Способ определения эффективности конструкции элементов электрохимических устройств

Способ определения эффективности конструкции элементов электрохимических устройств

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

«!

Б. Л. Кузин, А. С. Липилин, А. К. фраки и М. В. Иноземцев

1 (72) Авторы изобретения (у)) заявители (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНСТРУКЦИИ

ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Изобретение относится к электрохими. ческому анализу, а именно к оценке эффективности элементов электрохимических устройств по омическим потерям или к способу контроля электрических характеристик отдельных элементов электрохимических батарей, и может быть использовано при отборе оптимальных конструкций элементов и для контроля качества отдельных элементов высокотемпературных источников тока (топливных элементов) и электролизеров для получения водорода и кислорода.

Значительная доля потерь энергии в электрохимических устройствах связана с омическими потерями, которые обусловI 3$ лены сопротивлением электролита элемен та, а также конечной проводимостью его электродов и проводников, обеспечиваюших электрическое соединение элементов между собой. Ьмическое сопротивление эле20 мента батареи (при данных температуре и составе электролита) зажсит от его раз,меров и формы, размеров и материала

2 электродов, способов соединения с другими элементами, причем обшее сопротивление может значительно превышать сопротивление электролита, обусловленное раз- . мерами (толшиной стенки и плошадью под электродами) рабочей части элемента.

Известен способ измерения отклонения величины сопротивления резисторов от но минального значения с помошью полуавтоматического процентного моста сопротивлений. Для этого образцовое сопротивление нужного номинала подсоединяют к зажимам номинального сопротивления про- центного цифрового моста типа Ф 4206 или Ф 4205.1, а к зажимам измеряемого сопротивления подсоединяют определяемый резистор. Подключение может осушествляться как по двухзажимной, так и по четырехзажимной схеме. Автоматическое устройство прибора, уравновешивая неравноплечий мост, индицирует на цифровом индикаторе в десятичной системе процент отклонения величины измеряемого резистора от номинального 11.

Однако способ не может быть использован для определения эффективности конструкции элементов, так как не предусматривает изменение величины номинального сопротивления, разогрев номинального сопротивления и измеряемого сопротивления элемента до рабочих температур 8001100 С. Причем мост дает отклонение сопротивления от номинального значения, а эффективность конструкции равняется

100% минус процент отклонения от номинала. Кроме того, данным способом и мостом невозможно установить начальную индикацию, т.е. требуемую балансировку неравноплечного моста с произвольными

15 значениями номинального и измеряемого сопротивления. Указанные недостатки не позволяют определить эффективность конструкции элементов.

Наиболее близким способом определения эффективности конструкции элементов к предлагаемому является аналитический метод расчета омических потерь, обусловленных конечным сопротивлением электродов 21.

Однако данный способ применим толь» ко для очень простых по геометрии конструкций (пластины, диска, трубки и -.ï.).

Расчет сопротивлений элементов сложной геометрии практически невозможен и нецелесообразен, поскольку приводит к очень большим ошибкам. Как и все аналитические способы, он усредняет свойства твердого электролита, электродов и токосъемов, отвлечен от конкретных элементов одной конструкции. В действительнос- 35 ти же имеются и различия в геометрических размерах электролита и электродов, и отличия сопротивлений электродных слоев, и разные контактные сопротивления, и различного рода дефекты, которые так 40 или иначе сказываются на эффективности работы элемента. Известный аналитический способ в этом случае не применим.

Е1ель изобретения определение эффективности конструкции высокотемператур- 45 ных электрохимических устройств с твердым электролитом любой сложной конфигурации с реальными слоями припеченных электродов и токоподводами.

