188696. lajstromszámú szabadalom • Kémiai áramforrás
1 188 696 2 • A találmány tárgyát kémiai áramforrások, külö-, nősen szerves oldószer elektrolitot tartalmazó kémiai áramforrások képezik. Találmányunk alkalmazható elektronikus berendezéseknél önálló feszültségforrásként. A szerves oldószer elektrolitot tartalmazó kémiai áramforrásokat széleskörűen alkalmazzák. Az eddig ismert kémiai áramforrások azoban rossz üzemi jellemzőkkel rendelkeznek. így a jobb üzemi jellemzőkkel rendelkező kémiai áramforrások kialakítása nagy jelentőségű. Ismert az a kémiai áramforrás, amely lítium-anó- ^ dot, katódot és az anódot a katódtól elválasztó membránt, valamint szerves oldószer elektrolitot tartalmaz (38 044 675. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás). Az itt leírt kémiai áramforrásban alkalmazott katód egy szerves komplex-vegyület, amely szerves akceptorból ^ és szerves donorból áll. Az akceptor például klóranil, brómanil vagyjódanil. A donor például p-fenilén-diamin, 3,8-diamino— -pirén, dimetil -anilin, tetrametil—p-fenilén-diamin vagy 3,10-diamino-pircn. A szabadalmi leírás szerint az 20 akceptor és a donor kombinációjaként előnyösen a klóranilból és fcnilén —diaminból álló komplexvegyületet [(I) képlet] alkalmazzák. Bár a halogenid szerves oldószerekben oldódik, az említett egész komplexvegyület oldhatatlan szerves ol- 25 dószerekben. Ezért az említett komplexvegyület a kémiai áramforrás elektrolitjában szilárd oldat formában található. Szerves oldószerként propilén-karbonátot, -butirolaktont vagy metil-formiátot alkalmaznak. Az elektrolit valamilyen könnyüfémsóját is tartalmazza. Ilyen könnyű- 20 fémsók lehetnek a perklorátok, tetraklór-aluminátok és tetrafluoro -borátok. A katódot az anódtól elválasztó membrán az a) reakcióvázlat szerinti - önmagától végbemenő - elektrokémiai reakció során képződik. 22 Az ilyen lítium—klóranil—sóból álló membrán lehetővé teszi a lítium-ionoknak az elem katódjának irányába történő vándorlását és ugyanakkor a katód és az anód közötti közvetlen elektronvándorlást megakadályozza. 40 Az említett kémiai áramforrás- legnagyobb elektromotoros ereje 3,25 V. Ez a kémia áramforrás csak egyszer alkalmazható. -Ismert továbbá olyan kémia áramforrás is, amely 45 alkálifém vagy alkáliföldfém anódot, katódot és az anódot a katódtól elválasztó membránt, valamint szerves oldószer elektrolitot tartalmaz (3 578 500. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás). A szabadalmi leírás szerint az anód hatásos anya- 50 ga előnyösen fémlítium. A katód (depolarizátor) hatásos anyagaként ebben az áramforrásban az elektrolitban oldódó kvaterner szerves amin-sókat, valamint váltakozó vegyértékű fémek komplexeit alkalmazzák. Ilyenek az N, N, N’, N’—tetrametil-diimmónium—difenokinon-perklo- 55 rát, az N, N, N’, N’-tetra-(n-dietilamino-fcnil)-p-feniléndiamin-tetrakinop, valamint a 9,10-vas-fenantrolin-pcrklorát, a nikkel-, króm- és kobalt -di (trifiuor-metil) etilén—ditiolát, a tetracián—etilén és a szulfuril- ' -klorid._ 60 Hatásos anyagon olyan egységes anyagot vagy ennek egy olyan részét értjük, amely az áramtermelő reakció során redukálódik vagy oxidálódik. A katód hatásos anyagát a későbbiekben felsorolt valamilyen szerves oldószerben "oldják. Ez atmoszférikus- 