1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Следует, однако, иметь ,в виду, что приведенные параметры относятся к кратковременным испытаниям. В условиях длительной раооты плотности тока не превышают 0,03 — 0,1 А/см'. На рис. 3.2 представлены тп|пичные поляризаггионные кривые для металлокерамических гидрофильных водородного и кислородного электродов. В случае водородного электрода (кривая /) в широком интервале плотностей тока имеет место прямолинейная зав~исимость между током и потенциалом. На полярнзационной кривой кислородного электрода (кривая 2) в области малых плотностей тока наблюдается участок со значительной полнрпзуемостью, К гидрофильпым электродам следует отнести также электроды из порсютой пластмассы. Их основу составляет пористая металлизированная поливинилхлоридная пленка, на одну сторону которой наносится активный слой.
Электроды с регулярной структурой. Определенный теоретический и практический интерес представляют 1,0 в электроды с регулярной структурой пор, иэгеющих пра- Рнс. Звй Твпвчные конярнэакнонные кривые металэокерамнческнк водородного г' н кислородного 2 электродов. Водороднытг электрод — никелейзэ,э/ска вый, пропитанный платяной; кпсао- родный электрол — серебряный. вильную геометрическую форму [3.0]. Электроды с упорядоченной пористой структурой обладают рядом преимуществ по сравнению с электродами, пряготовляемы.
ми металлокерамическим способом пз порошков: прямые ,и одинаковые поры позволяют снизить поляризуемость электродов, вызываемую изменением концентрации электролита в порах,,и с ними легче осуществить отвод продуктов реакции, чем в случае пор с произвольными размерами ~и формой, Из-за лучшего использования обьема и массы электродов реализуются наиболее высокие удельные показатели (мощность на единицу объема и массы электродов): ~катализатор используется наиболее полно, поскольку он наносится,на эффективно работающуго поверхность электрода. Исследовались электроды с коническими порами из металлического никеля, покрытого золотом (кислороднгый электрод) и,палладием (водородный электрол). В случае электродов толщиной 1,5 мм с цилиндрическими порами (8800 пор на 2 сма) при,использовании в качестве электролита 30%-ного раствора КОН при 90 'С и ггапряжен~ии на ТЭ 0,57 В плотность токз составляла 0,1 А/см', что соответствует 1О кг/кВт (при учете массы только самих электродов).
Электроды с регулярной структурой могут быть,реализованы методами сборки мякротрубок, злектроформовки и утолщения сеток. Создание пористых электродов с регулярной структурой является, несомненно, технологически трудной задачей. Наиболее доступный, вариант электродов с пористой регулярной структурой предложен ~в [3.7~. Они приготовлены металлокерамическим способом (без применения порообразователей) из ~порошка никеля узкой фракциями, состоящего из укрупненных частиц шаровидной формы, отличающихся по размеру не более чем на 1Осг~ среднего арифметического, Запорный слой состоял из частиц диаметром до 20 мкм.
Давление прессования н температура спекания были выбраны с расчетом минимальной деформации частиц ~и соответствуюшей механической прочности основы электпода. Пористый электрод с регулярной структурой, образованный пз частиц сферической формы, может являться моделью, с помошью которой можно достаточно определенно характеризовать теоретические и экспериментальные особенносви протекания электродных про- вв Рггс. З.З, Схемы гндрофобихнровднных электродов. т — пористаи типрофилы.ап подложка; г — актнвимо слой, й — ие. телликескап сетка: 4 — пори тий «дройтобийй .той 2е сока р ==в 90 цессов в пористых электродах.
В практическом отношении изготовление пористых электродов с регулярной структурой пор из порошков со сферической формой частиц (без применения порообразователей) по сравнению с обычной технологией (с ггспользовагг~ием порообразователей) имеет то преимущество, что в этом случае ооеспечивается приготовление электродов с более воспроизводимыми токовыми характеристиками.
Гггдро4ооизироваггные электроды В газодиффузионных гидрофобизированных электродах граница раздела электрод — электролит — газ создается с помошью введения гндрофобного вещества. Сушествует несколько типов пористых гидрофобизцрованных электродов различной конструкц~ии, которые могут использоваться с жидним и связанным электролитом, а также в расплавах, Принципиальная особенность таких электродов заключается в том, что устойчивая граница раздела между газовой и жидкой фазами внутри электрода определяется различным характером смачивания каталогизатора и гидрофобной основы. Лктивным слоем электрод.обрашен в электролит, гидрофобной основой — в сторону газа. Если ни со стороны газа, ни со стороны электролита нет избыточного давления, то электролит с помощью капиллярных сил всасывается в мелкие поры ~катализатора; однако активный слой оказывается смоченным электро.
титом не полностью, гндрофобные частицы в активном слое не смачнваются электролитом, таким образом, по всей толщине активного слоя создаются поры, заполненные газом, Этг по. ры и обеспечивают беспрепятственный подвод реагирующего газа ко всем частицам катализатора. Пористая основа в силу своей гидрофобности также не смачивается электролитом. Более того, даже при некотором повышении давления электролита он не проникает в глубь пидрофобной основы, а удерживается силами капиллярного отталкивания на ее границе. Давление, которое выдерживает гидрофобная основа, тем меньше, чем меньше поры в этой основе, и определяется соотно- шением В качестве гидрофобизатора и одновременно связу. юшего элемента, добавляемого к катализатору, применяется фторопласт ггл~и полиэтилен, Основой электрода, на которую наносится гидрофобизированный катализатор, служит металлическая сетка, а также пористая угольная или фторопластовая подложки.
