MeltsMeltsРасплавы0235-01063034-5715The Russian Academy of Sciences66127010.31857/S0235010623050110YUNHEQArticlesСтатьиELECTROREDUCTION OF NICKEL(II) CHLORIDE, COBALT(II) FLUORIDE AND MOLYBDENUM(VI) OXIDE MIXTURES IN A HEAT ACTIVATED BATTERYЭлектровосстановление смесей хлорида никеля(II), фторида кобальта(II) и оксида молибдена(VI) в термоактивируемом химическом источнике токаVolkovaO. V.ВолковаО. В.olga@ihte.uran.ruZakharovV. V.ЗахаровВ. В.olga@ihte.uran.ruPershinaS. V.ПершинаС. В.olga@ihte.uran.ruAntonovB. D.АнтоновБ. Д.olga@ihte.uran.ruPankratovA. A.ПанкратовА. А.olga@ihte.uran.ruInstitute of High-Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of RASИнститут высокотемпературной электрохимии УрО РАН01092023554054925022025Copyright ©; 2023, О.В. Волкова, В.В. Захаров, С.В. Першина, Б.Д. Антонов, А.А. ПанкратовCopyright ©; 2023, О.В. Волкова, В.В. Захаров, С.В. Першина, Б.Д. Антонов, А.А. Панкратов2023О.В. Волкова, В.В. Захаров, С.В. Першина, Б.Д. Антонов, А.А. ПанкратовО.В. Волкова, В.В. Захаров, С.В. Першина, Б.Д. Антонов, А.А. Панкратовhttps://journals.eco-vector.com/0235-0106/article/view/661270

The discharge characteristics of the elements of a thermally activated chemical current source (HAB) containing NiCl2–CoF2–MoO3 mixtures as a positive electrode are investigated. It is established that molybdenum oxide stabilizes the discharge plateau and increases the discharge voltage at temperatures above 530°C. The discharge curve has a stepwise character. The number of steps of the discharge curve is determined by the operating conditions of HAB. The low-voltage stage (less than 0.4 V) corresponds to the reduction of lithium molybdates, which are formed by the interaction of molybdenum oxide with the reduction products of transition metal halides. A study of the cathode reduction products by the methods of XRD, STA and SEM was carried out. It is established that during the discharge of the HAB element, the initial components of the cathode mixture are restored to metals that form a dendritic matrix. The DSC curves of the salt fraction formed during electrochemical reactions have a number of thermal effects corresponding to the temperatures of joint melting of a triple mixture of lithium halides LiF–LiCl–LiBr and eutectic dual systems LiF–LiCl, LiCl–Li2O, in which transition metal halides and lithium molybdates are dissolved.

Исследованы разрядные характеристики элементов термоактивируемого химического источника тока (ТХИТ), содержащих в качестве положительного электрода смеси NiCl2–CoF2–MoO3. Установлено, что оксид молибдена стабилизирует разрядное плато и повышает напряжение разряда, при температурах выше 530°С. Разрядная кривая имеет ступенчатый характер. Количество ступеней разрядной кривой определяется условиями работы ТХИТ. Низковольтная ступень (менее 0.4 В), соответствует восстановлению молибдатов лития, которые образуются при взаимодействии оксида молибдена с продуктами восстановления галогенидов переходных металлов. Проведено исследование продуктов восстановления катодной смеси методами РФА, СТА и РЭМ. Установлено, что в процессе разряда элемента ТХИТ происходит восстановление исходных компонентов катодной смеси до металлов, которые формируют дендритную матрицу. ДСК кривые солевой фракции, образующейся в процессе электрохимических реакций, имеют ряд термоэффектов, соответствующих температурам совместного плавления тройной смеси галогенидов лития LiF–LiCl–LiBr и эвтектик двойных систем LiF–LiCl, LiCl–Li2O, в которых растворены галогениды переходных металлов и молибдаты лития.