Указанная цель достигается тем, что, 5п помещают реальный измеряемый элемент и образец электролита в виде параллелепипеда с электродами на торцах меньшей площади в нагревательное устройство. ПроI изводят измерение и построение темпе- 55 ратурных зависимостей проводимостей в одной системе координат от низких (300400 С) go рабочих температур (8009 Д

1100 С). Далее, пользуясь тем, что при низких температурах сопротивление электролита более чем на порядок превышает его сопротивление при высоких температурах, т,е. влияние электродов несущественно, проводят графическое совмещение низкотемпературных частей кривых и определяют эффективность конструкции в процентах при нужной рабочей температуре, приняв проводимость эталонного образца при этой температуре за 100%. Эту операцию можно упростить, для чего токоподводы образца подсоединяют к зажимам номинального сопротивления полуавтоматического цифрового процентного моста сопротивлений, а токоподводы элемента контролируемой конструкции — к зажимам измеряемого сопротивления. В процессе нагревания образца и элемента балансировкой моста устанавливают при 250-400 С о цифровую индикацию 99,99%, а при высоких рабочих температурах (80-11000C) считывают процент эффективности реального элемента данной конструкции, что позволяет однозначно судить о его применимости в устройстве.

На чертеже представлены результаты измерения проводимости элемента.

Определяют эффективность конструкции элемента сложной конфигурации предлагаемым способом.

Элемент выполнен в форме блока с каналами в форме щелей для разноименных электродов. Из таких элементов изготовляют и испытывают электролизеры. Электроды изготовляют вжиганием тонкодисперсной платиновой пасты. Толщина элек тродов составляет 30-40 мкм. Разноименные электроды выведены на торцы блока.

Токоподводом служат платиновая фольга толшиной 0,1 мм. Эталонный образец материала электролита в виде параллелепипеда размерами 0,9 3,0Х20,0 мм имеет тот же состав, что и электролит элемента. На торцы площадью 2,7 мм припекают платиновые электроды и проволочные токоподводы. Кроме того, на расстоянии

5 мм от каждого торца припекают проволочные зонды напряжения. Четырехзондовый (четырехэажимный) метод измерения сопротивления позволяет повысить точность, исключив возможное влияние электродов. С этой целью образец имеет удлиненную форму. Измеряемый образец и элемент сложной геометрии помешают в печь с радиационным нагревом, в зону температуры в непосредственной близости друг от друга. Для графического по« строения измерения проводимостей в про8685i9

1г 1.раз

Составитель М. Кривенко

Редактор Т. Мермелштайн Техред М. Надь . Корректор У. Пономаренко

Заказ 8310/59 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, S, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 цессе нагрева производят переменногочным электрохимическим мостом Р5021.

Построение ведут в прямоугольных координатах, по оси абцисс откладывая температуру, а по оси ординатлогарифм проводимости. Измерения проводят до 900 С.

Кривые после совмещения представлены на чертеже.

С целью автоматического замера эффективности токоподводы образца соединя- 1О ют с зажимами номинального, а элементы - с зажимами измеряемого сопротивления доработанного цифрового, полуавтоматического процентного моста Ф 4205.1

При 350 С производят ручную баланси- д о ровку, установив на цифровом табло

99,99%. Дальнейшее повышение температуры приводит к уменьшению значения эффективности, которая при 900 С составляет 63%, что говорит о несовершенстве данной конструкции.

Предлагаемый способ определения эффективности конструкции элементов позволяет проводить сравнение известных конструкций, отбирать JgT BIpjlo HAH KoHGT K» тировать новую, имеюшую меньшие энергопотери, которая эффективно работает в мощных энергоустановках и электролизерах. В llpollecce серийного выпуска батарей предлагаемый способ позволяет конт радировать качество изготовления элемеКтов, т.е. комплекса: твердого электролита, электродов и токоподводов.

Формула изобретения

1. Способ определения эффективности конструкции элементов электрохимических устройств по величине омических потерь, отличающийся тем,что,сцелью определения эффективности элементов сложной конфигурации, измеряемый и эта лонный элементы нагревают в печи, измеряют изменение проводимости в процессе нагревания, а об эффективности судят по совпадению величин проводимости исследуемого и эталонного элементов в диапа зоне температур 800-1100 С.

2. Способ по п. 1, о т л .и ч а юш и и с я тем, что в качестве эталонного элемента используют электролит в виде параллелепипеда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мардин В. В. и Кривоносов А. И.

Справочник по электронным измерительным приборам. М., Связь, 1978, с. 24.

2.5neI.ср Сопчаге1оо 9егq;anaw oread )

1976, 15, рр. 121-125 (прототип).