Схемы двух основных типов электродов представлены на рнс. 3.3. В электроде первого типа (рис. 3.3,а) запорным слоем является мелкопористая гидрофильная металлокерамгческая подложка, а пори. стый гидрофобный слой об.- спечивает подачу газа 7' внутрь гидрофобизированного катализатора. В электроде второго типа (рис. 3.3,б) запорный слой как таковой отсутствует и его д) бг функции выполняет более гидрофильный наружный слой катализатора. Таким образом. легко видегь, что для электродов обоих типов характерно постепенное увеличение степени гидрофобности по мере перехода от электролита к газу.
Использование в качестве активного слоя высоко- дисперсных катализаторов на ,основе платиновых металлов в смеси с гидрофобизатором позволило получить хорошие электрохимпческпе характеристикзи в слоях толщиной 20 — 50 мкм, Толщина даже наиболее активных гвдрофильных металлокерамических электродов па порядок выше. Другим .сушественным отличием электродов с гидрофобизнрованным катализатором от гнд. рофпльных газодиффузиопных электродов является практическое отсутствие зависимости электрохпмической активности от перепада давления.
Это свойство гидрофобных электродов весьма ~вагино в практическом отношении, так ~как, с одной стороны, повышает надежность элемента, а с другой — применение низких перепадов давления (около !О кПа) открывает возможность использования воздуха вместо чистого кислорода. 91 га а,а а,г а а г а и а,ада)сна Рпс. 33. Полиризаинопные кривые водородного (7) и кислородного 72) электродов с гндрофобизнрованным катализатором. На рис. 3.4 приведены характерные поляризационные кривые для водородн,)- го и кислородного гидрофобизированных электродов.
1(ак и в случае гидрофильных газодиффузионных электродов, поляризацнопная кривая для водородного электрода в широком интервале плотностей тока представляет собой прямую. Дли кислородного электрода характерна значительная поляризуемость в области малых плотностей тока. объему катализатора. При толщине электрода 0,25 мм газ распределялся недостаточно равномерно, а прн толщине 1 мм возрастали омическп)е потери в слое ка.
тадизатора. При ~испытании одного ТЭ была достигнута мощность 450 Вт/мз при на)пряжении 0,5 В. На рис. 3,5 представлена принципиальная схема ТЭ с суспенэионными электродами. Суспензия порошка катализатора в растворе электролита прокачввалась Зд.й. Мепористый водородный эпеитрод В качестве водородного электрода может служить фольга из палладий-серебряного [25% (ат.) ) сплава, через которую Н, диффундирует с приемлемыми скоростями [3.1). Однако для любой фольги при заданных условиях существует предельный анодпый ток, определяемый ее диффузионным сопротивлением. Поэтому высокие плотности тока могут быть получены только пр)и использовании очень тонкой фольги (около 50 мкм) или при повышенных (более 200'С) температурах, Существенный недостаток подобных электродов — малый ресурс работы из-за отравления примесями в газе, к которым они очень чувствительны.
ЗЛзи Порошковые н стспензиоииые электроды В некоторых конструкциях водородно-кислородных ТЭ отсутствуют газовые камеры. В некоторых ТЭ использовались угольные порошковые электроды. При пзготовлени~и ТЭ пористая пластмассовая диафрагма типа «Порвик М» (Роги)с М), пропитанная щелочным электролитом, помещалась между двумя металлическими пластинами. Промежуток толщиной 0,5 мм между этими токоотводящнми пласвинами и электролитояосителями заполнялся порошком активного угля, содержащего 10% фторопластовой суспензнн Газ подавался с торца каждого электрода и распределялся по всему 92 г'- ф- Рнс. 3.3 Схема ТЭ е еуепензпонными электродами.
1 — топливный газ: 1 — окислитель; 3 — элемент: 4 — сетка-токоотводы, Б — двафрагма 6 — насос; т— адсорбер. Рис. 3.6. Схема ТЭ с еуепензионнынн электродами п продольным протоком (еправа— профили токоотводов). 1 — гокоогвод: 1 — суспевзвв )оввс. лнтель+каталвзагор): 3 — днаорагма; 4 — стспевзва Гтоплвво , 'катализатор). насосом через адсорбер. В адсорбере эта суспе) зия продувалась рабочим газом, который адсорбнровался на поверхости катализатора, Затем суспензия направлялась непосредственно в ТЭ, в котором вместо электродов есть только сетки-токоотводы, а катодные н анодные пространства разделены диафрагмой, непроницаемой для твердых частиц.
При соприкосновен)ии катализатора с сеткой-токоотводом адсорбированные молекулы реагента вступают ~в электрохимическую :реакцию. Затем суспензия возвращается снова,в адсорбер При другой конструктивной схеме суспензия движется вдоль сплошного гофрированного токоотвода (рис. 3.6). Эта схема обеспечивает достаточную компактность конструкции, В элементах с суспензиопными электродами разделены функции электрода каталнти- 93 ческой активности н электропроводности, Кроме того, существенно облегчена регенерация катализатора, который в процессе длительной работы постепенно снм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
