1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 59
Текст из файла (страница 59)
В ТЭ с ИОМ могут быть использованы разнообразные структуры, так как одна из основных функций электродной структуры в ТЭ с жидким электролитом— удержание электролита в межэлектродном зазоре в этом случае лишена смысла. Электроды в ТЭ с мембраной должны в основном отвечать следу>ощим требованиям: высокая каталитическая активность; высокая электронная проводимость; высокая газо- и водопроницаемость. 304 Последнее требование особенно важно двя катодов. Электроды могут быть нескольких типов.
На рис. 6.1! представлен электрод на сетчатой основе, »остоин>нй пз токоотводящей сетки ! с расположенным между проволокамп катализатором 2, который в свою очередь контактирует с ИОМ 3. В этом случае при использовании катионообмепной мембраны в качестве сетки может оыть использована платина или золото (либо неблагородные металлы с соответствующим покрытием) вследствие коррозионной активности ИОМ.
Размер ячейки сетки выбирается пз условий минимальных оиических потерь в слое ката- рло 0.>! Сх >о ел*к ролл тЭ. лизатора. Методы расчета токосъемников различной конфигурации представлены в [6.11~, Катализатор в этом случае служит также н переносчиком электронов, и его количество должно быть определено из условий ве только обеспечения активности электродов, но и сведения к минимуму омических потерь в слое катализатора.
Во избежание заливания электр~>- дов водой, препятствующей доставке газов в зону реакции, необходимо проводить гидрофобизацию катализатора. Как правило, в качестве гидрофобнзатора служит фторопластовая суспензия. Для создания контакта катализатора с ИОМ предпочтительно использование м»- тода термического прессования. Температура и давление при этом процессе зависят от применяемых ИОМ и электродов и могут сосгавлять 100 -200 С, 1 — 1О МПа.
Изготовление единых мембрапно-электродных электрохимическнх групп (блоков) существенным образом упрощает сборку ТЭ и уменьшает массу конструкции, так как отпадает необходимость в создании мощных электродов, обеспечивающих контакт по всей рабочей поверхности мембраны. Проводилось исследование ионизация водорода в системе металл — 'газ — ИОМ [6.12].
Показана зависимость тока ионнзацни на платиновом электроде для мембран различных типов от давления электрода (рис. 6.12), Видно, что усилия могут быть весьма значительными. Рассмотренный тип электрода довольно неудобен в изготовлении вследствие его малой механическои прочности. Этот недостаток устранен в конструкции, представленной на рис. б.!3 [6.13$ Элек- 20 — 93 305 Ф >,пя б,'> а,з 0,1 Та блина 6,1. [6.14[ О> Сбъеа пор ~ Объем пср и м >бб пж> >о<я<бе км, Сспрсъпапетапп и- пке, Он Пропп'>ае па, м ~ >ппенапь мссаь па Э с ~ > ааът>ъ см>с Объем пср, сма>г часть тэ О 3 6 р>нпо Электрод ) 1,25 0,40 Подложка 1,00, 0,28 Катплити- 0,25 0,12 ческий слой Рис.
6.13. Схема электрода ТЭ е гидрофобной непроводящей подложкой. 20 2,13 8 1,55 13 4,10 0,04 67 0,86 69 60 Рис. 6.14. Схема электрода ТЭ с гндрофобиой проводящей подложкой. 306 ррод состоит из позолоченной сетки 1 с платиновым катализатором 2 и гидрофобной пористой фторопластовон пленкой 4, обеспечиваюшей не только механическую прочность, но и доступ газа в зону реакции в ИОМ 3. Однако, как уже отмечалось, катализатор в электродах рассмотренных типов выбирается из условия не только Рис.
6.12. Зависимость полного тока ионнэации водорода на платиновом электроде при Ч> 0,25 В от давления электрода на ИОМ различного типа [6.23), ! — МК-40; 2 — ОП № 6; 3-- ИРЕА. необходимой активности, но и обеспечения небольшого омического сопротивления. Количество катализатора в таких электродах составляет от 40 до 220 г/мэ для катодов и от 20 до 220 г>мэ для менее поляризуемых анодов. Указанного недостатка лишены электроды, представленные на рис. 6.!4. Здесь слой катализатора 2, контактируюшего с ИОМ 3, нанесен на пористую подложку 1 из электропроводного материала, В этом случае отвод.
(подвод) электронов из катализатора происходит по всей плоскости электродов (если, конечно, проводимость подложки высока). Для обеспечения подвода газа и отвода воды подложка должна быть гидрофобизиронана. Приемлемым материалом > для изготовления подложек является углерод, имеюший :О..-О.:-„>:либо:г ':.::о высокую химическую стойкость при удовлетворительной проводимости. Кроме того, в этом случае отпадает необходимость в коррозиопностойкой сетке, так ьак >о- косъем осушествляется с тыльной (газовой) сторо,п,> подложки, где возможен контакт метал,та только с дистиллированной водой, образующейся прп нормальной работе элемента (без деструкции ИОМ).
