188696. lajstromszámú szabadalom • Kémiai áramforrás
1 188 696 Ha több oldószert együtt alkalmaznak kén— -dioxiddal, akkor az elemen előzetesen nagymennyiségű kén -dioxidot kell átfúvatni az anód passziválásának céljából. i Mivel az említett elemben az egyik elektród (az g anód) szilárd test, a töltés—kisütési ciklus alatt az ilyen áramforrásban változik az elektród térfogata, ez pedig a kén-dioxid hatására képződött, membránként szolgáló felületi védőréteg széttöredezését, tönkremenetelét okozza. Ennek az a következménye, hogy az oldószer kén-dioxid-tartalma lecsökken és végső soron a kapacitás, a töltés—kisütési ciklusok száma csökken, valamint az anód és a depolarizátor (katód) között végbemenő közvetlen reakció (kisülés) következtében az áramforrás tönkremegy. Mivel az áramforrásban az egyik alkalmazott szerves oldószer ^ g rendkívül kis ionizációs potenciállal rendelkező, azaz alig disszociáló, bonyolult, elektront leadó szerves oldószer, ezért alig található olyan depolarizátor, amely nagy oxidációs potenciállal rendelkezik ilyen oldószerekben, így hasonló áramforrásokban kevés használható hatásos anyag- 20 ként. Az említett kémiai áramforrás hatékony üzemelésének lényeges feltétele, hogy a depolarizátor oxidált és redukált alakban is oldódjon. A katódnak a szabadalmi leírás szerint legelőnyösebben alkalmazható hatásos anya- 25 gai - az N, N, N’, N’ -tetrametil—benzidin szerves dikationok — azonban nem tesznek eleget ennek a követelménynek, mivel redukált termékeik az alkalmazott elektrolitban oldhatatlanok, ami a katód blokkolásához vezet és ami megakadályozza az elektrokémiai reakció lefolyá- 30 sát. Ez az áramforrás önellenállásának hirtelen megnöveke- ' déséhez vezet, énnek eredménye a levehető áramsűrüség csökkenése, a feltöltési idő megnövekedése, valamint a szekunder áramforrásnak primer áramforrássá való átalakulása. Emellett alacsony a katód hatásos anyagának a ki- 35 használás! együtthatója és csökken a . kezdeti kapacitás. Ennek következtében az áramforrásban alkalmazott nukleofil közegben a szerves kvaterner nitrogénsók egyre kevésbé stabilak, ezáltal még jobban csökken a tölt*5s —kisütési ciklusok szánra. Az ilyén szerves 'dikationokcsökkent 40 stabilitása az idő előrehaladtával az áramforrások kapacitásveszteségét, valamint a tárolhatósági idő csökkenését okozza. Az eddig ismert többé-kevésbé stabil szerves kvaterner nitrogénsók vagy más szerves vegyületek szűk köre miatt a katód hatásos anyagaként alkalmazható vegyüle- 45 tek száma korlátozott, valamint az alkalmazott elektrolitban való kis oldhatóságuk következtében jelentős fajlagos kapacitású áramforrás nem készíthető velük. A dikationok nagy nukleofilaffínitása következtében korlátozott az oldószerként alkalmazott közegek köre is. 50 Az ilyen áramforrások lényeges hátránya, hogy a folyadéknak az áramforrásba való beáramlása esetén robbanásveszélyesek. Ezen kívül bonyolult az ilyen áramforrások előállítása, ami magába foglalja az állandó, közömbös atmoszféra kialakításával, a nedvesség és oxigén kizárásával, valamint a kén-dioxid jelenlétével kapcsolatban fellépő problémákat. ' A találmány feladatául tűztük ki olyan kémiai áramforrás kialakítását, amelynek üzemi jellemzői a katód 60 és az anód hatásos anyaga minőségének változtatásával javíthatók, azaz nő az elektromotoros erő és a töltés-kisütési ciklusok száma, valamint az áramforrás szélesebb területen alkalmazható. Ezt a feladatot a találmány szerint úgy oldjuk 65 55 "meg, hogy az ismert, valamilyen szerves oldószerben oldott hatásos anyagú katódot, anódot, valamint a katódot az anódtól elválasztó membránt tartalmazó kémiai áramforrásban a katód hatásos anyaga az elektrolitban oldott valamilyen aromás aminból származó stabil szabadgyökkation vagy valamilyen heterociklusos vegyülct stabil szabadgyökkationja vagy valamilyen aromás hidrazinszármazékból vagy fenilből származó stabil elektromosan semleges szabadgyök, és az anód szintén szerves oldószerben feloldott hatásos anyagot tartalmaz, amely benzofenon vagy kondenzált szénhidrogén stabil szabadgyökanionja. Az említett szabad gyököknek a katód és az anód hatásos anyagaként való alkalmazása számos előnyt jelent az eddig ismert áramforrásokhoz képest. Ezek közül a legfontosabb az elektromotoros erő megnövekedése, valamint töltés-kisütési ciklusok teljes megfordíthatósága, aminek következtében gyakorlatilag korlátlan számú töltés-kisütési ciklussal rendelkező szekunder áramforrások alakíthatók ki. így ez az áramforrás hosszabb időn keresztül többször használható. Mivel a találmány szerinti áramforrásban a már megadott stabil szabad gyököket könnyen hozzáférhető és olcsó oldószerekkel együtt alkalmazzuk, a találmány szerinti áramforrás további berendezés alkalmazása nélkül atmoszférikus nyomáson üzemeltethető, így 0 °C alatti vagy feletti hőmérsékleteken is használható. Az ilyen áramforrás működése során nem keletkeznek gázhalmazállapotú termékek, így az áramforrás légzáró kivitelben előállítható. A találmány szerinti áramforrás normál körülmények (szobahőmérséklet, légköri nyomás) között, valamint 0°C hőmérséklet alatt és felett széles tartományban tárolható és ennek során még hosszú időn keresztül sem romlanak kiindulási jellemzői. A találmány szerinti kémiai áramforrás kialakításához nem szükséges az oxidáló— és redukálószerből képzett szilárd elektródok előállításánál használt speciális technológiát alkalmazni. így a hatásos anyag rendkívül nagymértékben kihasználható. A kémiai áramforrás kialakításánál nem alkalmazunk kevésbé vagy nagymértékben mérgező anyagokat. A találmány szerinti áramforrásban nem kell hordozó passzív közeget és kén-dioxidot alkalmazni, ezáltal előállítása lényegesen egyszerűsödik. Az ismert lítium— anódot tartalmazó áramforrásokkal összehasonlítva a találmány szerinti áramforrás nem robbanásveszélyes víz behatolása esetén,ezért felhasználási területe lényegesen szélesebb . A találmány szerinti áramforrás már említett és egyéb előnyeit a későbbiekben, működése bemutatásánál részletezzük. A stabil szabadgyökök olyan részecskék, amelyek a külső molckulahéjon egy páratlan elektronnal rendelkeznek. Ennek következtében tulajdonságaik különböznek az eddig alkalmazott elektromosan semleges molekulák, anionok, és kationok tulajdonságaitól. A stabil szabadgyökök általában gyökanionokra, gyökkationokra és elektromosan semleges gyökökre oszthatók. A stabil szabadgyökanionok (A- ) olyan részecskék, amelyek a páratlan elektronon kívül negatív töltéssel is rendelkeznek. Ezeket a részecskéket általában úgy képezzük, hogy az elektromosan semleges molekulát valamilyen poláros szerves oldószerben elektrokémiai úton vagy kémiai úton, egy elektronnal rédukáljuk / b) reakcóvázlat/. _
