Способ определения структурных характеристик пористого металлического электрода

Способ определения структурных характеристик пористого металлического электрода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сотоз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и 935778 (6l) Дополнительное к авт. свих-ву (22) Заявлено 27.08. 80 (21) 2981001/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15 .06 . 82. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 15,06 . 82 (5t)M. Кл.

Г 01 Х 27/42

Государстмнный кеинтвт

СССР ав данаи нзабрвтеннЯ н втнрытнЯ (53) УДК 543.258 (o 88. 8) Ю. М. Новак, Д. К. Грачев, И. Б. Ясько, В. А, Волынский, А,П.Шараевский и В,Н.Кошолкин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПОРИСТОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОДА

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к химическим источникам тока и гальваническим процессам, в части определения структурных характеристик" пористых электродов„ кс1S торые находят широкое применение в аккумуляторах со спеченными электродами, топливных элементах и электролизерах.

Известен способ определения структурных характеристик пористого электрода, основанный на определении зависимости жидкостной пористости исследуемого электрода от жидкосттs ной пористости эталона с известной структурой пор (1 1.

Недостатком указанного способа является необходимость использования при измерениях сложной аппаратуры. Кроме того, измерения проводятся не в реальных условиях работы пористого электрода и приводят к разрушению исследуемого образца.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электрохимический способ, заключающийся в поляризации электрода и определении зависимости суммарного сечения пор электрода от количества электричества, идущего на изменение состояния границы раздела электрод-электролит при изменении потенциала, наложенного на пористый электрод, по закону треугольника (2).

Недостатком этого способа является то, что он позволяет. определить только один структурный параметрпористость электрода.

Цель Изобретения - расширение функциональных возможностей способа путем увеличения количества определяемых характеристик пористых элект" родов, а именно определение удельной поверхности, пористости, размера преобладающих пор.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определе3 9 ния структурных характеристик пористого металлического электрода путем его поляризации и определения количества электричества с последующим математическим расчетом искомой характеристики поляризацию проводят импульсами прямоугольной формы с амплитудой 0,05-0,25 В и длительностью не менее 0,0 1 с в растворе соли

«целочного металла с концентрацией

О, l-10 н.

В этих условиях удельная поверхность пористого электрода (Б1 ) определяется по формуле г - 2v . (4)

Ф

0 р и м е р. Измерение удельной

f0 поверхности, пористости и радиуса преобладающих пор проводят на пористых электродах из никеля, изготов ленных спеканием порошка карбонильного никеля, в трехэлектродной ячейм ке в 0,1-1,0 н,растворе сульфата калия, В качестве электрода сравнения используют;ртутно-сульфатный электрод

8 том же растворе для устранения Е диффузионного потенциала, Измерение емкости двойного слоя пористого электрода проводи ся в импульсном потенциостатическом режиме. ь Р Cz эА CCrCei где S - удельная поверхность пористого электрода в расче те на единицу обьема; (- количество электричества, сообщаемое электроду при изменении его потенциала на величину Дф;

С - емкость двойного электри" ческого слоя гладкого элек трода в расчете на единицу истинной поверхности, определяемая классическими методами, С - полная емкость двойного

1 электрического слоя пористого электрода, V lI - обьем электрода.

Пористые металлические электроды, получаемые спеканием исходных порошков, относятся к монодисперсным телам. Поэтому к ним применимо уравнение, связывающее удельную поверхност и пористость, На фиг. 1 представлена схема установки; на фиг. 2 — схема задания импульсов потенциала прямоугольной формы; на фиг. 3 - зависимость тока заряжения двойного электричес- кого слоя пористого никелевого элект30 рода (а) и количества электричества (о) во времени.

Схема установки (фиг.1) содержит генератор прямоугольных импульсов

1, потенциостат 2, электрохимическую ячейку 3, двухлучевой осциллограф 4, интегрирующее устройство .

Амплитуда импульсов 5g составляь ет 100 мВ, длительность импульса

1 с.

Расчет емкости двойного электрического слоя проводят по формуле

2v

S = — Ф

ЪД - r (2) K Ыб с„= где v - пористость электрода, r - радиус. преобладающих пор.

Если радиус преобладающих пор не изменяется, то справедливо.соотношение;

©$ где К - коэффициент интегрирующего устройства, падение напряжения на выхо.де интегрирующего устройства; геометрическая поверхность пористого электрода, 9 - амплитуда прямоугольных импульсов потенциала, поляризующих электрод.

