Генерация тока на электродах с пористой поверхностью

Рассмотрим механизм работы газового пористого электрода. Предположим, что поровое пространство активного слоя образовано пересечением узких и широких пор (бипористый электрод) (см. рис. 122, а). Тогда при создании перепада давления широкие поры будут заполнены газом, а узкие останутся заполненными электролитом. Из-за действия капиллярных сил поверхность газовых пор смачивается тонкой пленкой электролита, которая подпитывается через узкие поры. Таким образом, в пористом газовом электроде создается протяженная поверхность раздела жидкость — газ, вблизи которой находится катализатор. Из-за небольшой толщины пленки диффузия газа к поверхности металла облегчается. Электрохимическая реакция, приводящая к генерации тока, происходит на поверхности газовых пор, а также в устьях узких пор. [c.226]

Рассмотрим работу пористого электрода, полностью погруженного в раствор электролита, содержащий электрохимически активные вещества. Первой стадией генерации тока на таком двухфазном электроде является диффузия реагента к внешней поверхности пористого катализатора. Эта стадия называется внешнедиффузионной. Скорость ее определяется уравнением [c.227]

Для получения технически приемлемых плотностей тока в топливных элементах, использующих в качестве исходных веществ газообразные продукты (На, СО, О2 и др.), применяются пористые электроды с развитой внутренней поверхностью. Эффективность использования компонентов реакции, а также токовые характеристики электродов зависят от того, в какой степени обеспечивается протекание в электроде всех последовательных стадий сложного процесса генерации тока переноса реагентов в газовой фазе, диффузии газа через электролит к месту протекания электрохимического процесса, адсорбции и ионизации газа и, наконец, переноса тока в жидкой фазе и отвода образующихся продуктов (или полупродуктов) ионизации газов из реакционной зоны. [c.76]

Центральным вопросом в любой теории, описывающей работу газового пористого электрода, является вычисление величины эффективной (принимающей участие в генерации тока) внутренней поверхности. Ниже кратко излагается теория, учитывающая [c.313]

Порам с радиусами и соответствуют пористости и я удельные внутренние поверхности >51 и 5а. Важными характеристиками пористой среды являются также среднее число газовых пор на 1 произвольного сечения т), средняя длина жидкостной поры ( ), среднее число пересечений жидкостных и газовых пор в единице объема электрода ( 12)- Последняя величина особенно важна, так как генерация тока в той или иной степени локализована в области пересечений газовых и жидкостных пор. Эти величины связаны между собой следующими соотношениями [c.314]

Рассмотрим пористый электрод, полностью погруженный в раствор электролита, содержащий активные реагенты. Процесс генерации тока состоит из ряда стадий. Первая — это перенос реагентов через раствор к внешней поверхности пористого катализатора. Эта стадия, называемая внешнедиффузионной, зависит прежде всего от условий размешивания. Если в растворе присутствует индифферентный электролит, то для скорости этой стадии имеем [c.288]

В предыдущем параграфе мы предполагали, что генерация тока в электроде локализована в области пересечения жидких и газовых пор и процесс диффузии газового реагента в жидкую пору (механизм молекулярной диффузии см. 7.4) лимитирует токообразование. Однако возможны и другие механизмы токообразования генерация тока в пленке электролита, покрывающей поверхность газовых пор, и генерация тока на всей внутренней поверхности катализатора — кинетический режим. В этом параграфе на примере кислородного серебряного пористого электрода будет теоретически и экспериментально проведено сравнение всех возможных механизмов генерации тока. [c.313]

Приближении к равновесному потенциалу происходит отклонение от полулогарифмической зависимости. Если принять, что генерация тока в пористом электроде осуществляется во внут-риомическом режиме [111], то в соответствии с теорией пористых электродов (как это было показано еще в [112]) истинные значения наклонов для равнодоступной поверхности равны 100—120 и —60 мВ соответственно., [c.123]

В отличие от этих данных в работах [99—101] на пористых электродах наблюдались наклоны —120 и —40 мВ. По мнению авторов, реакция вытеснена на внешнюю поверхность, и эти наклоны, таким образом, являются истинными. Однако, по ви-димому, более правильно вслед за [107] считать, что генерация тока в данном случае осуществляется во внутриомическом режиме. Истинные величины наклонов будут тогда в 2 раза ниже. Можно предполагать, что авторы работ [99—101] просто не достигли в своих опытах второго, более высокого наклона в 200-240 мВ. [c.123]

Практически любой трехфазный электрод может быть аппроксимирован моделью, включающей жидкостные поры с объемом Уж и поверхностью 5 и пересекающиеся с ними газовые поры (Уг, 5г) (рис. 99), стенки которых покрыты пленкой электролита. В отличие от двухфазных систем центральным вопросом здесь является вопрос о локализации токообразующего процесса и о механизме генерации тока в отдельной поре. Многочисленные исследования, результаты которых подытожены в работе [235], показали, что как в гидрофильных, так и в гидрофобизированных системах ответ на этот вопрос будет зависеть от параметров газовой и жидкостной связанных пористых систем, величины тока обмена, поляризации электрода, электропроводности электролита, состава газовой среды и т. д. Однако в принципе подход к количественному описанию поляризационных характеристик гидрофильных и гндрофобизироваиных трехфазных электродов-является одинаковым. Впервые количественное описание характеристик газодиффузионных электродов было проведено в работе [264]. [c.226]