heat activated batterycathodecobalt fluoridenickel chloridemolybdenum oxideтермоактивируемые химические источники токакатодфторид кобальтахлорид никеляоксид молибдена1. Masset P.J., Guidotti R.A.Thermal activated (“thermal) battery technology Part IIIa: FeS2 cathode material // J. Power Sources. 2008. 177. P. 595–609.Masset P.J., Guidotti R.A. Thermal activated (“thermal) battery technology Part IIIa: FeS2 cathode material // J. Power Sources. 2008. 177. P. 595–609.2. Butler P., Wagner C., Guidotti R., Francis I. Long-life, multi-tap thermal battery development // J. Power Sources. 2004. 136. P. 240–245.Butler P., Wagner C., Guidotti R., Francis I. Long-life, multi-tap thermal battery development // J. Power Sources. 2004. 136. P. 240–245.3. Nelson P.A. Advanced high-temperature batteries // J. Power Sources. 1990. 29. P. 565–577.Nelson P.A. Advanced high-temperature batteries // J. Power Sources. 1990. 29. P. 565–577.4. Au M. Nanostructured thermal batteries with high power density // J. Power Sources. 2003. 115. P. 360–366.Au M. Nanostructured thermal batteries with high power density // J. Power Sources. 2003. 115. P. 360–366.5. Guidotti R., Reinhardt F.W., Dai J., Reisner D.E. Performance of thermal cells and batteries made with plasma-sprayed cathodes and anodes // J. Power Sources. 2006. 160. P. 1456–1464.Guidotti R., Reinhardt F.W., Dai J., Reisner D.E. Performance of thermal cells and batteries made with plasma-sprayed cathodes and anodes // J. Power Sources. 2006. 160. P. 1456–1464.6. Masset P.J., Guidotti R.A. Thermal activated (“thermal) battery technology Part IIIb. Sulfur and oxide-based cathode materials // J. Power Sources. 2008. 178. P. 456–466.Masset P.J., Guidotti R.A. Thermal activated (“thermal) battery technology Part IIIb. Sulfur and oxide-based cathode materials // J. Power Sources. 2008. 178. P. 456–466.7. Masset P.J. Thermal stability of FeS2 cathode material in “thermal” batteries: effect of dissolved oxides in molten salt electrolytes // Z. Naturforsch. 2008. 63a. P. 596–602.Masset P.J. Thermal stability of FeS2 cathode material in “thermal” batteries: effect of dissolved oxides in molten salt electrolytes // Z. Naturforsch. 2008. 63a. P. 596–602.8. Volkova O.V., Zakharov V.V., Reznitskikh O.G. Electroreduction of chromium(III) chloride in a thermal battery // Russian Metallurgy. 2017. № 8. P. 655–659.Volkova O.V., Zakharov V.V., Reznitskikh O.G. Electroreduction of chromium(III) chloride in a thermal battery // Russian Metallurgy. 2017. № 8. P. 655–659.9. Volkova O.V., Zakharov V.V. Electroreduction of chromium(III) chloride and molybdenum(VI) oxide mixtures in a thermally activated battery // Russian Metallurgy. 2018. № 2. P. 201–204.Volkova O.V., Zakharov V.V. Electroreduction of chromium(III) chloride and molybdenum(VI) oxide mixtures in a thermally activated battery // Russian Metallurgy. 2018. № 2. P. 201–204.10. Volkova O.V., Zakharov V.V., Plaksin S.V., Il’ina E.A., Pankratov A.A. Electroreduction of cobalt(II) chloride and cobalt(II) fluoride mixtures in a thermally activated chemical current source // Russian Metallurgy. 