Газовые пористые электроды

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]

Так как ток, протекающий через электрод, зависит от его поверхности, то в топливных элементах применяют пористые электроды с развитыми поверхностями. Использование пористых электродов позволяет увеличить рабочую поверхность. Пористый электрод представляет собой совокупность твердых частиц с электронной проводимостью, находящихся между собой в электрическом контакте, и пустот между частицами (пор.). Если на электроде протекают реакции с участием газообразных веществ, то такие электроды называются газовыми. Газовые пористые электроды являются сложными трехфазными системами. Электрохимические реакции происходят на таких [c.222]

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 [c.240]

Работы по созданию топливных элементов дали толчок развитию двух теоретических направлений современной электрохимии теории пористых электродов и электрокатализу. Пористый электрод представляет собой совокупность контактирующих друг с другом твердых частиц с электронной проводимостью и пустот между частицами (пор). Применение пористых электродов позволяет сосредоточить в небольшом объеме сравнительно большую поверхность для протекания электродных реакций. При подаче газообразных окислителя или восстановителя электрохимические процессы протекают на таких участках пористых электродов, которые доступны как для реагирующего вещества, так и для раствора. Эффективность работы газового пористого электрода зависит, таким образом, от распределения электролита и газа в порах. Теория пористого электрода описывает кинетику процессов в пористых средах с учетом транспортных и непосредственно электрохимических или химических стадий для выбора оптимальной структуры электрода. [c.220]

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]

Книга посвящена исследованию механизмов генерации тока в электрохимических генераторах. Подробно изложены теория капиллярных явлений в пористых средах, теория гидродинамического перемешивания и т. д., а также основные принципы действия газовых пористых электродов топливных элементов. [c.2]

Вопросы локальной кинетики освещены в ряде общих руководств, специальных монографий и в большом числе обзорных статей. В то же время в мировой литературе отсутствуют монографии или обзоры, посвященные макрокинетике газовых пористых электродов, хотя к настоящему моменту накоплен обширный материал, который позволяет количественно сформулировать основные представления о механизме их действия. [c.3]

Жидкость, находящаяся в пористой среде, имеет очень сложную свободную поверхность. Это свя.зано с тем, что поровое пространство имеет причудливые очертания. Капиллярные силы искривляют поверхность жидкости и создают капиллярное давление. Знать форму и положение менисков в пористых средах необходимо для расчета ряда кинетических процессов. Это особенно важно для расчета электрохимической активности газовых пористых электродов. В этой связи в настоящей главе рассматриваются капиллярные явления в простых системах, которые представляют собой как бы отдельные элементы пористых сред. Применение полученных результатов к конкретным пористым средам будет изложено в последующих г. навах. [c.54]

Теория капиллярного равновесия позволяет развить метод корректирования данных ртутной порометрии. Эта теория представляет основу для расчета электрохимической активности газовых пористых электродов. Она играет важную роль в подземной гидрогазодинамике, а также важна для расчета капиллярной конденсации и испарения. [c.110]

Рассмотрена одномерная трехфазная система, которая моделирует эквивалентную пору газового пористого электрода. Изучены различные механизмы переноса реагентов из газовой фазы к месту электрохимической реакции — поверхностная диффузия адсорбированного газа и молекулярная диффузия через раствор. Получены поляризационные характеристики для этих вариантов. [c.236]

Газовый пористый электрод представляет собой пористый катализатор, частично заполненный газом, частично — раствором электролита. Если раствор полностью смачивает матрицу, то для поддержания равновесного заполнения необходимо сообщить газу избыточное давление. Электрохимические измерения показывают, что полный ток, генерируемый пористым электродом, существенно зависит от перепада давления [36—43]. Это свидетельствует о том, что относительное содержание жидкости и газа в пористом катализаторе имеет решающее значение для осуществления оптимальных условий работы электрода. Таким образом, газовый пористый электрод представляет собой существенно трехфазную систему, что значительно осложняет анализ его действия. Проще и нагляднее выглядит описание двухфазной системы — жидкостных пористых электродов. Поэтому мы начнем с изложения основ теории жидкостных электродов, имея в виду, что в дальнейшем при анализе газовых электродов будут использоваться те же идеи и методы. Мы будем обращать особое внимание на те моменты, которые являются специфичными для каждой из этих двух систем. [c.288]

Формулы (9.83) — (9.85) в принципе решают задачу о вычислении электрохимической активности газового пористого электрода. Для того чтобы по возможности более просто продемонстрировать ход дальнейших расчетов и облегчить анализ результатов, рассмотрим наиболее простой, но важный в приложениях [40] случай электрода с двумя типами пор (бипористый электрод). Пусть узкие поры среднего радиуса заполнены электролитом, а широкие поры среднего радиуса заполнены газом. Введем газовую и жидкую пористости, согласно формулам [c.311]

