188696. lajstromszámú szabadalom • Kémiai áramforrás

1«S 696

2 -A „megmaradt” páratlan elektron következtében a ‘ stabil szabadgyökanionók a megfelelő elektromosan semleges molekulához képest nagyobb redukálóképesség-, gél rendelkeznek. _■,

Az említett stabil szabadgyökanionók az erős redukálóképességükön kívül abban is különböznek a megfelelő anionoktól illetve dianionoktól, hogy mind szilárd állapotban, mind egy vagy több poláros szerves oldószerben oldva stabilabbak. Ezen túlmenően a stabil szabadgyökanionok jól oldódnak ezekben az oldószerekben. Az említett stabil szabadgyökanionók oldékonysága dime-, toxí-etánban vagy t c t rahid ro furá n6an~néHahy gmóT/1, ezek oxidált alakjainak (a megfelelő semleges molekulának) az oldhatósága is hasonló nagyságrendű.

‘A stabil szabadgyökkationok (íC) olyan részecskék, amelyeknek a külső molekulahéjáról egy elektront! eltávolítottunk /c) reakcióvázlat/.

A stabil szabadgyökkationokat az elektromosan semleges molekuláknak - az anód elektrokémiai, vagy oxidálószerekkel, így váltakozó vegyértékű fémionokkal vagy halogénekkel - elektroelvonással történő oxidációjával állítjuk elő. A megfelelő elektromosan semleges molekulához képest a stabil szabadgyökkationok elektronhiányuk következtében sokkal nagyobb oxidációs potenciállal rendelkeznek, és képesek különböző szerves vagy szervetlen anyagokat oxidálni.

A stabil szabadgyökanionokhoz hasonlóan a stabil szabadgyökkationok is stabilabbak szilárd állapotban, valamint a poláros szerves oldószerben oldva, mint a megfelelő kationok vagy dikationok. Oxidált és redukált állapotban is jól oldódnak (egy vagy több gmól/1). A stabil szabad 3-p-tolilamin-gyökkation, például szilárd állapotban vagy szerves oldószerekben oldva hosszú időn keresztül változatlan marad, míg ugyanennek a vegyületnek a dikationja gyakorlatilag irreverzibilisen szétbomlik és nem különíthető el. A dikationoknak a stabil szabadgyökkationokhoz viszonyított kis stabilitása nemcsak a trifenil-amin-származékokra jellemző, hanem más aromás származékokra — mint például a policiklusos szénhidrogénekre, a nitrogén— és kéntartalmú heterociklusos vegyületekre — is érvényes. Ugyanakkor számos, ezekből a vegyületekből származó szabadgyökkation megfelelő stabilitással rendelkezik és egyenként könnyen leválaszthatók.

Az elektromosan semleges stabil szabadgyökök páratlan elektronnal rendelkező, töltés nélküli részecskék. Az ilyen részecskéket általában a megfelelő elektromosan semleges molekula kémiai vagy elektrokémiai oxidációjával állítjuk elő, az oxidáció hidrogénatom lehasadásával

megy végbe: ...

oxidácKi

Az ilyen gyökök sajátos amfoter jellegűek és a szerkezetüktől függően oxidáló- és redukálószerként is szerepelhetnek. Ezek a stabil szabadgyökök mind oxidált, mind redukált állapotban jól oldódnak poláros szerves oldószerekben.

A stabil,' elektromosan semleges szabadgyökkationok illetve -anionok kiváló oxidációs—redukciós tulajdonságai, valamint redoxi-formában poláros szerves oldószerekben mutatott jó oldékonyságuk mellett gyakorlati szempontból rendkívül fontos, hogy ezekkel az anyagokkal az elektrokémiai folyamatok gyorsan és teljes mértékben játszódnak le.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

a:

65

Az előbb ábrázolt reakciók termékei stabilak, szerves oldószerekben oldódnak.

A találmány szerinti kémiai áramforrás működése során végbemenő áramtermelő reakció: az anód hatásos anyaga+ redukálószer-gyökének (AT )az oxidálószer-gyökkel (K.) illetve a katód hatásos anyaga R‘ gyökével végbemenő oxidációja:

AT + KÎ (R)-------------------*A ♦ K (IT)

A reakcióvázlatban megadott szimbólumok jelentése a következő:

A" jelentése stabil szabadgyökanion,

K. jelentése stabil szabadgyökkation,

R' jelentése stabil, elektromosan semleges szabadgyök.

A kémia áramforrás feltöltődése reverzibilis reakció szerint megy végbe. Az anódtérben az elektromosan semleges A molekula redukciója folyik le: Á ♦ e ■ >AT,a katódtérben az elektromosan semleges K7 molekula, illetve RT anion oxidációja magától megy végbe:

K - e----->K+

pp+--------*R\

Mint a leírtakból látható, a megfelelő stabil, szabadgyököket teljesen elektrokémiai úton regeneráljuk.

Az említett stabil szabadgyökkationnak, illetve az elektromosan semleges szabadgyököknek a megadott stabil szabadgyökanionokkal együtt történő alkalmazásával a kémiai áramforrás üzemi jellemzői nagymértékben javulnak.

A találmány szerinti áramforrások működösésének vizsgálata azt mutatja, hogy a töltés—kisütési folyamat csak elektronátvitelt jelent, ami nem eredményezheti a hatásos anyagok irreverzíbilis kémiai átalakulását. A folyamat alatt képződő részecskék nagy stabilitásúak és oldódnak az elektrolitban. Itt folyik le a feltöltés alatt az áramtermelő részecskék reverzibilis regenerálása. Az olyan kémiai áramforrások, amelyek a megadott stabil szabadgyökök oxidációs-redukciós átalakulásán alapulnak, korlátlan töltés-kisütési ciklusszámmal rendelkeznek, ellentétben az olyan kémiai áramforrásokkal, amelyeknél a katód hatásos anyaga elektromosan semleges molekula, ennek komplexe vagy egy szerves dikation.

Mivel a találmány szerinti áramforrásban — az eddig ismert áramforrásokkal ellentétben — a katód és az anód hatásos anyagának (a stabil szabadgyököknek) mindkét komponense teljes mérétékben oldódik az elektrolitban, az áramforrások előállításához nem szükséges azoxidáló— és redukálószerekből előállított szilárd elektródáknál alkalmazott különleges technológiát (szuszpendálás, töltőanyagok és redukálószerek bevitele, formázás) alkalmazni. A találmány szerinti kémiai áramforrások töltés-kisütési folyamatához nem kapcsolódik a szilárd elektródáknál alkalmazott elektrokémiai formázás, elektrokristáiyosítás és. tömegátvitel és így a folyamat nem változtatja meg az elektród felületét, felületi állapotát és mé-