65 ' nál nagyobb túlnyomáson lévő, vagy az alkalmazott oldószerek egyikében oldott és ezért folyékony állapotú kén dioxid. A periódusos rendszer IIIA, 1VA, VA, VIA, csoportjába tartozó elemek egy vagy két nem kötött (szabad) elektronpárt tartalmazó szerves vegyülctckkel - mint éterekkel, azinokkal, karbonátokkal - képzett vegyülctcit alkalmazzák szerves oldószerként. A folyékony kén-dioxid, valamint az alkalmazott szerves oldószerek egyikeben oldott kén-dioxid elektrolit tartalmaz még valamilyen könnyüfcm-sót, előnyösen lítium-perklorátot vagy lílium-halogenidet. Szerves savak lítiumsói is alkalmazhatók, ilyenek példáid a triklór—ecetsav és a hangyasav lítiumsói. Ha egy vagy több oldószert alkalmaznak, akkor az elektrolit elkészítésénél a szerves oldószerben készített sóoldatot atmoszferikus vagy ennél nagyobb nyomáson kén-dioxiddal telítik. A katódot az anódtól elválasztó, valamint a lítium és a feloldott depolarizátor közötti reakciót megakadályozó membránként felületi védőbevonatot alkalmaznak, amely a kén-dioxidnak az anóddal létrejövő kölcsönhatása során keletkezik. Ez a felületi védőbevonat ionáteresztő membránként hat. Egy ilyen kémiai áramforrásnak tehát a fő alkotóeleme a kén-dioxid. A kémiai úton keletkező membrán mellett az idézett szabadalmi leírás szerint a katód és az anód mechanikai szétválasztására dakronból készült membránt is alkalmaznak. Az említett, oldott depolarizátort (katódot) tartalmazó kémiai áramforrás főként primer áramforrásként alkalmazható, kevésbé alkalmazható szekunder áramforrásként. Primer áramforrás egyszeri használatra alkalmas, nem tölthető áramforrás (:!cm). A szekunder áramforrás többször alkalmazható, tölthető áramforrás (akkumulátor). Az említett szabadalmi leírás szerinti áramforrás legnagyobb töltés -kisütés ciklusszáma 8. Az áramforrás elektromotoros ereje a depolarizátor ( a katód hatásos anyaga) minőségétől függően 2,85 V és 3,85 V közötti, két szélső esetben értéke 3.9 V cs 4,0 V. A két szélső eset a tetrametil—benzidin—dikation alkalmazása esetén áll fenn. A többi esetben az elektromotoros erősokkal kisebb. Az említett kémiai áramforrásban oldószerként folyékony kén-dioxidot alkalmaznak és ez számos korlátozást von maga után. így például ennek alkalmazása meghatározza a hőmérsékletet. Mivel az oldószer ( a kéndioxid) forráspontja -10°C, az ilyen áramforrás csak alacsony hőmérsékleten alkalmazható. Ha magasabb hőmérsékleten kívánjuk használni, akkor az áramforrást túlnyomáson kell üzemeltetni. A hőmérséklettel kapcsolatos problémák, valamint a kén-dioxid mérgező volta miatt bonyolult az ilyen áramforrások előállítása (az elem előállításához speciális anyagokat kell alkalmazni), valamint nehézségek lépnek fel a tárolás és a működés során. Az elem robbanásának elkerülése érdekében külön berendezést kell az elembe beépíteni. A leírtak erősen korlátozzák az ilyen elemnek háztartásokban való alkalmazhatóságát. A fentieken túlmenően a kén-dioxid számos kémiai reakcióban redukálószer, így rendkívül nagy oxidációs potenciállal rendelkező anyagot (oxidálószer) kell a katód anyagaként választani, melyeknek száma azonban leszűkíti a választási lehetőséget. A kén-dioxid reakcióba- lép az anód anyagával, ezáltal csökken az áramforrás élettartama.