Вопросы электрохимии углеродных материалов включают ма-крокинетическое описание электрокаталитических реакций на электродах с распределенными параметрами. Теоретические и экспериментальные исследования процессов генерации тока на жидкостных, газодиффузионных, жидкостно-газовых пористых электродах и суспензионных электродах являются основой разработки и оптимизации углеродных электродов для различных отраслей электрохимической технологии. В свою очередь, эти исследования базируются на приведенных выше данных о пористой структуре и электрокаталитических свойствах различных углеродных материалов. Детальные конструктивные особенности, технология изготовления и электрохимические характеристики [c.217]

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]

Генерация тока в пористом газовом электроде локализована в окрестности границы раздела жидкость — газ, причем суммарная активность во многом определяется свойствами тонкой пленки электролита, которая смачивает стенки газовых пор. Электрохимические характеристики распределенных, неравнодоступных в диффузионном отношении систем, к числу которых принадлежат газовые пористые электроды, зависят также от особенностей процессов переноса в пористых средах. Анализ механизма генерации тока в пористом электроде осложнен тем, что, с одной стороны. [c.3]

Теория капиллярного равновесия представляет интерес с разных точек зрения. Для топливных элементов ее значение определяется тем, что она является основой для построения теории газовых пористых электродов. Между тем до последнего времени в работах по теории газовых пористых электродов вопрос об отыскании заполнения среды даже не ставился. Вместо этого принималась некоторая модель заполнения среды, иногда в корне ошибочная. В качестве примера можно привести работу Юсти и Винзеля [39], которым принадлежит первая попытка количественного описания работы газового пористого электрода. Рис. 91 из [39], на котором изображен схематический разрез электрода, показывает, как представляют авторы распределение жидкости и газа в пористой среде. Справа, с газовой стороны, содержание газа максимально, а жидкости нет вообще. Слева, напротив, имеется только кидкость. Где-то в объеме пористой среды проходит довольно резкий фронт между жидкостью и газом, причем именно в этой узкой области происходит генерация тока. [c.117]

Примером простейшей электрохимической системы с распределенными параметрами может служить тонкая трубка, содержащая раствор электролита, на стенках которой идет электрохимическая реакция, а поляризация задается на одном конце. Эта модель, которая поддается описанию в рамках одномерного приближения, позволяет изучить активационно-омический и концентрационный режимы как в двухфазной, так и в трехфазной системах. Полученные результаты легко обобщаются на случай жидкостных пористых электродов, структурные особенности которых учитываются с помощью эффективных коэффициентов переноса (гл. 6). Анализ простейших трехфазных систем позволяет развить теорию газовых пористых электродов (гл. 9), а также дать количественную трактовку экспериментам с иолупогруженными электродами (гл. 8). [c.214]

Теперь мы рассмотрим трехфазпую систему — трубку, частично заполненную газом, частично — раствором электролита. Эта задача не является академической. Ее исследование позволит выяснить механизм работы отдельного структурного элемента газовых пористых электродов. [c.219]

Поскольку полуногруженный электрод с пористым слоем приближенно моде.тирует шероховатую стенку газовой поры, пронизанную капиллярами с электролитом, то результаты, полученные выше, позволяют судить о целесообразности развития внутренней поверхности газового пористого электрода. [c.279]

Сопоставление регулярных и случайных структур связано с определенными трудностями. Если даже по обычным газовым пористым электродам не хватает экспериментальных данных, то по регулярным структурам их почти нет. Поэтому приходится полагаться на оценки, основанные на имеющихся результатах по полупогруженным электродам и другим моделям. Так можно оценить активность. Но значительно труднее решить вопрос о воспроизводимости и стабильности — может быть основных достоинствах регулярных структур, — поскольку нет статистики испытаний. Поэтому наш анализ в некоторых пунктах будет носить умозрительный характер. [c.306]

При 0 = 10-Vi w i i =1 -WK, 2 =10 мк, lio =100жб получаем из (9.88) J 150 ма/см . Для сравнения напомним, что в предыдущем параграфе в модели параллельных пор с короткими пленками был получен ток 1 ма/см , причем значение тока обмена там было взято на два порядка большим. Такое существенное увеличение тока обусловлено резким возрастанием эффективной поверхности реакции при переходе к модели пересекающихся капилляров. Можно сказать, что в этой модели газо-жид-костная смесь лучше диспергирована, т. е. благодаря пересечениям пир резко возрастает число менисков, дающих вклад в суммарную электрохимическую активность электрода. Полученное значение тока (— I50 ма/см-) близко к тому, которое обычно наблюдается на электродах средней активности [37]. Это говорит о том, что предложенная выше модель правильна описывает работу газовых пористых электродов. [c.312]

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]