Однокамерная ячейка для электрохимических систем

Однокамерная ячейка для электрохимических систем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники.

Настоящее изобретение относится к области создания измерительных ячеек для исследования электрохимических систем, таких как литий-ионные аккумуляторы, металл-воздушные аккумуляторы, суперконденсаторы, полимерные топливные элементы и т.п.

Уровень техники.

Известна однокамерная ячейка с газовым вводом [1] для электрохимических измерений с жидким электролитом, в которую помещают катод и анод, разделенные полупроницаемым изолирующим сепаратором, имеющая ввод для подачи и отвода необходимых газов. Недостатком данного технического решения является невозможность проводить электрохимические измерения с применением твердых ион-проводящих мембран.

Известна также однокамерная герметичная измерительная ячейка [2], выбранная в качестве ближайшего прототипа нашего изобретения, содержащая металлический корпус, металлическую крышку, герметизирующее кольцо между корпусом и крышкой, изолирующий цилиндр, помещенный внутри указанного корпуса, металлическую пружину, помещенную внутрь указанного изолирующего цилиндра и опирающуюся на указанную крышку, и электропроводящий поршень, расположенный на другом конце пружины с возможностью скольжения по внутренней поверхности указанного цилиндра. Недостатками данной ячейки являются: отсутствие канала для ввода-вывода газов, невозможность проводить трехэлектродные измерения, невозможность проводить электрохимические измерения с применением твердых ион-проводящих мембран и др.

Описание изобретения.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков и создание однокамерной ячейки для электрохимических систем, с применением которой становится возможным проведение исследований электрохимических систем с поглощением-выделением газа, с применением твердых ион-проводящих мембран, а также трехэлектродных измерений, существенно увеличивающих точность измерений при проведении указанных исследований.

Указанная цель достигается за счет того, что в предлагаемой однокамерной ячейке для электрохимических систем, содержащей корпус, крышку, герметизирующее кольцо, металлический поршень с металлической пружиной, разнополярные электроды с выводами для подключения к электрическим приборам и средства крепления, указанный корпус выполнен из электроизоляционного материала, указанная крышка, также выполненная из электроизоляционного материала, содержит металлическую вставку и за счет того, что ячейка дополнительно содержит металлическую основу, размещенную между указанной крышкой с металлической вставкой и указанным корпусом так, что указанное герметизирующее кольцо помещается между указанными корпусом, крышкой и вставкой, и за счет того, что ячейка дополнительно содержит вторую крышку с цилиндрическим выступом, выполненную из металла, и второе герметизирующее кольцо, размещенное между указанным корпусом и указанной второй крышкой, на цилиндрическом выступе которого размещена пружина, несущая на другом конце поршень. Указанная цель достигается также за счет того, что в указанном корпусе ячейки, а также в ее указанной второй крышке выполнены отверстия для газа, а указанный поршень выполнен перфорированным, а также за счет того, что в указанном корпусе, а также в указанной второй крышке выполнены отверстия для газа, а указанный поршень выполнен пефорированным, и за счет того, что на цилиндрический выступ указанной второй крышки плотно надет стакан с перфорированным дном, а указанная пружина размещена на внешней цилиндрической поверхности указанного стакана, и, наконец, за счет того, что в указанный корпус вставлено металлическое гнездо - электрод с выводом для подключения к электрическим приборам, на которое опирается вторая пружина, на другом конце которой расположен второй поршень, причем и вторая пружина, и второй поршень, имеющие, как правило, меньшие размеры, чем указанные пружина и поршень, размещены в полости, выработанной в стенке указанного корпуса так, что указанный второй поршень может контактировать с поверхностью указанной металлической основы.

На фиг.1 представлено схематическое изображение предлагаемой однокамерной ячейки для электрохимических систем,

где 1 - корпус,

2 - металлическая основа,

3 - пружина,

4 - поршень,

5 - крышка,

6 - вторая крышка,

7 - герметизирующее кольцо,

8 - второе герметизирующее кольцо,

9, 10 - средства крепления,

11,12 - разъемы для присоединения к электрическим приборам,

13, 14 - отверстия для ввода-отвода газов,

15 - стакан,

16 - вторая пружина,

17 - второй поршень,

18 - гнездо для контакта с измерительными приборами.

Материалы, из которых изготавливаются детали предлагаемой ячейки, выбираются химически стойкими по отношению химическим реагентам и веществам, составляющим исследуемые электрохимические системы, или покрываются такими материалами.

Экспериментальный образец предлагаемой однокамерной ячейки для электрохимических систем был изготовлен заявителями, с помощью которого была продемонстрирована работоспособность предлагаемого устройства.

Исследования электрохимических систем на примере определения удельной емкости цинк-кислородной системы с применением предлагаемой однокамерной ячейки проводятся следующим образом.

Цинковый электрод помещается на металлическую вставку в крышке из электроизоляционного материала (5), сверху на цинковый электрод помещается сепаратор. На второй поршень (17), находящийся в корпусе (1), помещается цинковый электрод сравнения, который служит для корректного измерения потенциала электрохимической ячейки. Затем корпус (1) присоединяется к крышке (5) с помощью средства крепления (9) таким образом, чтобы электрод сравнения имел контакт с металлической основой (2). Сепаратор пропитывается электролитом (водным раствором гидроксида калия), на сепаратор помещается второй электрод (углерод, нанесенный на металлическую сетку). На электрод помещается перфорированный поршень (4), который прижимается к электроду с помощью пружины (3) и металлической крышки (6), которая соединяется с корпусом (1) при помощи средства крепления (10). В отверстия для газовых выводов (13, 14) при помощи герметизирующих ферул вставляются капилляры, через один из которых осуществляется подвод кислорода из газового баллона, а через другой обеспечивается выход кислорода из ячейки. К разъемам для контактов (11, 12, 18) подключается измерительный прибор (гальваностат), который производит измерение напряжения в зависимости от времени при протекании постоянного тока через ячейку. В ходе анализа полученной гальваностатической кривой можно определить удельную емкость исследуемой электрохимической системы.

Литература

1. US 4969981, 13.11.1990.

2. CN 200520107943U, 13.05.2005.

1. Однокамерная ячейка для электрохимических систем, содержащая корпус, крышку, герметизирующее кольцо, металлический поршень с металлической пружиной, разнополярные электроды с выводами для подключения к электрическим приборам и средства крепления, отличающаяся тем, что указанный корпус выполнен из электроизоляционного материала, указанная крышка, также выполненная из электроизоляционного материала, содержит металлическую вставку, и тем, что дополнительно содержит металлическую основу, размещенную между указанной крышкой с металлической вставкой и указанным корпусом так, что указанное герметизирующее кольцо помещается между указанными корпусом, крышкой и вставкой, и тем, что дополнительно содержит вторую крышку, выполненную из металла, с цилиндрическим выступом, на который плотно надет стакан с перфорированным дном, на цилиндрической поверхности которого размещена пружина, несущая на другом конце поршень, и второе герметизирующее кольцо, размещенное между указанным корпусом и указанной второй крышкой.

2. Однокамерная ячейка для электрохимических систем по п. 1, отличающаяся тем, что в указанный корпус вставлено металлическое гнездо - электрод с выводом для подключения к электрическим приборам, на которое опирается вторая пружина, на другом конце которой расположен второй поршень, причем и вторая пружина, и второй поршень, имеющие, как правило, меньшие размеры, чем указанные первая пружина и первый поршень, размещены в полости, выработанной в стенке указанного корпуса так, что указанный второй поршень может контактировать с поверхностью указанной металлической основы.