В [6.!4[ представлен один нз вариантов нзготовлешия гидрофобизированных угольных электродов для водородно-кислородных ТЭ с ИОМ. Электроды были сформированы в процессе прессования при помощи полиэтилена как связующего. В табл. 6.! приведены некоторые характеристики этих электродов. Электроды использовались в элементах с ИОМ МРФ-26, пропитанной оаствором 4н. Нр504. Удаление воды производилось продувкой водорода и кислородз.
Так как мы рассматриваем случай использования полностью отмытой от кислоты ИОМ и удаления воды за счет гидрофобизации электродов, то обсуждение характеристик этих ТЭ является нецелесообразным; в то же время приведенные свойства электродов представляют определенный интерес. Использование полиэтилена в качестве связующего углерода возможно только для ТЭ, работаюших при сравнительно низких (ниже 50 — 70пС) температурах. Для более высоких температур необходимо использование фторопластовой связки.
Исчерпываюший способ получения порошкообразного гидрофоб>ного материала для подложек электродов описан Будевски и Илиевым (НРБ). Важным моментом при разработке электродов является его активация, При использовании подложек удовлетворительные результаты получаются при фильтра>ши суспензии чистого катализатора или катализатора с гидрофобным связующим через подложку. В связи 20" 307 И(ФЧ~ с гидрофобностью применяемых подложек необходимо применять дисперсионную среду суспензии, хорошо смачивающую катализатор.
подложку и связующее (спирты, кетоны н т, д.). Такой метод позволяет наносить достаточно равномерно малые количества катализатора (от 1 г) мз). В качестве рззс 6 16 зу)~ мбразззза эззе катализатОРа, Как ПРавиЛ 7, ная граница раздела (зсзоооод) используется платиновая (6. )6) зернь, обладающая комплексом необходимых свойств. Исследования показали, что ряд органических комплексов переходных металлов типа фталоционинов Ре, Со, Мп, обладающих полупроводниковыми свойствами, проявляет высокузо каталнтпческуиз активность в реакции электровосстановления кислорода, в том числе и в кислом электролите, а для электроокислсния водорода в том же электролите с успехом используется карбид вольфрама у))С. Однако в литературе отсутствуют сведения о применении указанных катализаторов в ТЭ с ИОМ.
Границу раздела ИОМ вЂ электр можно наблюдать с помощью электронной микроскопии На рис.615 представлена одна из микрофотографий границы раздела. Однако использование этих снимков дает только качественный результат, который трудно использовать в расчетах. В 16.1671 сделана попытка проведения расч:- тов поляризапионных характеристик с учетом генерацн~) тока в некой объемной области вблизи границы раздела электрод--ИОМ. Однако до настоящего времени в этом вопросе еще много неясностей, не позволяющих проводить достоверные расчеты такой системы. КатОДИОЕ ВОСС37ДДЯМГЛЕНИЕ ВОДОРОДа з)и „„ ПРОИСХОДЯТ примерно с одмидковой поляризацией 12.11: зп эа Ъ.аат .
(6.2) Поэтому, если в обе камеры ТЭ подать водород по схеме, представленной на рпс. 6.6, можно провести исследование процесса окисления и восстановления водорода. Во избежание появления концентрационной поляризации и обезвоживания ИОМ при прокачке водорода обе камеры ТЭ необходимо соединить трубопроводом. В этом случае напряжение, возникающее на ТЭ при протекании тока, можно записать следующим образом: (6.3) Учитывая условие (6.2), получаем (6.4) где зр„, определяется по уравненизо (6.1).
На рис. 6.!6 представлена поляризация водородного электрода в зависимости от плотности тока, подсчитанная по выражению (6.4) для разного количества платиновой черни, нанесенной на углеродную подложку. Зависимость поляризации водородного электрода от количества черни для двух плотностей тока представлена на рис. 6.17. Видно, что уже при нанесении 2 — 3 г)мз поляризация водородного электрода мала даже по сравнению с омической поляризацией.
Зависимости поляризации водо- Ч "зз зв пзнв 50 !О 70 0 5 70 75,аы г!и 0 0 0 Ы 0050 00757, Я)ги Рнс. 6.!7. Зависимость поляризации водородного электрода от количества катализатора. '!'емператупа комнатная. Ч09 6.3.3. Мсследоааиие работы еедородиого электрода В ТЭ с ИОМ, так же как и в ТЭ других типов, поляризация водородного электрода в общей сумме поляризаций невелика. Для определения влияния количества платиновой черни на характеристики анода нами было использовано то обстоятельство.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