2021. № 2. P. 159–164.Volkova O.V., Zakharov V.V., Plaksin S.V., Il’ina E.A., Pankratov A.A. Electroreduction of cobalt(II) chloride and cobalt(II) fluoride mixtures in a thermally activated chemical current source // Russian Metallurgy. 2021. № 2. P. 159–164.11. Baraboshkin A. N. Elektrokristallizatsiya metallov iz rasplavlennykh soley [Electrocrysstalizatiom from melt salts]. M.: Nauka, 1976. [In Russian].Барабошкин А.Н. Электрокристаллизация металлов из расплавленных солей. М.: Наука, 1976.12. Volkova O.V., Zakharov V.V., Il’ina E.A., Antonov B.D., Pankratov A.A. Elektrovosstanovleniye smesey khlorida nikelya(II) i ftorida kobalta(II) v termoaktiviruyemom khimicheskom istochnike toka [Electroreduction of mixtures of nickel(II) chloride and Cobalt(II) Fluoride in a thermoactivated chemical current source] // Rasplavy. 2022. № 4. P. 418–429. [In Russian].Волкова О.В., Захаров В.В., Ильина Е.А., Антонов Б.Д., Панкратов А.А. Электровосстановление смесей хлорида никеля(II) и фторида кобальта(II) в термоактивируемом химическом источнике тока // Расплавы. 2022. № 4. С. 418–429.13. Volkova O.V., Zakharov V.V., Il’ina E.A., Pankratov A.A. Electroreduction of nickel(II) chloride and cobalt(II) chloride mixtures in a heat activated battery // Russian Metallurgy. 2021. № 2. P. 118–128.Volkova O.V., Zakharov V.V., Il’ina E.A., Pankratov A.A. Electroreduction of nickel(II) chloride and cobalt(II) chloride mixtures in a heat activated battery // Russian Metallurgy. 2021. № 2. P. 118–128.14. Volkova O.V., Zakharov V.V., Vovkotrub E.G., Plaksin S.V., Pershina S.V. Elektrovosstanovleniye smesey khlorida nikelya(II) i oksida molibdena(VI) v termoaktiviruyemom khimicheskom istochnike toka [Electroreduction of nickel(II) chloride and molybdenum(VI) oxide mixtures in a heat activated battery] // Rasplavy. 2019. № 5. P. 411–422. [In Russian].Волкова О.В., Захаров В.В., Вовкотруб Э.Г., Плаксин С.В., Першина С.В. Электровосстановление смесей хлорида никеля(II) и оксида молибдена(VI) в термоактивируемом химическом источнике тока // Расплавы. 2019. № 5. С. 411–422.15. Volkova O.V., Zakharov V.V., Pershina S.V., Antonov B.D., Vakhromeeva А.Е. Elektrovosstanovleniye smesey khlorida nikelya(II) i oksida volframa(VI) v termoaktiviruyemom khimicheskom istochnike toka [Electroreduction of nickel(II) chloride and tungsten(VI) oxide mixtures in a heat activated battery] // Rasplavy. 2021. № 6. P. 647–655. [In Russian].Волкова О.В., Захаров В.В., Першина С. В., Антонов Б.Д., Вахромеева А.Е. Электровосстановление смесей хлорида никеля(II) и оксида вольфрама(VI) в термоактивируемом химическом источнике тока // Расплавы. 2021. № 6. С. 647–655.16. Barnashov S.A., Eliseev A.I., Shchetkin N.M., Zagaynov V.A., Koroleva I.V., Radetskaya E.V., Bondarenko A.I. Teplovaya batareya [Thermal battery]. RF patent № 2 369 944, 2007. [In Russian].Барнашов С.А., Елисеев А.И., Щеткин Н.М., Загайнов В.А., Королева И.В., Радецкая Е.В., Бондаренко А.И. и др. Тепловая батарея. Патент РФ № 2 369 944, 2007.17. Zakharov V.V. Sposob izgotovleniya litiy-bornogo kompozita i reaktor [Method of manufacturing lithium-boron composite and reactor]. RF patent № 2 395 603, 2010. [In Russian].Захаров В.В. и др. Способ изготовления литий-борного композита и реактор. Патент РФ № 2 395 603, 2010.