Будем аппроксимировать пористый электрод набором цилиндрических непересекающихся капилляров постоянного радиуса г (рис. 2). Каждый капилляр частично заполнен электролитом, частично — газом. На поверхности газовой части капилляра может существовать пленка электролита. Достоинство модели состоит в том, что здесь можно просто оценить вклад различных механизмов генерации тока у трехфазной границы и определить /. Эта схема представляет также практический интерес в связи с разработкой электродов регулярной структуры [4]. [c.6]

Опыты с полупогруженными электродами могут оказаться очень полезными для выяснения механизма генерации тока в газовых пористых электродах топливных элементов. В последних токообразование в основном происходит там, где пора, заполненная жидкостью (рис. 3), пересекает пору, заполненную газом (область трехфазной границы ). Здесь возможны три механизма генерации тока — диффузия адсорбированного газа по поверхности или по телу электрода в жидкую часть поры, непосредственная диффузия газа в жидкую часть поры и генерация тока под пленкой электролита, покрывающей газовую часть поры. [c.18]

Для того чтобы перевести пленку из кинетического режима генерации тока в диффузионный, необходимо развивать поверхность электрода. Именно такие электроды изучались в работах [8, 9]. Их поверхность представляла собой пористый слой толщины Введем удельную поверхность б", определяемую как полную внутреннюю поверхность единицы объема пористого слоя, и фактор шероховатости а = 1561. Если — невелика, то пористую поверхность м Я но считать равнодоступной и ввести эффективный ток обмена д == ил . При этом может оказаться, что (несмотря на условие г д для гладкого электрода) электрод с пористой поверхностью генерирует в области пленки ток по диффузионному механизму, так как г,, д, и возникнет задача [c.19]

В опытах [52] был изучен электрод с одной определенной толщиной пористого слоя и удельной поверхностью. Однако основной интерес представляет изучение зависимости тока от структурных характеристик пористого слоя, так как это позволяет выяснить, какова степень участия внутренней поверхности в генерации тока. Качественные исследования влияния шероховатости поверхности полупогруженного электрода на величину тока, генерируемого в мениске и пленке, показали, что как при ионизации водорода [2], так и кислорода [9] наблюдается увеличение тока с ростом истинной поверхности. Было приведено детальное исследование генерации тока при восстановлении кислорода в зависимости от толщины, пористости и величины удельной поверхности шероховатого слоя на полупогруженном электроде, а также теоретическое рассмотрение возможных механизмов токообразования [50]. [c.273]

Обсуждая модель цилиндрических капилляров, мы ограничились анализом поляризационных характеристик отдельных механизмов при ма.1 ых и больших потенциалах. Это позволило отобрать те варианты, которые приводят к токам, согласуюш,имся по порядку величины с наблюдаемыми в реальных электродах. В результате анализа было показано, что в модели цилиндрических капи.лляров удовлетворительным является только пленочный механизм генерации тока. Остается, однако, неясным, каковы детали этого механизма, а именно, каков режим генерации тока в пленке и какова степень участия внутренней поверхности микропор в этом процессе. Вопросы эти чрезвычайно важны, так как от ответа на них зависят способы интенсификации процесса. В поисках ответа естественно прежде всего обратиться к анализу формы поляризационных кривых, которые схематически изображены иа рис. 211 на основе результатов гл. 7 и 8. Кривые 1 и 2 отвечают смешанному режиму при разных формах ми-крокинетики, кривая 3 — внешнедиффузионному. На кислородных электродах обычно реализуются поляризационные характеристики типа 1, а в водородных — типа 2. Внешиедиффузионный режим на пористых электродах не наблюдается. Более детальных сведений о механизме процесса из поляризационных кривых получить не удается. Серьезный анализ механизма генерации тока возможен только иа основе параллельных исследований структурных, капиллярных и электрохимических характеристик серии электродов различно структуры. В литературе чаще всего встречаются расчеты, не подкрепленные экспериментальными данными. При этом подавляющая часть работ по теории газовых электродов выполнена в модели цилиндрических пор [54—67] и вопрос о зависимости тока от [c.304]

В 9.2 изложены описанные в литературе методы расчета ряда моделей газовых пористых электродов. Проведен последовательный расчет регулярных моделей, основанный на результатах гл. 7 и 8. Сопоставление различных механизмов генерации тока показало, что область протяженной пленки на поверхности газовых пор в регулярной модели дает основной вклад в электрохимическую активность электрода. При этом необходимо учит]лвать роль мелкопористых слоев, так как они не то.тько шунтируют омическое сопротивление, но и увеличивают эффективную поверхность реакции. В случае коротких пленок основную роль начинает играть диффузия вглубь жидких пор, но в модели параллельных капилляров полный ток чрезвычайно мал. [c.328]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология