化学读书报告

热电池技术的发展过程。50年代中期,美国Szndia国家实验室〔SNL〕研制出寿命约5min的热电池,并应用到核武器上电池制作采用“杯一盖”型工艺,每个单电池被封在一个金属杯内,相互间由金璃纤维布隔开,激活热源是所谓的“热纸’,一错和BaCrO4的混合粉末掺杂陶瓷纤维后加工成薄片,这种材料的稳定性差,对静电和震动相当敏感。60年代初期,片型工艺的出现极大地推动了热电池的开发与应用,电池各部件均是片状,其中电解质由高岭土固定后改用焙烧后的SiO2,片状热源主要由铁粉和KClO4组成,较“热纸”安全稳定,点火后只产生极少的气体,并可通过调整铁与‘的比例来控制热电池的工作温度。片型工艺的出现及高效隔热材料的应用,使热电池的比功率和比能量得到了很大的提高,特别是大大地延长了电池的使用寿命。

1966年SNL研制出第一个完整的片型Ca/CaCrO4体系的热电池,直至70年代后期,一直是美国使用在核武器上的主要电源比‘〕。50年代,也曾出现过以WO3或V2O5为阴极,钙或镁为阳极的电池体系,但随着‘电池的间世而废弃,〕。年国家实验室制出热电池,该电池具有相当高的开路电压和理论比能量和,但由于液态锉难以固定,硫高温易挥发,而不得不进行其它尝试〔卜。年该实验室用一助一合金取代低熔点的锉电极,取代硫电极,获得成功,但是单电池的电压、比能量和比

容量却明显下降。随后又发现了一电池,由于它的电压高、功率大而逐渐取代了一电池年代中期,综合各项研究成果,研制出片型的小型长寿命的锉合金热电池,各项技术指标超过以往任何体系的热电池,成为近年来热电池的一个重要研究方向。表是和电池的性能对比。表、电池的性能对比〔长寿命中功率短寿命大功率‘‘电对面积・电对厚度・电对孟盘・每个电池的电对数电压峰值平均值低峰丫载荷或寿命或磊电池体积电池重且能量功率注是写金属粉。电池的性能电池的两极直接相连,其中阴极‘溶解在电解质一共熔盐内。。℃时溶解度为写,并加入左右的粘结剂阁其放电过程依赖于化学反应和电化学反应间巧妙的配合,开路电压超过。电池激活时,紧贴在阳极表面产生复盐膜,组成两极间的隔离层来阻止短路,放电时阳极首先与一电解质发生扩散反应,生成熔融的一合金,由与铬酸盐反应放电,生成阴极先与铁质集电极反应生成富铁的理铬铁氧体卜,和富铬的锉铁亚铬酸盐卜工二,由于铁的阴极保护效应,以上物质的薄膜一旦形成,就会阻止进一步反应〕,阴极在放电过程中也产生。但是。电池有许多缺点,激活后形成熔融的一合金易流动,常引起电池短路或产生电噪声,钙阳极、阴极、电解质和集电极之间常发生一些难以预料的反应,致使电池过早结束寿命,而且电池性能对材料中微量的杂质过分敏感,阳极表面产生的惰性复盐引起电池的严重极化。铿或铿合金体系的性能该体系比‘电池少去了许多化学反应和不稳定因素,性能更易预测,而且可通过加工硫铁矿获得,比化学合成‘花费要少得多,尤其是电池的比能量和工作寿命可大幅度提高。但也有不足之处,它需要真正的隔离层来防止两极的直接反应,开路电压也只有左右,比‘低近。阳极性能为了提高阳极材料所能承受的温度,常加入合金元素铝、硅、硼等,也可在纯锉中掺杂金属粉末制成“”电极,如加入的细铁粉。常用的阳极材料是一和一合金,一合金因材料制备的原因,仍未走出实验室一’〕,表列举了各种阳极材料的性能参属带连接,两极被浸演了电解质利用共熔温度℃的一作电解质,当热电池大电流快速放电时,近阳极表面的十浓度梯度高,即十十比率大,如果十不能快速地扩散到阴极,十十比值继续升高可使电解质提前凝固,电池寿命相应缩短,因为只有当电解质中十比值为定值时,熔点才能最低阳离子全为十的一一电解质熔点℃可以避免这个问题,适用于大功率短寿命热电池。开发寿命以上的电池,在提高电池初始工作温度的同时,也要求电解质具有低的凝固温度,保证有较长的液相温度区间。表是几种常用电解质的性

质。表热电池隔离层材料的特性电解质共熔盐四熔点℃电导率一一一一一一一一一低触点应用前景与研究方向应用前景铿或铿合金热电池年代间世以来,年代得到迅速发展。一,一等热电池已在导弹、核武器、火炮等兵器中得到实际应用,并可逐渐取代‘等体系的热电池,随着合金性能的不断提高,应用领域还要扩大,有望替代,铿或锉合金和锌银电池的某些领域,如声纳浮标电池,地热钻井设备的动力电源的玻