Определение структурных характеристик пористых металлических электродов " удельной поверхности, пористости и преобладающего размера пор

А - = cdnst, (3)

$0 где Д - постоянная, определяющаяся радиусом преобладающих пор, Исходя из- равенства (3), определяется пористость электрода. Величина Л рассчитывается предварительно $$ при измерении емкости двойного электрического слоя пористого электрода с известной пористостью.

35778 ф

Радиус преобладающих пор пористого .электрода определяется из уравнения (2), так как удельная поверхность (S ) и пористость (ч) измерены независимо по уравнению (1) и (3) 5 935778 производят в соответствии с формулами (1), (2), (3) и (4) .

Одновременно для контроля на этих же пористых металлических элект" родах проводят исследования структурных характеристик методом эталонной контактной порометрии.

Результаты измерений сведены в таблицу.

Из представленных в таблице данных следует, что полученные результаты находятся в хорошем соответствии с экспериментальными данными, полученными по методу контактной эталонной порометрии. 1

Размер преобладающих пор (r), мкм, по способу

Пористость (v)

3, по способ у предла- кон трольгае мому ному предла- контроль" гаемому ному, контрольному предлагаемому

200

200

93

200

230

92

79

220

270

66

Экспериментально установлено, что концентрация электролита, приготовленного в виде раствора хлорида калия, сульфата калия, нитрата калия или аналогичных солей натрия в исO следуемом интервале 0,1-10 н.растворов не влияет на величину емкости двойного электрического слоя - С, При этом возможные искажения (диф- . фузионный потенциал) устраняются применением электрода сравнения в том же растворе электролита. Поэтому для измерений могут применяться как разбавленные (0,1 н.), так и концентрированные (10 н.) растворы электролита.

Выбранный интервал амплитуд поляризующих импульсов прямоугольной формы определяется с одной стороны разрешающей способностью аппаратуры, применяемой нами при измерениях, а с другой стороны электрохимическими особенностями электрода, которые заключаются в том, что емкость двойного электрического слоя зависит от потенциала электрода.

Удельная поверхность (Я,у ), см /см

О

S г1

Ю

3$

6

Установлено, что интервал поляризующих импульсов должен находиться пределах 0,05-0,25 В. При поляризации импульсами потенциала с абсолютным значением амплитуды менее 0,05 В разрешающая способность аппаратуры не позволяет с достаточной точностью определить емкость двойного электрического слоя пористого электрода — С . Превышение зна" чения амплитуды 0,25 В также понижа ет точность измерения емкости СА вследствие искажений, вносимых электрохимическими особенностями поведения электрода.

Выбранный интервал длительности поляризующих импульсов потенциала определяется структурой пор, удельной поверхностью и его пористостью.

Длительность импульсов должна быть достаточной для осуществления полного заряжения двойного электрического слоя электрода. Полному за" ряжению соответствует время, в течение которого происходит изменение потенциала электрода до момента его стабилизации (фиг.3 ), Экспериментально установлено, что для пористых электродов длительность импульсов потенциала прямоугольной формы с абсолютным значением амплитуды

0,05-0,25 В не должна выходить за пределы 0,01- -10 с. Регистрация длительности импульсов потенциала со значением менее 0,01 с требует сложной электронной аппаратуры.

Предложенный способ предназначен для определения параметров. металлокерамических и порометаллических электродов химических источников тока на стадии их изготовления для разбраковки по структурным парамет" рам.

935778

Формула изобретения

Составитель И.Рогаль

Техред M. Рейвес Ко ррек тор Г. 0 га р

Редактор M.Ïåòðîâà

Заказ 4197/43 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ определения структурных характеристик пористого металличес" кого электрода путем его поляризации и определения количества электричест. ва с последующим математическим расчетом,параметров, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа пу-а тем увеличения количества определяемых характеристик, поляризацию проводят

8 импульсами прямоугольной Формы с амплитудой 0,05-0,25 В и длительностью не менее 0,01 с в растворе соли щелочного металла с концентрацией

0,1-10 н, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 661307, кл. С 01 N 15/08, 1979 °

2. Авторское свидетельство СССР

II 482658, кл. G Ol N 15/08, 1976 (прототип).