удобной формы и заливают раствором хлорида аммония. Основными недостатками прототипа являются- дефицитность и дороговизна диоксида марганца (МО 2) длительность и сложность процесса изготовления положительной активной массы химического источника тока, содержащего МО 2 Задачей изобретения является использование в качестве активного материала положительного электрода химического источника тока - элементной серы. Техническим результатом является удешевление и упрощение процесса изготовления химического источника тока. Это достигается тем, что активный материал положительного электрода - элементная сера, входит в состав композиционного сераграфитового электрода. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем химический источник тока состоит из цинкового и электропроводного,композиционного сера-графитового электродов,которые помещены в раствор хлорида аммония. Межэлектродные пространства не разделяются. Композиционный сера-графитовый электрод получают путем перемешивания предварительно измельченных (до фракции 50-100 мкм) серы и графита и нагревания смеси до температуры плавления серы (110-120 С) до образования однородной массы. Полученный расплав помещают в емкость определенной формы и охлаждают до комнатной температуры. При этом формируется компактный, твердый, высокопористый электрод,который в дальнейшем целесообразно называть композиционным сера-графитовым электродом. Полученный электрод обладает достаточно высокой электропроводностью и электрохимической активностью. Сера в данном случае выступает в качестве основного анодно активного элемента и одновременно является связующим материалом, т.е. служит для сцепления частиц порошка графита. В свою очередь,графит придает электроду электропроводные свойства, а в электродном процессе непосредственно не участвует, так как является достаточно инертным химическим веществом. Применение порошкообразных серы и графита дает возможность изготовить для гальванического элемента анодно активный электрод с высокой пористостью, за счет которой увеличивается активная рабочая поверхность. Впервые установлено, что сера, находящаяся в составе композиционного электрода проявляет высокую электрохимическую активность в качестве положительного электрода в химических источниках тока в том случае, когда вторым электродом является цинк. Нижеследующий пример иллюстрирует заявляемое изобретение. Пример. Химический стакан объемом 50 мл заполняют 1 М раствором хлорида аммония. В стакан помещают пластинчатый цинковый и прямоугольный плоский (толщиной 4 мм) композиционный сера-графитовый электрод. Межэлектродные пространства не разделяются. Композиционный положительный электрод с активным материалом - серой готовят следующим образом порошки серы и графита со средним размером частиц 50-100 мкм тщательно смешивают и нагревают при температуре 120 С, далее полученную массу помещают в емкость пластинчатой формы и охлаждают до комнатной температуры. Толщина электрода 4 мм. Соотношение масс серы и графита составляет 5050(мас.). При этом формируется компактный электропроводный, пористый композиционный сера-графитовый электрод. Электродвижущая сила источника тока цинк - сера в отсутствии нагрузки составляет 550 мв, а величина начального тока короткого замыкания - 25,6 мА. В таблице приводятся величины изменения силы токакороткого замыкания в зависимости от продолжительностиТаблица Изменение величины тока короткого замыкания (1,мА) от продолжительности (г, час). 22448 Как показали результаты исследований, при уменьшении количества графита, содержащегося в композиционном электроде, до значений ниже 40(масс), снижается электропроводность последнего, а уменьшение содержания серы приводит к снижению активности материала в положительном электроде. Принцип действия предлагаемого нами химического источника тока цинкзаключается в следующем при протекании тока во внешней цепи цинк окисляется, его ионы переходят в раствор 22 е Электроны во внешней цепи переходят к композиционному сера-графитовому электроду и происходит восстановление атомов серы с образованием сульфид-ионов 02 е 2 Поток электронов, т.е. электрический ток во внешней цепи может быть использован для работы,что и является целью создания химического источника тока. Таким образом на цинковом электроде происходит реакция окисления, а на сера-электроде- реакция восстановления. Цинковый электрод несет отрицательный заряд гальванического элемента, а сера - положительный. Химическая реакция,протекающая в химическом источнике тока цинк-сера 4 может быть записана в следующем видеПредлагаемый нами химический источник тока(гальванический элемент) - цинк-сера имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом - использование элементной серы в качестве активного материала положительного электрода резко уменьшает стоимость химического источника тока. Следует отметить, что диоксид марганца,который применяется в прототипе, является дорогостоящим реагентом (стоимость 1 тонны диоксида марганца равна 330 тысяч тенге), к тому он не производится в нашей Республике,следовательно, его можно считать и дефицитным. Элементная сера в достаточно больших количествах образуется при добыче и переработке нефти. В настоящее время в Республике Казахстан накоплено более 10 миллионов тонн элементной серы в виде отхода производства, не находящего рынка сбыта. Процесс изготовления композиционного сераграфитового электрода осуществляется очень просто смесь порошков серы и графита плавят при температуре 120 С и охлаждают до комнатной температуры. Композиционный сера-графитовый электрод хорошо проводит электрический ток и одновременно является токоподводом. Все это в целом упрощает и сокращает число операций в технологии изготовления активного положительного электрода химического источника тока. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Химический источник тока, состоящий из цинкового электрода и раствора хлорида аммония,отличающийся тем, что в качестве активного материала положительного электрода используют элементную серу в составе компактного электропроводного композиционного сераграфитового электрода, который готовят из смеси порошков серы и графита при соотношении 50 - 50(мас.), нагревают до температуры плавления серы 110-120 С и охлаждают.